核-壳型TiO2@CuO/C微球催化反应/吸附分离耦合体系的构建及脱硫性能研究

基本信息
批准号:21808014
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:刘静
学科分类:
依托单位:北京林业大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:雷建都,刘刻峰,赵静养,代娟,陶英华
关键词:
壳结构脱硫性能反应/吸附分离耦合氧化铜/碳二氧化钛
结项摘要

In recent years, the problem of environmental pollution of thiophene sulfides from liquid fuel has received considerable attention. Adsorptive desulfurization (ADS) could remove the thiophene sulfides with ultra-deep desulfurization of diesel oil. However, the low adsorptive selectivity and the low adsorptive capacity for organo-sulfur compounds would limit the application of ADS. In this work, TiO2@CuO/C microsphere with core-shell architecture will be synthesized. The TiO2 shell could remove thiophene sulfides from fuel with UV photocatalysis-assisted oxidative desulfurization, and the Cu based-Metal organic frameworks (MOFs) derived porous CuO/C core could adsorb and separate the oxidized products (sulfoxides and/or sulphones). Thus, this microsphere would possess the reaction/adsorption coupling system. First of all, the TiO2@CuO/C is synthesized. The effects of reaction condition on the forming of core-shell architecture are studied and the structural control of morphology, dimension and pore structure of this composite microsphere are discussed. Secondly, formation mechanism of core-shell architecture is studied by characterization, such as scanning electron microscope (SEM), Brunauer-Emmett-Teller surface area measurement (BET), X-ray Diffraction (XRD). Then thiophene sulfides is used as model oil in this work, and the desulfurization efficiency, adsorption capacity, adsorptive selectivity, and life of TiO2@Cu-BTC composite microsphere are determined. Finally, desulfurization thermodynamics and kinetics is studied, and the desulfurization mechanism of reaction/adsorption intergration is elucidated at a molecular level. In short, TiO2@CuO/C microsphere prepared in this work having core-shell architecture will possess excellent adsorption performance and stability, and it will be of guiding significance to the materials applied in ultra-deep desulfurization of diesel.

液体燃料中含硫化合物所带来的环境污染问题备受关注,吸附脱硫技术能够超深度去除柴油中的噻吩类硫化物,但存在吸附容量低和吸附选择性差等问题。本项目拟设计合成一种核-壳结构的TiO2@CuO/C微球,其以TiO2为壳,以铜基MOFs衍生的多孔CuO/C为核,“壳”对噻吩类硫化物进行光催化脱硫反应,“核”对产物亚砜/砜类进行吸附分离,从而构建催化反应和吸附分离的耦合体系。本项目通过合成TiO2@CuO/C微球,研究反应条件对核-壳结构的影响;探索核-壳结构形态、尺寸和孔结构的调控规律,借助多种表征手段来研究核-壳结构的形成机制;以噻吩硫为模型油,研究该核-壳微球的脱硫率、吸附容量、吸附选择性、使用寿命和再生性能等;结合脱硫热力学和脱硫动力学研究,从分子层面阐释其一步实现反应/吸附的耦合脱硫机理。本项目拟构建的核-壳型微球将具有优异的吸附性能和稳定性,这对柴油脱硫材料的应用具有重要的指导意义。

项目摘要

液体燃料中含硫化合物所带来的环境污染问题备受关注,吸附脱硫技术能够超深度去除柴油中的噻吩类硫化物,但存在吸附容量低和吸附选择性差等问题。本项目设计合成了一种核-壳结构的TiO2@Cu-BTC微球,其以TiO2为壳,以铜基MOFs——Cu-BTC为核,“壳”对噻吩类硫化物进行光催化氧化反应,“核”对反应产物亚砜/砜类进行吸附分离,从而构建催化反应和吸附分离的耦合体系。.本项目通过合成TiO2@Cu-BTC微球,研究了反应条件对核-壳结构的影响,探索了核-壳结构形态、尺寸和孔结构的调控规律,借助多种表征手段来研究核-壳结构的形成机制;结果发现,对于制备均一的核壳结构TiO2@Cu-BTC微球,氨水在控制反应速率方面起到非常重要的作用,可以通过调节氨水的加入量来调控Cu-BTC表面的TiO2形态和数量,即调节壳层的厚度;此外,TiO2的加入,促进了Cu2+的还原和Ti2+的氧化,Ti/O和Cu之间发生了电子转移,产生了显著的相互作用。本项目以苯并噻吩(BT)和二苯并噻吩(DBT)为模型油,当反应20min后,BT脱硫率达86%,DBT脱硫率达96%,脱硫量分别达到59.39mg/g和63.76mg/g,模型油中BT和DBT的硫含量也分别降至140和47ppmw;相比Cu-BTC的吸附脱硫,TiO2@Cu-BTC的吸附-催化耦合脱硫效率分别提高了4.6和6.5倍。这说明在脱硫过程中,紫外光辐射促进了BT和DBT的氧化反应,结果噻吩硫被TiO2壳层催化氧化变成了相应的砜类化合物,同时,由于极性差异,这些氧化产物被Cu-BTC核牢牢吸附,而实现了原料和产物的同步分离,减少了后续分离产物的操作;由于TiO2和Cu-BTC的协同作用,使TiO2@Cu-BTC微球具有较高的脱硫效率,能够在短时间内实现快速、深度脱硫。.本项目构建的TiO2@Cu-BTC核-壳型微球具有优异的脱硫性能和稳定性,这对柴油脱硫材料的应用具有重要的指导意义。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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