(CTAB)3PW12O40 納米材料的制備、表征及其對(duì)油品中含硫化合物的脫除

秦立波，賈武艷，王棟

（長(zhǎng)治學(xué)院，山西 長(zhǎng)治046011）

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，這種損失則是無法用金錢衡量的。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，來研究對(duì)噻吩類物質(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，使用過程中未進(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)。

圖2 (CTAB)3PW12O40 納米材料的SEM 圖

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。