秦立波 賈武艷 王棟

【摘?要】論文利用雙表面活性劑法制備了（CTAB）3PW12O40納米材料，并使用紅外、SEM等方法對(duì)其進(jìn)行表征，通過(guò)檢測(cè)氧化脫硫效率來(lái)判斷其催化性能，同時(shí)研究了反應(yīng)時(shí)間對(duì)氧化脫硫性能的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)論可以得到：當(dāng)反應(yīng)條件為反應(yīng)時(shí)間60min，催化劑4mg，反應(yīng)溫度15℃時(shí)，（CTAB）3PW12O40納米材料的脫硫效率為93.9%，表現(xiàn)出了優(yōu)異的氧化脫硫性能，具有良好的應(yīng)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.

【關(guān)鍵詞】磷鎢酸;納米材料;氧化脫硫;綠色催化

【Keywords】phosphotungstic?acid;?nano-materials;?oxidative?desulfurization;?green?catalysis

【中圖分類(lèi)號(hào)】TB383???????????????????????????????????????????【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A????????????????????????????????【文章編號(hào)】1673-1069（2019）11-0160-02

【基金項(xiàng)目】山西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（2019592）。

【作者簡(jiǎn)介】秦立波（1987-），男，山西長(zhǎng)治人，講師，從事MOFs材料和多金屬氧酸鹽材料的設(shè)計(jì)合成研究。

1?引言

由于我國(guó)大多數(shù)電力、石油、鋼鐵及水泥等行業(yè)主要都是利用煤炭作為燃料進(jìn)行生產(chǎn)加工，若煤炭燃燒不經(jīng)過(guò)任何脫硫處理，就會(huì)排放出大量的二氧化硫等有害污染物，從而造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，對(duì)我們賴(lài)以生存的地球產(chǎn)生威脅。

大氣中二氧化硫的危害主要有以下幾個(gè)方面：①對(duì)建筑物的影響。古建筑物等文物遺產(chǎn)也會(huì)受到二氧化硫污染的損害，這種損失則是無(wú)法用金錢(qián)衡量的。②對(duì)生態(tài)的影響。酸雨主要會(huì)使土壤酸化，水源酸化，導(dǎo)致農(nóng)作物及森林生長(zhǎng)減慢，影響植物的光合作用等，會(huì)嚴(yán)重影響生態(tài)平衡。③對(duì)人體健康的影響。如果我們長(zhǎng)期吸入二氧化硫等污染氣體，就可能導(dǎo)致多種疾病，如上呼吸道炎癥、慢性支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫等[1]。

磷鎢酸不僅有很高的催化活性，而且穩(wěn)定性很好，可作均相及非均相反應(yīng)，甚至可作相轉(zhuǎn)移催化劑，它對(duì)環(huán)境無(wú)污染，屬于綠色催化劑，是目前理想的氧化脫硫催化劑。然而，磷鎢酸比表面積很小，反應(yīng)活性低，且易溶于極性溶劑，不易分離，回收困難，難以重復(fù)利用，導(dǎo)致催化劑使用率低[2]。

本實(shí)驗(yàn)將磷鎢酸與CTAB相結(jié)合，合成了（CTAB）3PW12O40納米材料，來(lái)研究對(duì)噻吩類(lèi)物質(zhì)的氧化脫硫性能，其優(yōu)點(diǎn)是催化劑易回收，提高了催化劑利用率，而且還可以增加催化劑的比表面積、增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性等。

2?實(shí)驗(yàn)部分

2.1?實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)中所用原料均為商業(yè)購(gòu)買(mǎi)，使用過(guò)程中未進(jìn)行進(jìn)一步純化。

2.2?（CTAB）3PW12O40的制備

在20ml乙醇和20ml水中加入0.01mol的CTAB，攪拌15min，隨后加入0.01mol的CTAB，攪拌15min，繼續(xù)加入0.0033mol的磷鎢酸，攪拌條件下反應(yīng)1h，50℃下靜置30min，用乙醇洗滌，進(jìn)行抽濾，50℃下烘干，得到產(chǎn)品。

2.3?模擬油的制備

稱(chēng)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，之后實(shí)驗(yàn)使用。

2.4?氧化脫硫性能測(cè)試

量取10?ml正庚烷，加入上述配制模型油0.04?ml，在15℃條件下取樣，之后再加入10?ml的乙腈，以及已經(jīng)加入4mg的（CTAB）3PW12O40的過(guò)氧化氫溶液1ml，充分反應(yīng)，并在5min、10min、15min、60min時(shí)分別進(jìn)行取樣。

3?結(jié)果與討論

3.1?樣品的表征

圖1???（CTAB）3PW12O40、CTAB、SDS和H3PW12O40的

紅外譜圖

如圖1中紅外譜圖所示，磷鎢酸紅外光譜特征峰出現(xiàn)在700～1100cm-1的指紋區(qū)，在此譜帶范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)4個(gè)主要的吸收峰，分別為W=Ot鍵（980cm-1），W-Ob鍵（890～850cm-1），W-Oc鍵（800～760cm-1），P-O鍵（1079cm-1）[3]。CTAB在中紅外區(qū)的振動(dòng)譜帶主要出現(xiàn)在3100～2800cm-1和1500～600cm-1的區(qū)域內(nèi)[4]。SDS中硫酸酯鹽（-OSO3M）特征譜帶出現(xiàn)在1270～1220cm-1，在3100～2800cm-1的吸收譜帶主要是由于-CH3和

-CH2-引起的[5]。（CTAB）3PW12O40在3100～2800cm-1以及1500cm-1附近有CTAB的特征吸收譜帶，在700～1250cm-1出現(xiàn)了磷鎢酸的吸收譜帶，但在1270～1220cm-1附近幾乎沒(méi)有特征吸收譜帶，所以可以證明該物質(zhì)中只有CTAB和磷鎢酸，而沒(méi)有SDS存在。

圖2所示為樣品的SEM圖，（CTAB）3PW12O40納米材料為層狀光滑結(jié)構(gòu)，形狀為棒狀，長(zhǎng)度約為6.5μm。由于當(dāng)前對(duì)雙表面劑相互作用理論研究還不是很透徹，所以我們只是大概推測(cè)其形成原因，對(duì)于層狀結(jié)構(gòu)，我們推測(cè)可能是表面活性劑、水和乙醇在溶液中形成了層狀限域空間，以此作為了模板，導(dǎo)致產(chǎn)物為層狀結(jié)構(gòu)。

3.2?氧化脫硫性能測(cè)試

圖3???（CTAB）3PW12O40材料在不同時(shí)間下對(duì)

3-甲基噻吩氧化脫硫效率的影響

實(shí)驗(yàn)條件：反應(yīng)溫度15?℃;催化劑用量4?mg;3-甲基噻吩1000?ppmwS。

圖3所示為時(shí)間對(duì)氧化脫硫效率的影響。反應(yīng)從剛開(kāi)始到5min時(shí)，反應(yīng)脫硫體系的脫硫率變化十分明顯，增長(zhǎng)迅速，當(dāng)時(shí)間在15min以后，脫硫率逐漸變緩，但是仍在不斷升高，因此，在最長(zhǎng)時(shí)間，即60min時(shí)，氧化脫硫效果達(dá)到最佳，脫硫率可達(dá)到93.9%，因此，60min為最佳反應(yīng)時(shí)間。

4?結(jié)論

實(shí)驗(yàn)中利用了雙表面活性劑法制備（CTAB）3PW12O40納米材料，并使用紅外、XRD、SEM等方法對(duì)其進(jìn)行表征，表明了（CTAB）3PW12O40納米材料產(chǎn)品成功合成。（CTAB）3PW12O40納米材料對(duì)3-甲基噻吩的脫硫率可以達(dá)到94.3%，表現(xiàn)出優(yōu)異的氧化脫硫性能，具有很好的應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

【1】顧念祖，張子馨.中小型鍋爐脫硫的必要性及發(fā)展趨向[J].工業(yè)鍋爐，1999（2）：2-4.

【2】徐慶榮.鎢催化劑的制備及在催化氧化脫硫等反應(yīng)中的應(yīng)用[D].南昌：南昌大學(xué)，2008.

【3】張紅星.模型油中噻吩類(lèi)硫化物的氧化和吸附脫硫方法研究[J].氣體凈化，2012（6）：29-30.

【4】王瑋，李來(lái)明，席時(shí)權(quán).結(jié)晶十六烷基三甲基溴化銨烷基鏈構(gòu)象的紅外光譜研究[J].Chinese?Journal?of?Chemical?Physics，1993，6（6）：553-558.

【5】張琴芝，戴琴.表面活性劑的紅外光譜鑒定[J].日用化學(xué)工業(yè)，1992（2）：39-48.