基于钒取代的Keggin型钼磷酸的石墨烯杂化材料及催化氧化脱硫活性研究

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本论文中采用两种方法制备了基于钒取代Keggin型钼磷酸(H5PV2Mo10O40简称:POVM)的石墨烯杂化材料,系统研究了该材料在燃料油脱硫反应中的催化活性。主要内容及创新性研究如下:1.利用乙二胺还原氧化石墨烯得到胺功能化的石墨烯杂化物,将其浸泡在多酸的水溶液中制备了多酸石墨烯杂化材料(POVM-rGO-1)。在材料的合成过程中,通过调节乙二胺和多酸的用量,可以控制材料表面胺基的数量以及多酸的担载量。经实验发现,将50mgGO分散在10mL水中,加入0.1mL乙二胺还原,而后将rGO浸泡在20mg/mL,10mL的多酸水溶液中可以得到催化效果最好的材料(POVM-rGO-1a)。虽然催化剂可以较好的分散在油相中,但是在加入过氧化氢之后,催化剂出现团聚现象。这可能有两方面原因,一方面,催化剂表面的胺基基团和过氧化氢之间形成氢键;另一方面,多酸具有极强的亲水性,而过氧化氢溶液中含有大量水。这两种原因导致催化剂更容易聚集在过氧化氢相,而过氧化氢相的强极性使其不能在油相中良好的分散,因此也破坏了催化剂在油相中的分散。基于此种情况,在体系中加入了萃取剂乙腈,形成了萃取-催化氧化脱硫体系。乙腈可以从油相中萃取一部分的硫化物,并且过氧化氢和催化剂都更容易分散在极性较强的乙腈相中。当乙腈中的硫化物被氧化为相应的砜时,随着搅拌的过程,会再次萃取一部分硫化物,直至达到完全脱硫。10mL,500ppm的模拟油中加入5m L的乙腈,0.05g催化剂(POVM-rGO-1a),0.5mL 30%过氧化氢,在60℃油浴中搅拌30min转化率达到100%。催化剂可以使用离心方法分离,重复使用5次依然保持较高的活性。2.采用光还原的方法,利用乙二醇还原POVM得到的杂多蓝来还原氧化石墨烯,得到材料(POVM-rGO-2)。以氧气为氧化剂,异丁醛为牺牲试剂,80℃时,5h,0.1g的POVM-rGO-2可以催化10mL的500ppm的模拟油实现完全脱硫。
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