离子液体自燃烧合成多孔纳米材料及其可见光催化氧化燃料油脱硫研究

燃料油中的硫化物燃烧生成的SOx是大气污染物的主要来源之一，本课题旨在探索由可见光催化氧化脱除硫化物。钙钛矿及尖晶石型氧化物以其较窄的禁带宽度而具有潜在的可见光活性，但传统合成方法需要高温及较长的时间，不仅耗能，而且降低了其活性。基于氯化铵盐能与金属硝酸盐形成离子液体，且能作为有机燃料的原理，拟合成含双金属基阴离子的离子液体，以其自燃烧一步法合成多孔复合氧化物。探讨离子液体结构与形成纳米材料性质的关系，测定材料禁带宽度、导带和价带位置并关联其与光催化活性的关系，在此基础上耦合离子液体萃取方式建立利用可见光催化氧化实现清洁油品生产的方法。并以噻吩、二苯并噻吩等为模拟油品，研究其可见光氧化机理及产物。本课题提出离子液体自燃烧合成纳米材料及其可见光催化脱硫，可拓宽离子液体在无机材料合成中的应用，提高对硫化物可见光氧化机理的认识，并为实现燃料油深度脱硫工业化提供参考。

燃料油中的含硫化合物不仅自身燃烧生成SOx，也会促进NOX、颗粒物等的排放，成为造成雾霾等大气污染的主要原因之一。基于氯化胺盐能与金属硝酸盐形成离子液体，且能作为有机燃料的原理，本项目以离子液体自燃烧法一步合成了多种光催化剂，计算了相关材料的禁带宽度、导带和价带位置并关联了其与光催化活性的关系，在此基础上耦合离子液体萃取方式建立了可见光催化氧化脱硫的方法。具体工作如下：. 1)以离子液体自燃烧一步合成了BiOCl基可调异质结、可调混晶Fe2O3异相结等纳米材料，提出了异质（相）结材料的光生载流子转移途径及活性氧化物种，并探讨了二苯并噻吩在模拟太阳光下的光催化氧化产物及机理；. 2)以燃烧法合成了含无定形及晶体的MgAl2O4新型混晶材料，发现了含无定形MgAl2O4具有可见光催化活性的现象，发现无定形态Al-O键长缩短导致禁带宽度变窄是其具有可见光吸收能力的原因、而晶体与无定形态共存则提高了光生电子的分离效率；基于此原理，利用燃烧法开发合成了无定形Al2O3复合TiO2异质结材料，提出了反向载体燃烧合成纳米复合材料的方法，发现了该方法不仅使复合材料具有比各单独氧化物高出几倍的比表面积，且无定形Al2O3具有转移电子的活性作用，另外燃烧过程中燃料中的N元素掺杂使得TiO2具有可见光活性；. 3)以离子液体为介质，利用微波辅助合成了N,B,F三元素掺杂的纳米TiO2，发现了离子液体在微波合成过程中的自组装及自掺杂作用，提出了三元素的协同效应及不同的作用；在离子液体微波合成纳米TiO2后直接用于燃料油脱硫研究，此过程中离子液体不仅是合成TiO2的介质，也是含硫化合物的萃取剂。另外，还以离子液体为介质微波合成了g-C3N4/BiOCl等异质结可见光催化剂；. 4)以金属氯化物与具有五元环的N-甲基吡咯烷酮(NMP)合成了新型配位离子液体，既利用了NMP与含硫化合物具有相似结构、萃取性能好的特点，又利用了金属离子与NMP上O原子配位降低了NMP与汽柴油的溶解性。本研究提出了有机溶剂与无机盐形成配位离子液体的概念，不仅丰富了离子液体的范畴，且降低了传统离子液体的成本。. 本研究拓宽了离子液体在无机纳米材料合成中的应用，可为高效可见光催化剂的合成提供了新思路与新方法，也可为有机化合物光氧化机理研究及燃料油深度脱硫工业化提供参考。