g-C3N4的微观结构调控及其吸附脱硫性能研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chen406507025
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由于各国开始严格控制汽油的含硫标准,高效、低成本的吸附脱硫技术成为了研究热点。g-C3N4作为新型绿色材料,有着类似石墨的片层结构及独特N6环结构,制备过程简单、无毒等优点,作为新型吸附剂用于汽油吸附脱硫。为提高吸附脱硫性能,制备插层结构、介孔结构及中空管状结构的g-C3N4,研究g-C3N4的微观结构(不限于微观形貌)与脱硫性能的关系,探究其在模拟汽油吸附性能及动力学行为。详细内容为:1、采用H2SO4溶液对块状g-C3N4进行插层,质量分数分别为50%,75%,90%和98%的H2SO4溶液插层得到的化合物CNS50,CNS75,CNS90和CNS98。通过XRD、EDS和XPS等可以证明,除CNS50之外,样品均成功进行插层反应,产物主要为三阶插层化合物,g-C3N4片层变薄,其中CNS75的比表面积最大,约为33.37 m2/g,比块状g-C3N4的比表面积提高了约3.7倍,CNS98的比表面积仅为10.59 m2/g左右。在模拟油中吸附噻吩,CNS98吸附效果最佳,吸附硫容为32.49 mgS/g,在含芳烃的溶液中该吸附剂对噻吩具有较好的选择性。对其吸附动力学等表征结果的分析,表明H2SO4插层导致的表面质子化和及磺酸化引入的官能团使得表面带正电差异,导致对硫化物吸附能力不同。2、采用胶态SiO2作为硬模板,分别在不同温度(500℃、550℃和600℃)下煅烧制备介孔结构的g-C3N4(CN-500,CN-550和CN-600),并由TEM和BET等表征手段证实了介孔结构的存在。通过UV-vis和XPS结果分析其煅烧温度对介孔g-C3N4的CN环结构有一定的影响,600℃热聚合(CN-600)形成的结构主要为庚嗪环结构,CN-500主要为三嗪环结构。用于模拟汽油中硫化物吸附,600℃下煅烧得到的样品脱硫效果最佳,对噻吩的吸附硫容最高可达40.82 mgS/g,在芳烃溶液中选择性仍然较好。取代基位阻效应和分子尺寸大小等因素是影响吸附的主要方面,吸附剂对各类硫化物的吸附高低顺序为:噻吩>3-甲基噻吩>2-甲基噻吩>2,5-二甲基噻吩>苯并噻吩>二苯并噻吩。3、双氰胺在200℃的水热条件下聚合,晶体生长形成大分子结构,液氮冷冻干燥后在600℃煅烧下可获得少量特殊的六边形中空管状结构g-C3N4,该无模板法制备管状g-C3N4尚无文献报道。结合焙烧升温曲线和文献报道,我们推测了其生长机理:由于传热的滞后性及晶面热稳定性差异,造成管壁氰胺分子优先结晶生长,而管壁内层熔融双氰胺聚合物则发生了挥发。通过XRD、FTIR分析发现该样品结晶性较差,SEM、TEM结果表明,样品为管壁较薄的六边形管状结构,表面有疑似介孔存在,并用于吸附噻吩性能探究,约60 min即可达到平衡状态,表明大的管状结构提供较开放的吸附质传输入口,促进吸附质的传递,加快吸附速率。
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