一种分子印迹型铋基复合光催化剂及其制备方法和应用

本发明属于石化领域燃油脱氮技术，具体涉及一种分子印迹型铋基复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、石油作为现阶段工业发展主要能源之一，其清洁使用仍然是人们关注的热点。油品中含有多种氮化物，其主要分为碱性有机氮和非碱性有机氮，碱性有机氮以吡啶为代表，如吡啶、喹啉、吖啶等，非碱性氮以吲哚为代表，如吡咯、吲哚、咔唑等。这些氮化物不仅严重影响了油品的稳定性，而且使其颜色加深，抗氧化性变差。在储存过程中，氮化物还会引起胶体沉淀，影响油品储存和使用性能。另外，油品燃烧过程会释放出氮氧化物有毒气体，对环境造成严重的危害。因而，油品脱氮问题成为近年来研究的热门话题。其中，光催化法脱氮因其成本低且零污染而备受关注。

2、光催化技术进行油品脱氮具有安全无毒、环境友好、高稳定性、高催化活性、低能耗等优点，但目前关于分子印迹光催化燃油脱氮技术还鲜见报道。这主要归因于利用太阳能脱氮过程有着诸多挑战。其中主要有两方面：一是含氮化合物在催化剂表面的选择性吸附问题；二是光催化剂载流子利用率不高的问题。基于此，开发新型光催化剂实现含氮化合物的选择性吸附以及高太阳能利用率非常必要。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种分子印迹型铋基复合光催化剂及其制备方法和应用，本发明的分子印迹型铋基复合光催化剂能够实现油品中含氮化合物的选择性吸附并且太阳能利用率较高。

2、本发明采用的技术方案：

3、一种分子印迹型铋基复合光催化剂的制备方法，包括如下过程：

4、向溶液a中加入硼氢化钠水溶液，溶液a与硼氢化钠水溶液发生反应，反应结束后将沉淀物进行抽滤、洗涤、干燥，得到bi/ce粉末；所述溶液a采用氯化铋和七水合氯化铈溶解于水中制备得到；

5、将bi/ce粉末进行煅烧，生成bi2o3/ceo2；

6、将bi2o3/ceo2与聚乙二醇4000溶于溶剂中并进行超声，对bi2o3/ceo2进行改性，得到改性bi2o3/ceo2；

7、向溶液b中加入二甲基丙烯酸乙二醇酯、偶氮二异丁腈以及改性bi2o3/ceo2得到溶液c，所述溶液b采用吡啶与邻苯二胺溶于水制得；

8、在保护气氛下用可见光照射溶液c进行引发聚合，反应结束后，进行过滤、洗涤、烘干，得到反应产物a；

9、将反应产物a加入水中，在空气氛围中进行搅拌，同时用可见光光照，脱除吡啶模板，之后进行洗涤、干燥，得到所述分子印迹型铋基复合光催化剂。

10、优选的，向溶液a中加入硼氢化钠水溶液时，将硼氢化钠水溶液逐滴加入溶液a中；

11、硼氢化钠用量为1～3g，氯化铋和七水合氯化铈的摩尔比为(1～5):1。

12、优选的，将bi/ce粉末进行煅烧时，煅烧温度为500～700℃，煅烧时间为1～5h。

13、优选的，bi2o3/ceo2的用量为1～3g，聚乙二醇4000的用量为1～5g，溶剂足量。

14、优选的，吡啶的用量为1～5mmol，邻苯二胺的用量为1～5mmol。

15、优选的，二甲基丙烯酸乙二醇酯的用量为1～5ml，偶氮二异丁腈的用量为0.01～0.05g。

16、优选的，在保护气氛下用可见光照射溶液c进行引发聚合时，在保护气氛下用氙灯可见光照射引发聚合，照射时间为10～30min。

17、优选的，用可见光光照、脱除吡啶模板时，用氙灯可见光光照脱除吡啶模板光照时长为1～2h。

18、本发明还提供了一种分子印迹型铋基复合光催化剂，该分子印迹型铋基复合光催化剂通过本发明如上所述的制备方法制得。

19、本发明还提供了上述分子印迹型铋基复合光催化剂的应用，所述分子印迹型铋基复合光催化剂用于光催化降解油品中的氮化物，所述氮化物包括吡啶。

20、本发明具有如下有益效果：

21、本发明通过液相还原法制备出复合金属材料bi/ce，其次通过高温煅烧氧化bi/ce制备出复合光催化材料bi2o3/ceo2，最后通过分子印迹方法，制备出一种对油品中的氮化物(如吡啶)具有选择降解性能的分子印迹型铋基光催化剂，实现对吡啶的高效选择性降解。本发明合成方法简单方便快捷，极大精简合成步骤。在分子印迹技术中采用可见光去除模板分子，方法新颖且操作便捷，不易引入杂质且脱除干净。本发明整个工艺过程简单易控制，生产过程绿色环保，能耗低，且能有效实现温和条件下的燃油脱氮，为解决燃油中氮化合物带来的环境问题环境污染提供了潜在的解决方案，具有较高的应用前景。

22、本发明分子印迹型铋基复合光催化剂popd/bi2o3/ceo2材料将bi2o3/ceo2的吸收边带从580nm拓宽到670nm处，带隙宽度由3.15ev降到2.9ev，极大拓宽了其光吸收范围和光吸收效率。分子印迹光催化剂popd/bi2o3/ceo2的吸附容量明显优于其他光催化剂，如bi2o3、ceo2和bi2o3/ceo2。这是因为popd/bi2o3/ceo2印迹复合光催化剂表面印迹层存在着大量印迹孔穴，这些孔穴具备对模板分子-吡啶选择性识别的能力，因而提升了其吸附性能。

技术特征：

1.一种分子印迹型铋基复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下过程：

2.根据权利要求1所述的一种分子印迹型铋基复合光催化剂的制备方法，其特征在于，向溶液a中加入硼氢化钠水溶液时，将硼氢化钠水溶液逐滴加入溶液a中；

3.根据权利要求1所述的一种分子印迹型铋基复合光催化剂的制备方法，其特征在于，将bi/ce粉末进行煅烧时，煅烧温度为500～700℃，煅烧时间为1～5h。

4.根据权利要求1所述的一种分子印迹型铋基复合光催化剂的制备方法，其特征在于，bi2o3/ceo2的用量为1～3g，聚乙二醇4000的用量为1～5g，溶剂足量。

5.根据权利要求1所述的一种分子印迹型铋基复合光催化剂的制备方法，其特征在于，吡啶的用量为1～5mmol，邻苯二胺的用量为1～5mmol。

6.根据权利要求1所述的一种分子印迹型铋基复合光催化剂的制备方法，其特征在于，二甲基丙烯酸乙二醇酯的用量为1～5ml，偶氮二异丁腈的用量为0.01～0.05g。

7.根据权利要求1所述的一种分子印迹型铋基复合光催化剂的制备方法，其特征在于，在保护气氛下用可见光照射溶液c进行引发聚合时，在保护气氛下用氙灯可见光照射引发聚合，照射时间为10～30min。

8.根据权利要求1所述的一种分子印迹型铋基复合光催化剂的制备方法，其特征在于，用可见光光照、脱除吡啶模板时，用氙灯可见光光照脱除吡啶模板光照时长为1～2h。

9.一种分子印迹型铋基复合光催化剂，其特征在于，该分子印迹型铋基复合光催化剂通过权利要求1-8任意一项所述的制备方法制得。

10.权利要求9所述分子印迹型铋基复合光催化剂的应用，其特征在于，所述分子印迹型铋基复合光催化剂用于光催化降解油品中的氮化物，所述氮化物包括吡啶。

技术总结
本发明属环境材料制备技术领域，公开了一种分子印迹型铋基复合光催化剂及其制备方法和应用。首先通过液相还原法制备出复合金属材料Bi/Ce，其次通过高温煅烧氧化Bi/Ce制备出复合光催化材料Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/CeO<subgt;2</subgt;，最后通过分子印迹技术在Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/CeO<subgt;2</subgt;表面光聚合POPD，制备出对吡啶具有选择识别降解性能的分子印迹光催化剂POPD/Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/CeO<subgt;2</subgt;，能实现对模拟油中吡啶的高效选择性降解。该分子印迹型光催化材料在光催化燃油脱氮表现出优异性能。本发明制备方法操作简单，催化剂活性和稳定性高，有较大的应用潜力。

技术研发人员：孟祖超,崔孟凡,李正辉,翟文新
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15