CeO2-ZnO/KIT-6催化剂在光催化吸附脱硫中的应用

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0142

摘要/Abstract

摘要：

光催化吸附脱硫技术在油品脱硫领域引起了极大的关注，具有高光催化活性和有机硫化物吸附能力的双功能材料的开发是关键。首次合成了3D介孔二氧化铈-氧化锌/KIT-6（CeO₂-ZnO/KIT-6）催化剂，并应用于二苯并噻吩（DBT）的光催化吸附脱硫。通过X射线衍射（XRD）、氮气吸附-脱附和透射电子显微镜（TEM）等手段对催化剂进行表征，并研究了催化剂在光照下对DBT的转化性能。实验结果表明，在没有额外添加氧化剂（例如氧气、过氧化氢或有机氧化剂）的情况下，CeO₂-ZnO/KIT-6具有很好的光催化脱硫能力，当二氧化铈质量分数为10%、氧化锌质量分数为15%时，催化剂CeO₂-ZnO/KIT-6对DBT的转化率可达90%，最大吸附量（以硫计）为8.1 mg/g。无氧化剂体系对于燃料的后续处理非常有利，并且可以明显降低脱硫成本。

关键词: 光催化, 脱硫, KIT-6, 氧化锌, 二氧化铈

Abstract:

Photocatalytic adsorption desulfurization technology has attracted great attention in the field of oil desulfurization.The development of bifunctional materials with high photocatalytic activity and organic sulfide adsorption capacity is the key.3D mesoporous ceria oxide-zinc oxide/KIT-6（CeO₂-ZnO/KIT-6） catalyst was synthesized for the first time and applied to the photocatalytic adsorption desulfurization of dibenzothiophene（DBT）.The catalyst was characterized by X-ray diffraction（XRD），nitrogen adsorption desorption and transmission electron microscope（TEM），and the conversion performance of the catalyst to DBT under light was studied.The experimental results showed that CeO₂-ZnO/KIT-6 had good photocatalytic desulfurization ability without adding additional oxidants（such as oxygen，hydrogen peroxide or organic oxidants）.When the mass fraction of cerium dioxide was 10% and the mass fraction of zinc oxide was 15%，the conversion of DBT by CeO₂-ZnO/KIT-6 catalyst could reach 90%，and the maximum adsorption capacity（calculated by sulfur） was 8.1 mg/g.The oxidant free system was very beneficial to the subsequent treatment of fuel and could significantly reduce the desulfurization cost.

Key words: photocatalysis, desulfurization, KIT-6, ZnO, CeO₂

中图分类号:

TQ115

张哲,廖明宇,陈铭,喻珊珊,周康帝,李佳纯,张林锋,吴华东,郭嘉. CeO₂-ZnO/KIT-6催化剂在光催化吸附脱硫中的应用[J]. 无机盐工业, 2022, 54(9): 143-149.

ZHANG Zhe,LIAO Mingyu,CHEN Ming,YU Shanshan,ZHOU Kangdi,LI Jiachun,ZHANG Linfeng,WU Huadong,GUO Jia. Application of CeO₂-ZnO/KIT-6 catalyst in photocatalytic adsorption desulfurization[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2022, 54(9): 143-149.

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参考文献 29

[1]	杨闯闯，杨清河，孙谦.加氢脱硫催化剂制备方法研究进展[J].工业催化，2021，29（8）:1-6.
	YANG Chuangchuang， YANG Qinghe， SUN Qian.Research progress on preparation methods of hydrodesulfurization catalysts[J].Industrial Catalysis，2021，29（8）:1-6.
[2]	ZENG Xingye， XIAO Xinyan， LI Yang， et al.Deep desulfurization of liquid fuels with molecular oxygen through graphene photocatalytic oxidation[J].Applied Catalysis B:Environmental，2017，209:98-109.
[3]	岳源源，郑晓桂，康颖，等.基于镁铝水滑石的Mo/Al₂O₃-MgO催化剂制备及其加氢脱硫性能[J].化工学报，2018，69（1）:405-413.
	YUE Yuanyuan， ZHENG Xiaogui， KANG Ying， et al.Mo/Al₂O₃-MgO catalyst preparation from MgAl-hydrotalcite and their hydrogenation desulfurization performance[J].CIESC Journal，2018，69（1）:405-413.
[4]	杨丽娜，张熙，郭永成，等.TiO₂-g-C₃N₄/BMMS光催化氧化脱硫催化剂[J].硅酸盐学报，2021，49（3）:528-536.
	YANG Lina， ZHANG Xi， GUO Yongcheng， et al.TiO₂-g-C₃N₄/BMMS photocatalytic oxidation desulfurization catalyst[J].Journal of the Chinese Ceramic Society，2021，49（3）:528-536.
[5]	EBADI M， ASRI M， BESHKAR F.Novel Mo/Bi₂MoO₆/Bi₃ClO₄ heterojunction photocatalyst for ultra⁃deep desulfurization of thiophene under simulated sunlight irradiation[J].Advanced Powder Technology，2021，32（7）:2160-2170.
[6]	GUO Guoqing， GUO Haiyang， WANG Feng， et al.Dye-sensitized TiO₂@SBA-15 composites:Preparation and their application in photocatalytic desulfurization[J].Green Energy & Environment，2020，5（1）:114-120.
[7]	李剑，王雪莹，黄鑫，等.CuWO₄/SBA-15催化剂的制备及其光催化氧化脱硫性能[J].燃料化学学报，2020，48（5）:632-640.
	LI Jian， WANG Xueying， HUANG Xin， et al.Preparation of the CuWO₄/SBA-15 catalyst and its performance in the photocatalytic oxidation desulfurization[J].Journal of Fuel Chemistry and Technology，2020，48（5）:632-640.
[8]	李飞虹，李霞章，陆晓旺，等.钒掺杂磷酸铋/蒙脱石复合材料的制备及可见光催化脱硫性能[J].硅酸盐学报，2018，46（2）:275-280.
	LI Feihong， LI Xiazhang， LU Xiaowang， et al.Preparation of vanadium doped bismuth phosphate/montmoril lonite nanocomposites for visible light photocatalytic desulfurization[J].Journal of the Chinese Ceramic Society，2018，46（2）:275-280.
[9]	KLEITZ F， CHOI S H， RYOO R.Cubic Ia3-d large mesoporous silica:Synthesis and replication to platinum nanowires，carbon nanorods and carbon nanotubes[J].Chemical Communications:Cambridge，England，2003（17）:2136-2137.
[10]	HUSSAIN M， AKHTER P， SARACCO G， et al.Nanostructured TiO₂/KIT-6 catalysts for improved photocatalytic reduction of CO₂ to tunable energy products[J].Applied Catalysis B:Environmental，2015，170/171:53-65.
[11]	SUBHAN F， ASLAM S， YAN Zifeng， et al.Size regulation and dispersion of ceria using confined spaces for adsorptive desulfurization[J].Chemical Engineering Journal，2018，348:319-326.
[12]	SUBHAN F， ASLAM S， YAN Zifeng， et al.Facile functionalization of 3-D ordered KIT-6 with cuprous oxide for deep desulfurization[J].Chemical Engineering Journal，2017，330:372-382.
[13]	左士祥，吴红叶，刘文杰，等.凹凸棒石/g-C₃N₄/LaCoO₃复合材料的制备及其光催化脱硫性能[J].硅酸盐学报，2020，48（5）:753-760.
	ZUO Shixiang， WU Hongye， LIU Wenjie， et al.Preparation of attapulgite/g-C₃N₄/LaCoO₃ composites and their performance of photocatalytic desulfurization[J].Journal of the Chinese Ceramic Society，2020，48（5）:753-760.
[14]	ZHANG Juan， ZHAO Dishun， MA Zhen， et al.Phase-boundary photocatalytic oxidation of dibenzothiophene over amphiphilic Ti-MCM-41 molecular sieve[J].Catalysis Letters，2010，138（1/2）:111-115.
[15]	ONG C B， NG L Y， MOHAMMAD A W.A review of ZnO nanoparticles as solar photocatalysts:Synthesis，mechanisms and applications[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2018，81:536-551.
[16]	胡敏，郭嘉，吴华东，等.N-Zn/TiO₂光催化氧化脱硫废液中亚硫酸钠的研究[J].无机盐工业，2020，52（10）:151-156.
	HU Min， GUO Jia， WU Huadong， et al.Photocatalytic oxidation of sodium sulfite in desulfurization wastewater by N-Zn/TiO₂ [J].Inorganic Chemicals Industry，2020，52（10）:151-156.
[17]	ZHANG Qian， ZHAO Xiaoru， DUAN Libing， et al.Controlling oxygen vacancies and enhanced visible light photocatalysis of CeO₂/ZnO nanocomposites[J].Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry ，2020，392.Doi:10.1016/j.jphotochem.2019.112156.
[18]	VISUVAMITHIRAN P， PALANICHAMY M， SHANTHI K， et al.Selective epoxidation of olefins over Co（Ⅱ）-Schiff base immobilised on KIT-6[J].Applied Catalysis A:General，2013，462/463:31-38.
[19]	WANG Quan， XIE Wenlei， GUO Lihong.Molybdenum and zirconium oxides supported on KIT-6 silica:A recyclable composite catalyst for one⁃pot biodiesel production from simulated low⁃quality oils[J].Renewable Energy，2022，187:907-922.
[20]	SUBHAN F， ASLAM S， YAN Zifeng， et al.Enhanced desulfurization characteristics of Cu-KIT-6 for thiophene[J].Microporous and Mesoporous Materials，2014，199:108-116.
[21]	LIU Yang， LI Peng， XUE Ruiting， et al.Research on catalytic performance and mechanism of Ag₂O/ZnO heterostructure under UV and visible light[J].Chemical Physics Letters，2020，746.Doi:10.1016/j.cplett.2020.137301.
[22]	岳明月，朱佳，李天保，等.CeO₂/CuBi₂O₄异质结的制备及其光催化性能研究[J].功能材料，2021，52（8）:8001-8007.
	YUE Mingyue， ZHU Jia， LI Tianbao， et al.Preparation of CeO₂/CuBi₂O₄ heterojunctions and their photocatalytic properties[J].Journal of Functional Materials，2021，52（8）:8001-8007.
[23]	刘同慧，刘宏乾，褚格，等.CaO/KIT-6固体碱催化剂的制备及其在酯交换反应中的催化性能[J].燃料化学学报，2021，49（3）:321-328.
	LIU Tonghui， LIU Hongqian， CHU Ge， et al.Preparation of CaO/KIT-6 solid base catalyst and its catalytic performance in transesterification[J].Journal of Fuel Chemistry and Technology，2021，49（3）:321-328.
[24]	史亚卜，张国强，孙宇辰，等.KIT-6负载CeO₂催化CO₂和甲醇合成碳酸二甲酯[J].无机化学学报，2021，37（6）:1004-1016.
	SHI Yabo， ZHANG Guoqiang， SUN Yuchen， et al.KIT-6 supported CeO₂ for catalytic synthesis of dimethyl carbonate from CO₂ and methanol[J].Chinese Journal of Inorganic Chemistry，2021，37（6）:1004-1016.
[25]	MUNAWAR T， MUKHTAR F， NADEEM M S， et al.Novel photocatalyst and antibacterial agent；direct dual Z-scheme ZnO-CeO₂-Yb₂O₃ heterostructured nanocomposite[J].Solid State Sciences，2020，109.Doi:10.1016/j.solidstatesciences.2020.106446.
[26]	SIRAJ Z， MAAFA I M， SHAFIQ I， et al.KIT-6 induced mesostructured TiO₂ for photocatalytic degradation of methyl blue[J].Environmental Science and Pollution Research International，2021，28（38）:53340-53352.
[27]	WANG Sihua， ZU Yun， QIN Yucai， et al.Fabrication of effective desulfurization species active sites in the CeY zeolites and the adsorption desulfurization mechanisms[J].Journal of Fuel Chemistry and Technology，2020，48（1）:52-62.
[28]	MIAO Guang， HUANG Dishun， REN Xiaoling， et al.Visible-light induced photocatalytic oxidative desulfurization using BiVO₄/C₃N₄@SiO₂ with air/cumene hydroperoxide under ambient conditions[J].Applied Catalysis B:Environmental，2016，192:72-79.
[29]	LI Xin， XU Yilin， ZHANG Chen， et al.H₂O₂-assisted hydrothermal synthesis of TiO₂-SiO₂ and its enhanced photocatalytic⁃adsorptive desulfurization performance for model fuel[J].Fuel， 2018，226:527-535.

催化剂	比表面积/ （m²·g^-1）	孔径/ nm	孔容/ （mL·g^-1）
KIT-6	752.65	6.54	0.92
ZnO（15）/KIT-6	543.58	6.56	0.79
CeO₂（5）-ZnO（15）/KIT-6	470.43	6.52	0.76
CeO₂（10）-ZnO（15）/KIT-6	401.49	5.63	0.59
CeO₂（15）-ZnO（15）/KIT-6	378.53	6.54	0.56

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Application of CeO₂-ZnO/KIT-6 catalyst in photocatalytic adsorption desulfurization

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[2]	李子罕, 张佳琦, 李世卓, 李欣雨, 刘少卓, 王一豪, 郝玉翠, 刘剑, 李彦华. CdS/g-C₃N₄复合光催化剂的合成及催化机理研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(3): 124-132.
[3]	孙庆昊, 李克艳, 郭新闻. Pd/ZnIn₂S₄纳米片光催化苯甲醇氧化耦合产氢的研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(1): 113-119.
[4]	刘光明. C₃N₅/NH₂-MIL-125（Ti）改性混凝土砂浆光催化和力学性能研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(1): 120-128.
[5]	张飞刚, 刘中利. CuO/g-C₃N₄复合材料在有机染料降解和超级电容器中的应用研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(1): 129-136.
[6]	石萌轲, 范赵亚, 岳峰, 张硕, 孟阳, 张宏忠. 空气中CO₂电辅助式光催化高选择性转化的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(9): 154-163.
[7]	孙延龙, 袁广胜, 王红军. 基于钯修饰的介孔TiO₂纳米棒高效光降解四环素的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(9): 147-153.
[8]	张国强, 戎西林, 肖振芳, 薛自然, 程昊, 冯军, 刘泉, 陆瑶, 黄文艺. 甘蔗渣碳气凝胶负载纳米氧化锌的制备及其光催化性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(8): 131-138.
[9]	李曌, 尹优优, 刘晨辉, 王访, 高冀芸. 二维碳化钛/氧化锌纳米颗粒的制备及其乙醇气敏性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(8): 33-39.
[10]	王雅雯, 王芳芳, 耿司宇, 鞠佳, 陈雷, 陈常东. SrTiO₃-SrWO₄的制备及其光催化性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 143-149.
[11]	宋国良, 穆展鹏, 杨霞霞, 李子涵, 朱金剑, 张景成, 杨文汝, 马文琪. 镁改性对Ni-Mo/Al₂O₃体系催化剂烯烃选择性能的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 150-156.
[12]	刘敏, 黄秀, 张理元. S型异质结光催化剂的研究进展[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 18-27.
[13]	张力巾, 吕晴, 陈晓浪, 李清欣, 史鸿钰, 秦军. Ca基LDO复合材料的制备及其对磷酸盐的吸附性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 37-45.
[14]	李江朋, 张慧斌. 三维多孔LaFeO₃/CeO₂/SrTiO₃光芬顿和光催化协同脱色亚甲基蓝[J]. 无机盐工业, 2024, 56(5): 141-148.
[15]	王升昌, 郝建英, 陈佳宁, 田博. 添加硫酸铝钾煅烧对脱硫石膏制备建筑石膏性能的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 105-111.

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