水滑石修饰g‑C3N4新型高效光催化剂及其在燃油深度脱硫中的应用，属于环境保护技术领域。该方法的核心是光催化剂MN‑LDHs/g‑C3N4的制备和结构调控，是提高光催化效率的关键，其特征在于，首先将层状水滑石MN‑LDHs原位生长于g‑C3N4纳米片，通过调控二者的相对比例，合成出具有异质结构，从而有效抑制电子‑空穴复合的高活性的光催化剂。该体系以空气为氧化剂，绿色环保，成本低廉，反应条件温和，反应设备和工艺简单，脱硫率2小时达95％以上，光催化剂可重复使用，且性能基本不变、易于回收。
Hydrotalcite-modified g-C3N4 photocatalyst and its application in deep desulfurization of fuel oil
Hydrotalcite modified g_C3N4 photocatalyst and its application in deep desulfurization of fuel oil belong to the field of environmental protection technology. The core of this method is the preparation and structure control of photocatalyst MN LDHs/g C3N4, which is the key to improve photocatalytic efficiency. The characteristics of this method are as follows: firstly, layered hydrotalcite MN LDHs were grown on G C3N4 nanosheets in situ, and a highly active photocatalyst with heterostructure was synthesized by adjusting the relative ratio of them, thus effectively inhibiting electron-hole recombination. The system uses air as oxidant, which is green, environmentally friendly, low cost, mild reaction conditions, simple reaction equipment and process. The desulfurization rate is over 95% in 2 hours. The photocatalyst can be reused, and its performance is basically unchanged and easy to recover.
【技术实现步骤摘要】
水滑石修饰g-C3N4新型高效光催化剂及其在燃油深度脱硫中的应用
本专利技术属于环境保护
，涉及水滑石/氮化碳复合材料的制备(MN-LDHs/g-C3N4，简称LDHs/g-C3N4，如CoAl-LDHs/g-C3N4，)、以及一种以空气为氧化剂、乙腈为萃取剂的光催化氧化/萃取模型油深度脱硫方法。
技术介绍
环境保护是人类面临的亟待解决的重大课题。随着经济的发展，对清洁油的需求不断增长。高硫含量燃料油在空气中燃烧会引发一系列环境问题，如酸雨，雾霾等。为此，国内外都制定了严格的法规和政策，欧洲和美国早在2009年就规定含硫在10μg/g以下，中国政府宣布在2017年，将含硫标准控制在10μg/g，实现与国际接轨。1μg/g以下的超低硫清洁油是未来的目标和趋势。因此，深度脱硫技术成为清洁油技术的研究热点。传统的加氢脱硫技术需要在较高的反应温度(300-400℃)和压力(3-6MPa)下进行，大量消耗氢气，且难以脱除燃油中有空间位阻效应的噻吩硫化物。吸附脱硫，氧化脱硫，萃取脱硫及上述脱硫组合技术作为加氢脱硫的有益的补充，成为深度脱硫
关注的焦点。研究和开发低能耗，不消耗氢气的高选择性深度脱硫技术，不仅具有科学价值，而且具有重大的国家需求和现实意义。光催化氧化脱硫方法具有能耗低、条件温和、无二次污染、能深度脱硫等优点，备受学者重视。其中高效光催化剂的研制是该技术的核心。通过对光催化脱硫的研究文献和专利的跟踪，发现石墨相氮化碳(g-C3N4)半导体材料具有的良好的光催化性能。g-C3N4材料具有很多优点，如：成本低、来源丰富、无毒等。这些优点引起了研究者们优化其光催化性能的兴趣。与g-C3N4类似，水滑石类化合物因其较好的光催化性能及其可控的电子结构，也被广泛用作复合光催化剂的组元。水滑石是一类新型绿色催化剂，具有主体层板金属元素组成可调变，客体阴离子插层组成和结构可调控的特点，有望形成结构多样，功能强大的复合多功能材料，在吸附、催化、医药、电化学、光化学、磁性材料等许多领域已经或即将展现广阔的应用前景。据文献研究，开发水滑石类材料作为光催化剂是可行的。水滑石与g-C3N4复合材料具有优良的光催化性能，两种材料间可能产生电子协同效应，降低电子-空穴复合率,目前其主要应用于光解水产氢和降解染料方面，而应用于光催化氧化脱硫的工作未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种廉价易得的新型光催化剂，即制备不同类型的LDHs/g-C3N4材料，用于光催化氧化脱除燃油中的含硫化合物。构建空气为氧化剂，乙腈为萃取剂的绿色环保深度脱硫新体系。本专利技术的LDHs/g-C3N4,在常温常压条件下，以空气为氧化剂，紫外灯为光源，光催化氧化模型油中的含硫有机物成为极性更强的砜，用乙腈萃取剂萃取，从而脱除油中的含硫有机物，得到超低硫清洁油。本专利技术的水滑石修饰g-C3N4光催化剂，其特征在于，水滑石和g-C3N4复合在一起，层状水滑石MN-LDHs原位生长于g-C3N4纳米片上，其中水滑石所占的质量百分比10％-70％。本专利技术所述的水滑石修饰g-C3N4光催化剂的制备，其特征在于，采用的技术方案包括以下步骤：(1)热聚法制备石墨相氮化碳g-C3N4；其中步骤(1)为常规方法，称取一定量尿素置于带盖子的坩埚中，将其置于马弗炉中煅烧，以2.3-20℃/min的升温速率升至500-550℃，保温数小时；随后自然降温，研磨，得到目标材料。(2)原位合成法制备MN-LDHs/g-C3N4复合材料称取步骤(1)制备的g-C3N4，置于水热釜中，称取一定量的制备水滑石所需的二价金属M硝酸盐和三价金属N硝酸盐加入水溶液中置于水热釜，随后将水热釜超声30min，超声后加入制备水滑石所需的沉淀剂，将水热釜置于110℃烘箱中老化，之后洗涤、干燥、研磨得到目标材料。步骤(2)溶胶中二价金属硝酸盐和三价金属硝酸盐摩尔比为(1-4):1，优选3:1或2:1。其中二价金属M硝酸盐包括但不限于硝酸钴、硝酸锌；三价金属N硝酸盐包括但不限于硝酸铝、硝酸铬。所述的沉淀剂为尿素或/氢氧化钠和碳酸钠等。本专利技术还公开了所述的催化剂用于燃油脱硫。一种光催化燃油深度脱硫体系，其特征在于，以所述的水滑石/氮化碳复合材料MN-LDHs/g-C3N4作为光催化剂，以空气作为氧化剂，在紫外灯照射下对燃油进行催化脱硫，同时采用乙腈作为溶剂萃取反应生成的硫产物。本专利技术上述脱硫体系进行光催化脱硫的方法：将制备的上述光催化剂加入待脱硫的体系(如油)中，通入空气，在紫外灯照射下，反应数小时，同时采用乙腈萃取；硫氮分析仪分析其脱硫率。乙腈:待脱硫的燃油体系体积比＝1:1-1:1.5。待脱硫的燃油体系中含有的硫物质为BT、DBT、4,6-DMDBT中的至少一种。本专利技术光催化反应2小时，脱硫率约为95％-100％，重复性实验证明催化剂性能稳定。本专利技术提供了原位合成法制备CoAl-LDHs/g-C3N4光催化剂，并用于光催化深度脱硫的方法。该催化剂原料廉价易得，反应条件温和，反应设备和工艺简单，催化剂具有光催化活性高和可重复使用的特点。本方法发现水滑石类材料在光催化深度脱硫领域具有重要应用价值，也为以空气为氧化剂的深度脱硫方法提供了新思路，具有重要的应用前景。该方法的核心是光催化剂MN-LDHs/g-C3N4的制备和结构调控，是提高光催化效率的关键，首先将层状水滑石MN-LDHs原位生长于g-C3N4纳米片，通过调控二者的相对比例，合成出具有异质结构，从而有效抑制电子-空穴复合的高活性的光催化剂。该体系以空气为氧化剂，绿色环保，成本低廉，反应条件温和，反应设备和工艺简单，脱硫率2小时达95％以上，光催化剂可重复使用，且性能基本不变、易于回收。附图说明图1实施例1所制备材料的电镜图(SEM)。(a)CoAl-LDHs的扫描电镜图(b)20％LDHs/g-C3N4的扫描电镜图；图2实施例1所制备材料的透射电镜图(TEM)。图3所制备材料的X射线衍射图(XRD)。图4所制备材料的红外分析图(FTIR)。(a)CoAl-LDHs；(b)20％CoAl-LDHs/g-C3N4；(c)g-C3N4具体实施方式下面所举实施例为优选例，在实际应用中应不限于以下实例。实施例1：CoAl-LDHs/g-C3N4的制备及光催化性能(1)热聚法制备g-C3N4称取20g尿素置于带盖子的坩埚中，将其置于马弗炉中煅烧，以20℃/min的升温速率升至500℃，保温2小时，再以20℃/min的升温速率升至520℃，保温2小时。随后自然降温，研磨，得到目标材料。(2)CoAl-LDHs/g-C3N4的制备称取0.5gg-C3N4，分散于80mL水并置于80mL水热釜中，称取0.2725g硝酸钴和0.1175g硝酸铝(摩尔比3:1)加入至水热釜中。随后将水热釜超声30min，超声后加入0.225g尿素，将水热釜置于110℃烘箱中老化16h，之后洗涤、干燥、研磨得目标材料。(3)模型油配制称取0.1856gDBT溶于90mL正辛烷中，制得硫含量为500ppm的模型油；称取0.1362gBT溶于90mL正辛烷中，制得硫含量为500ppm的模型油；称取0.2142g4,6-DMDBT溶于90mL正辛烷中，制得硫含量为500ppm的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.水滑石修饰g‑C3N4光催化剂，其特征在于，水滑石和g‑C3N4复合在一起，层状水滑石MN‑LDHs原位生长于g‑C3N4纳米片上，其中水滑石所占的质量百分比为10％‑70％。
【技术特征摘要】
1.水滑石修饰g-C3N4光催化剂，其特征在于，水滑石和g-C3N4复合在一起，层状水滑石MN-LDHs原位生长于g-C3N4纳米片上，其中水滑石所占的质量百分比为10％-70％。2.制备权利要求1所述的水滑石修饰g-C3N4光催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)热聚法制备石墨相氮化碳g-C3N4；(2)原位合成法制备MN-LDHs/g-C3N4复合材料称取步骤(1)制备的g-C3N4，置于水热釜中，称取一定量的制备水滑石所需的二价金属M硝酸盐和三价金属N硝酸盐加入水溶液中置于水热釜中，随后将水热釜超声30min，超声后加入制备水滑石所需的沉淀剂，将水热釜置于110℃烘箱中老化，之后洗涤、干燥、研磨得目标材料。3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)溶胶中二价金属硝酸盐和三价金属硝酸盐摩尔比为(1-4):1。4.按照权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋红艳，蔡英杰，黄众，何静，安哲，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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