(CTAB)3PW12O40纳米材料的制备、表征及其对油品中含硫化合物的脱除
2019-02-02秦立波贾武艳王栋
秦立波 贾武艳 王栋
【摘 要】论文利用双表面活性剂法制备了（CTAB）3PW12O40纳米材料，并使用红外、SEM等方法对其进行表征，通过检测氧化脱硫效率来判斷其催化性能，同时研究了反应时间对氧化脱硫性能的影响，通过实验结论可以得到：当反应条件为反应时间60min，催化剂4mg，反应温度15℃时，（CTAB）3PW12O40纳米材料的脱硫效率为93.9%，表现出了优异的氧化脱硫性能，具有良好的应用前景。
【Abstract】In this paper， （CTAB）3PW12O40 nano-materials were prepared through the dual surfactants methods， and were characterized by IR and SEM. The catalytic performance of the nano-materials was determined by measuring the oxidative desulfurization efficiency. The following conclusions can be drawn from the experimental data： when the reaction conditions are reaction time 60min， catalyst 4mg， reaction temperature 15℃， the desulfurization efficiency of （CTAB）3PW12O40 nano-materials is 93.9%. It shows excellent oxidative desulfurization performance and has a good application prospect.
【关键词】磷钨酸;纳米材料;氧化脱硫;绿色催化
【Keywords】phosphotungstic acid; nano-materials; oxidative desulfurization; green catalysis
【中图分类号】TB383 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）11-0160-02
【基金项目】山西省大学生创新创业训练项目（2019592）。
【作者简介】秦立波（1987-），男，山西长治人，讲师，从事MOFs材料和多金属氧酸盐材料的设计合成研究。
1 引言
由于我国大多数电力、石油、钢铁及水泥等行业主要都是利用煤炭作为燃料进行生产加工，若煤炭燃烧不经过任何脱硫处理，就会排放出大量的二氧化硫等有害污染物，从而造成严重的环境污染，对我们赖以生存的地球产生威胁。
大气中二氧化硫的危害主要有以下几个方面：①对建筑物的影响。古建筑物等文物遗产也会受到二氧化硫污染的损害，这种损失则是无法用金钱衡量的。②对生态的影响。酸雨主要会使土壤酸化，水源酸化，导致农作物及森林生长减慢，影响植物的光合作用等，会严重影响生态平衡。③对人体健康的影响。如果我们长期吸入二氧化硫等污染气体，就可能导致多种疾病，如上呼吸道炎症、慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿等[1]。
磷钨酸不仅有很高的催化活性，而且稳定性很好，可作均相及非均相反应，甚至可作相转移催化剂，它对环境无污染，属于绿色催化剂，是目前理想的氧化脱硫催化剂。然而，磷钨酸比表面积很小，反应活性低，且易溶于极性溶剂，不易分离，回收困难，难以重复利用，导致催化剂使用率低[2]。
本实验将磷钨酸与CTAB相结合，合成了（CTAB）3PW12O40纳米材料，来研究对噻吩类物质的氧化脱硫性能，其优点是催化剂易回收，提高了催化剂利用率，而且还可以增加催化剂的比表面积、增强机械强度和热稳定性等。
2 实验部分
2.1 实验原料
本实验中所用原料均为商业购买，使用過程中未进行进一步纯化。
2.2 （CTAB）3PW12O40的制备
在20ml乙醇和20ml水中加入0.01mol的CTAB，搅拌15min，随后加入0.01mol的CTAB，搅拌15min，继续加入0.0033mol的磷钨酸，搅拌条件下反应1h，50℃下静置30min，用乙醇洗涤，进行抽滤，50℃下烘干，得到产品。
2.3 模拟油的制备
称取一定量的3-甲基噻吩和正庚烷，配制1000ppm的3-甲基噻吩模型油，保存于冰箱，之后实验使用。
2.4 氧化脱硫性能测试
量取10 ml正庚烷，加入上述配制模型油0.04 ml，在15℃条件下取样，之后再加入10 ml的乙腈，以及已经加入4mg的（CTAB）3PW12O40的过氧化氢溶液1ml，充分反应，并在5min、10min、15min、60min时分别进行取样。
3 结果与讨论
3.1 样品的表征
图1 （CTAB）3PW12O40、CTAB、SDS和H3PW12O40的
红外谱图
如图1中红外谱图所示，磷钨酸红外光谱特征峰出现在700～1100cm-1的指纹区，在此谱带范围内会出现4个主要的吸收峰，分别为W=Ot键（980cm-1），W-Ob键（890～850cm-1），W-Oc键（800～760cm-1），P-O键（1079cm-1）[3]。CTAB在中红外区的振动谱带主要出现在3100～2800cm-1和1500～600cm-1的区域内[4]。SDS中硫酸酯盐（-OSO3M）特征谱带出现在1270～1220cm-1，在3100～2800cm-1的吸收谱带主要是由于-CH3和
-CH2-引起的[5]。（CTAB）3PW12O40在3100～2800cm-1以及1500cm-1附近有CTAB的特征吸收谱带，在700～1250cm-1出现了磷钨酸的吸收谱带，但在1270～1220cm-1附近几乎没有特征吸收谱带，所以可以证明该物质中只有CTAB和磷钨酸，而没有SDS存在。
图2所示为样品的SEM图，（CTAB）3PW12O40纳米材料为层状光滑结构，形状为棒状，长度约为6.5μm。由于当前对双表面剂相互作用理论研究还不是很透彻，所以我们只是大概推测其形成原因，对于层状结构，我们推测可能是表面活性剂、水和乙醇在溶液中形成了层状限域空间，以此作为了模板，导致产物为层状结构。
3.2 氧化脱硫性能测试
图3 （CTAB）3PW12O40材料在不同时间下对
3-甲基噻吩氧化脱硫效率的影响
实验条件：反应温度15 ℃;催化剂用量4 mg;3-甲基噻吩1000 ppmwS。
图3所示为时间对氧化脱硫效率的影响。反应从刚开始到5min时，反应脱硫体系的脱硫率变化十分明显，增长迅速，当时间在15min以后，脱硫率逐渐变缓，但是仍在不断升高，因此，在最长时间，即60min时，氧化脱硫效果达到最佳，脱硫率可达到93.9%，因此，60min为最佳反应时间。
4 结论
实验中利用了双表面活性剂法制备（CTAB）3PW12O40纳米材料，并使用红外、XRD、SEM等方法对其进行表征，表明了（CTAB）3PW12O40纳米材料产品成功合成。（CTAB）3PW12O40纳米材料对3-甲基噻吩的脱硫率可以达到94.3%，表现出优异的氧化脱硫性能，具有很好的应用前景。
【参考文献】
【1】顾念祖，张子馨.中小型锅炉脱硫的必要性及发展趋向[J].工业锅炉，1999（2）：2-4.
【2】徐庆荣.钨催化剂的制备及在催化氧化脱硫等反应中的应用[D].南昌：南昌大学，2008.
【3】张红星.模型油中噻吩类硫化物的氧化和吸附脱硫方法研究[J].气体净化，2012（6）：29-30.
【4】王玮，李来明，席时权.结晶十六烷基三甲基溴化铵烷基链构象的红外光谱研究[J].Chinese Journal of Chemical Physics，1993，6（6）：553-558.
【5】张琴芝，戴琴.表面活性剂的红外光谱鉴定[J].日用化学工业，1992（2）：39-48.
