模板法制备多孔钒铌双金属氧化物纳米材料的方法及其脱硫应用技术

本发明专利技术属于材料制备及催化反应技术领域，涉及一种模板法制备多孔钒铌双金属氧化物纳米材料的方法，将高分子模板溶于乙醇溶剂中，充分搅拌至澄清，在搅拌的条件加入铌源和钒源，再继续搅拌10～60min使其充分分散；随后加入乙醇，将移至培养皿中，以30～60℃陈化24～72h；固体产物置于马弗炉中550～650℃空气氛围中煅烧3～7h，去除模板后即得。本发明专利技术通过简单的工艺操作就可以获得具有不同孔结构的钒铌双金属氧化物纳米材料，使该双金属氧化物的比表面积增大、反应位点增多，并避免了金属氧化物在反应过程中的团聚，从而提升其催化氧化脱硫活性。本发明专利技术涉及的氧化脱硫应用反应条件温和、催化效率高且循环性能优异，具有良好的应用前景。应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
模板法制备多孔钒铌双金属氧化物纳米材料的方法及其脱硫应用


[0001]本专利技术属于材料制备及催化反应
，涉及催化剂脱硫，特别涉及一种模板法制备多孔钒铌双金属氧化物纳米材料的方法及其脱硫应用。
技术背景
[0002]化石燃料中硫化物的燃烧产物(SO
x
)是大气和水源的重要污染源之一，大量排放的硫氧化物会导致酸雨破坏水质，引发的光化学烟雾还会影响人类健康。因此，越来越多的国家和地区要求使用清洁燃料，降低燃料中的硫化物含量成为研究重点之一。现有的脱硫技术中，工业上应用广泛采用的是加氢脱硫技术，但是加氢脱硫技术在脱除二苯并噻吩(DBT)类硫化物时，存在需要较高的反应温度和较大的能源消耗等问题。因此，非加氢脱硫技术的开发得到了科研人员的关注，以氧化脱硫技术、萃取脱硫技术、吸附脱硫技术和生物脱硫技术等为代表的新型脱硫技术已经逐渐成熟。在这些非加氢脱硫技术中，氧化脱硫技术由于其温和的反应条件、高效的脱硫效果受到了更多的关注。
[0003]在氧化脱硫过程中，二苯并噻吩类硫化物在催化剂的作用下被氧化为极性更强的砜类硫化物，从而使其易于分离。过渡金属氧化物材料具有良好的催化活性、稳定性以及反应后易于分离和回收等优点。许多过渡金属氧化物材料已在氧化脱硫中被有效地利用，包括铌氧化物、钛氧化物和钒氧化物等。而双金属氧化物具有比单金属氧化物更好的催化活性，可以增强金属间相互作用，改变催化剂的物理化学性质。在双金属氧化物中，V
‑
Nb双金属氧化物(VNbO
x
)具有潜在的脱硫性能，但常规的V
‑
Nb双金属氧化物在反应中容易团聚，导致分散性差和活性位点暴露不足等问题，降低其在氧化脱硫中的催化活性。通过调控催化剂的形貌、尺寸和构建介孔结构等措施可有效改善上述弊端，构建出具有介孔结构的纳米材料催化剂能够提供更大的比表面积，使V
‑
Nb双金属氧化物暴露更多的活性位点，从而提高其催化活性。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种模板法制备多孔钒铌双金属氧化物纳米材料。该材料在温和条件下具有良好的催化氧化脱硫活性，具有良好的稳定性。
[0005]技术方案：
[0006]一种模板法制备多孔钒铌双金属氧化物纳米材料的方法，包括：将聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷
‑
聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶于乙醇溶剂中，充分搅拌至澄清，在搅拌的条件加入铌源和钒源，再继续搅拌10～60min使其充分分散；随后向溶液中加入乙醇，将混合液转移至培养皿中，以30～60℃陈化24～72h；陈化完成后取固体产物，置于马弗炉中以2～10℃/min的程序升温速率至550～650℃空气氛围中煅烧3～7h，去除模板后即得。
[0007]本专利技术较优公开例中，所述聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷
‑
聚环氧乙烷三嵌段共聚物为
P123或F127，优选P123。
[0008]本专利技术较优公开例中，所述铌源为五氯化铌、乙醇铌、草酸铌铵等，优选五氯化铌；所述钒源为三氯化钒、乙酰丙酮氧钒、偏钒酸铵等，优选三氯化钒。
[0009]本专利技术较优公开例中，所述聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷
‑
聚环氧乙烷三嵌段共聚物、乙醇、五氯化铌和三氯化钒的固液比为0.5～2.0g:11.4～15.4mL:2.027～3.378g:1.180～1.967g，优选1.0g:13.4mL:2.703g:1.574g。
[0010]本专利技术较优公开例中，搅拌时间为30min。
[0011]本专利技术较优公开例中，混合溶液中乙醇添加量与溶剂的比例为1～5:11.4～15.4。
[0012]本专利技术较优公开例中，陈化温度为40℃，陈化时间为48h。
[0013]本专利技术较优公开例中，所述程序升温速率为5℃/min。
[0014]本专利技术较优公开例中，所述空气氛围中煅烧温度为600℃，煅烧5h。
[0015]以不同的P123模板剂用量命名产物为VNbO
x
‑
X(X表示P123模板剂的用量)，其中未加入P123的催化剂命名为VNbO
x
‑
无模板。
[0016]本专利技术的另一个目的在于，将所制得的具有多孔结构的钒铌双金属氧化物纳米材料应用于燃油催化氧化脱硫领域，能够使用分子氧作为氧化剂高效氧化燃油中的二苯并噻吩类硫化物。
[0017]现已报道的双金属氧化物催化剂材料普遍存在易发生团聚、颗粒尺寸较大和活性位点暴露不足等问题。本专利技术加入高分子模板剂合成了具有介孔结构和颗粒尺寸为纳米级的钒铌双金属氧化物材料，介孔结构和纳米级颗粒尺寸能够暴露更多的活性位点，提供更大的比表面积并有助于二苯并噻吩与活性位点的接触和降低传质阻力，从而提高其催化活性。同时，通过调控P123模板剂的用量，探究了纳米材料催化剂的孔结构、比表面积、颗粒尺寸等与催化活性之间的构效关系。该纳米材料催化剂对燃油中的二苯并噻吩(DBT)、4
‑
甲基二苯并噻吩(4
‑
MDBT)和4,6
‑
二甲基二苯并噻吩(4,6
‑
DMDBT)均具有良好的脱除效果，同时具有较好的稳定性和循环使用能力。
[0018]利用广角X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、氮气吸附
‑
脱附和粒径分析仪对产物的形貌和结构进行分析，以二苯并噻吩为典型含硫底物配置模型油，将上述合成的多孔钒铌双金属氧化物纳米材料作为催化剂，应用于以分子氧为氧化剂的氧化脱硫反应过程中。使用气相色谱仪(GC)作为分析仪器检测反应过程中模型油内二苯并噻吩的剩余量以评估催化剂的催化性能。
[0019]有益效果
[0020]本专利技术的合成步骤简单，通过简单的工艺操作就可以获得具有不同孔结构的多孔钒铌双金属氧化物纳米材料催化剂，使其比表面积和反应位点增加，并减少了双金属氧化物的团聚，从而提升其催化氧化脱硫活性。本专利技术反应条件温和、催化效率高且循环性能优异，具有良好的应用前景。
附图说明
[0021]图1.多孔钒铌双金属氧化物纳米材料的广角XRD图；
[0022]图2.多孔钒铌双金属氧化物纳米材料的SEM图；
[0023]图3.多孔钒铌双金属氧化物纳米材料的XPS图谱；
[0024]图4.多孔钒铌双金属氧化物纳米材料的氮气吸附
‑
脱附曲线图；
[0025]图5.多孔钒铌双金属氧化物纳米材料的粒径分析结果；
[0026]图6.不同多孔钒铌双金属氧化物纳米材料对DBT的催化氧化脱除性能。
具体实施方式
[0027]下面结合实施例对本专利技术进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本专利技术，但本专利技术并不局限于以下实施例。
[0028]实施例1
[0029]一种模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模板法制备多孔钒铌双金属氧化物纳米材料的方法，其特征在于，包括：将聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷
‑
聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶于乙醇溶剂中，充分搅拌至澄清，在搅拌的条件加入铌源和钒源，再继续搅拌10～60min使其充分分散；随后向溶液中加入乙醇，将混合液转移至培养皿中，以30～60℃陈化24～72h；陈化完成后取固体产物，置于马弗炉中以2～10℃/min的程序升温速率至550～650℃空气氛围中煅烧3～7h，去除模板后即得。2.根据权利要求1所述的模板法制备多孔钒铌双金属氧化物纳米材料的方法，其特征在于：所述聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
‑
聚环氧乙烷三嵌段共聚物为P123或F127，优选P123。3.根据权利要求1所述的模板法制备多孔钒铌双金属氧化物纳米材料的方法，其特征在于：所述铌源为五氯化铌、乙醇铌、草酸铌铵，优选五氯化铌；所述钒源为三氯化钒、乙酰丙酮氧钒、偏钒酸铵，优选三氯化钒。4.根据权利要求1所述的模板法制备多孔钒铌双金属氧化物纳米材料的方法，其特征在于：所述聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩烽，刘得胜，胡陈超，张黔会，张俊婕，荀苏杭，贺敏强，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：