Ag +、Ni 2+改性复合钛铌酸钾盐对二甲基硫和乙硫醇吸附与光催化氧化研究.pdf

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石油与天然
化工
第38苯第·5期
CHEMICAL ENGINEERING OF OIL GAS
375
Agt、Ni2改性复合钛铌酸钾盐对二甲基硫和
乙硫醇吸附与光催化氧化研究
何杰刘娟邬成彪
(安徽理工大学化学工程学院)
摘要由高温固相法制备复合钛铌酸钾盐,通过Ag和N离子交换对其进行改性。采用
红外光语方法考察Ag+与N离子政性的复合钛铌酸盐对二甲基硫(DMS)和乙硫醇(EM)的吸
附特征与光催化氧化作用。结果表明,复合钛铌酸盐对DMS与EM的吸附与光催化氧化行为取
决于分子中S原子的环境与复合钛铌酸盐中阳离子的性质。DMS同Ag+与Ni2+离子改性的钛铌
酸钾盐表面相互作用较弱,在自然光辐射下稳定,而EM同Ag离子改性的钛铌酸盐具有明显的
相互作用,即使在自然光輻射下也可被氧化。在紫外光辐射下,DMS和EM在两种离子改性的钛
铌酸钾盐上均被催化氧化,DMS被氧化至亚砜、砜和硫酸酯,而EM被氧化至磺酸。
关键词复合钛铌酸钾盐离子交换二甲基硫乙硫醇吸附光催化
DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2009.05.002
利用洁净能源、保护环境和实现循环经济发展文以Ag和Ni离子改性的复合钛铌酸钾盐作为
已成为当今国际社会的共识。在天然气、液化石油光催化剂,考察二甲基硫(DMS)和乙硫醇(EM)在
气或其他碳氢燃料中常常含有硫化物,在使用前必其表面上的吸附和光催化氧化产物的滞留情况,进
须对其进行脱硫,特别是一些高级转化过程,必须对
步探讨钛酸盐在光催化降解有机硫化物中的特
其进行深度脱硫。燃料中有机硫化物可通过吸附征。
或催化加氢转化为H2S后再吸附等方法除去[2
2实验部分
光催化氧化除去硫化物是近年来发展起来的新方
法,因反应条件温和、工艺条件简单等特点而成为近
1样品
年来研究热点之一。以TiO2或改性TiO2作为光
将原料K2CO3、Nb2O。和TiO2按K2COs/
催化剂降解有机硫化物已取得了一些有意义的研究
b2O。、K2CO3/TiO2和Nb2O/TiO2的摩尔比分
成果-。在静态或动态条件下,经过柴外光辐射別为2、1和5的比例混合后,再加入过量15%的
作用,一些小分子有机硫化物可以被氧化或分K2CO3,采用高温固相法合成,洗涤、干燥得复合做
解
铌酸钾盐。取2.0g上述样品,用0.5mol/L的
具有独特层状结构的钛铌酸盐作为有希望的光
AgNO3溶液25mL于室混下离子交换2b,洗涤后
催化剂之一而引起人们的兴趣1,与TiO2相在相同条件下重复离子交換一次,得Ag改性的复
比,铌酸盐无论对阴离子还是阳离子都具有更大的合钛铌酸钟盐。使用2mol/L的Ni(NO2)2溶液在
结构容忍度,可以通过部分离子交换或通过嵌人其上述条件下对复合钛铌酸钾盐进行处理,得N离
他金属元素等方式实现对催化剂表面进行改性。本
改性的复合钛铌酸钾盐。
x安徽省自然科学基金(项目编号:070414198)和安徽省教育厅自然基金(项目编号:KJ2008A121)资助。
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Ag+、NiP改性复合钛铌酸钾盐对二甲基硫和乙硫醇吸附与光催化氧化研究
2009
2.2吸附与光催化
上的滞留物种,样品与KBr压片,测试在 Vector33
吸附与光催化作用均在静态条件下进行。0.1(德国 Bruker公司)傅立叶变换红外光谱仪上进行。
g改性钛铌酸钾盐置于50mL密闭容器中,其中
3结果与讨论
DMS(或EM)的分压为13.4kPa,室温自然光辐射
下吸附4h,然后减压抽脱以去除催化剂表面上弱
3.1DMS在改性复合钛铌酸盐上的吸附与光催化
吸附物种。光催化反应在一自制石英反应器(235
氧化行为
mL,48mm×130mm)中进行,室温下,0.05g改
DMS在Ag和Ni2离子改性的复合钛铌酸钾
性钛铌酸钾盐置于反应器中,空气气氛,DMS(或上吸附与紫外光辐射后的红外光谱如图1所示
EM)与水汽的分压分别为2.87kPa和3.17kPa,紫
由图1可见,吸附后的样品红外谱中未见DMS特
外灯(主波长365nm,功率300W)辐射1h后将体征吸收峰(1270cm-1~1220cm-1,1440cm
系抽空除去弱吸附物种。
1415cm-"),由此表明,DMS在Ag+和Ni2+改
性复合钛铌酸钾盐表面吸附很弱,经减压抽脱即可
2.3催化剂表面吸附与光佳化反应滞留物种表征
从催化剂表面解吸。
利用红外光谱方法检测上述条件下催化剂表面
B
C
新鲜催化剂
吸附后
吸附与紫外光辐射后
1000
波数,C
图1DMS在Ag'与Ni“改性复合钛铌酸钾盐表面吸附和光催化氧化后样品的红外光谱
在紫外光辐射下,DMS在Ag+与Ni2改性复1036cm产生振动吸收峰(见图1B),它们分别归
合钛铌酸盐表面均发生光催化氧化反应。其中,在属于CH2-S摇摆振动、硫酸酯中S=)对称伸缩
Ag+改性的复合钛铌酸钾盐上,DMS经紫外光辐射振动和HO-SO2ー中S=0对称伸缩振动,表明
后于1205.3cm1、12.4cm2和1033,7cm'形DMS分子中C…-S鍵断裂,形成了磺酸与硫酸酯,
成振动吸收峰(见图1A),它们分别归属CH2-S的即DMS发生了深度氧化
摇摆振动、砜中O=S=O对称伸缩振动和亚砜中
3.2EM在改性复合钛铌酸钾盐上的吸附与光催化
=O的伸缩振动,表明DMS经紫外光辐射后于
氧化行为
Ag+改性的复合钛铌酸钾盐表面氧化为
EM在Ag和N;2离子改性的复合钛铌酸钾
CH3SOCH3和CH3SO2CH3,并滞留于催化剂表盐上吸附与紫外光辐射后的红外光谱如图2所示。
面。而在N2改性的复合钛铌酸盐催化剂表面,图2A中显示」Ag+改性复合钛铌酸钾盐对EM具
DMS经紫外光辐射后,于1201cm~1,1171cm1和有良好的吸附作用,样品于1444cm和1259cm