DOI：10.11949/0438-1157.20191160
引用本文：劉葉峰, 左鵬, 李瑞琪, 焦緯洲, 王蕊欣. 雜多酸的共價負載及其對四氫噻吩氧化性能研究[J]. 化工學報, 2020, 71(4): 1627-1636
雜多酸的共價負載及其對四氫噻吩 氧化性能研究 劉葉峰，左鵬，李瑞琪，焦緯洲，王蕊欣 （中北大學化學工程與技術學院，山西 太原 030051） / 文章亮點 / 隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類對液體燃料的需求越來越大。然而，液體燃料中的含硫化合物燃燒所產(chǎn)生的SOx排放到空氣中會造成酸雨、光化學煙霧，而且還會毒害汽車尾氣轉化器，間接增加了其他污染物的排放。因此，燃料的深度脫硫技術已引起世界各國的廣泛關注。傳統(tǒng)的加氫脫硫工藝（HDS）由于操作條件苛刻、需要高溫高壓、消耗大量高純氫氣和高活性催化劑以及更長的反應時間，使其面臨巨大的挑戰(zhàn)。開發(fā)非加氫脫硫的技術具有重要的理論和實踐意義。目前，非加氫脫硫技術主要有氧化脫硫、萃取脫硫、吸附脫硫、生物脫硫以及光催化脫硫等。其中，氧化脫硫因其操作條件溫和、工藝簡單，成為一種極具潛力的脫硫方法，也是近年來的一個研究熱點。在氧化脫硫中常用的催化劑有多種，包括多金屬氧酸鹽、MOF、酞菁、金屬氧化物等。在這些催化劑中，多金屬氧酸鹽（POM）是由早期過渡金屬MOx通過共角、共面和共邊組裝而成的多氧金屬配合簇，并擁有豐富的拓撲結構和組成，決定了其多樣的化學性質(zhì)和物理性質(zhì)（強酸性、氧化性、光電催化等），并且還具有低溫高活性以及無毒、無味、無揮發(fā)性等優(yōu)點，被廣泛應用于催化、醫(yī)學、材料化學等領域，尤其是其獨特的催化氧化性能更是受到研究人員的廣泛關注。然而，多金屬氧酸鹽多作為均相催化劑使用，存在易溶解、比表面積小、分離回收困難等缺點。目前常用的解決方法是變均相催化劑為非均相催化劑，而催化劑的負載化是有效措施之一。常用于負載催化劑的載體有殼聚糖、石墨烯、碳納米管、MCM-41、SiO2、金屬有機框架（MOFs）、多孔的碳材料、沸石、聚丙烯纖維、介孔聚合物等，其中，石墨烯由于較大的比表面積及高的導電性，而氧化石墨稀不但具有較大的比表面積，而且其表面具有豐富的含氧官能團，能夠進行多種有機反應，已成為固載催化劑理想的載體。 為此，本課題選擇二維氧化石墨烯（GO）為載體，通過偶聯(lián)劑對其進行氨基改性，以便POM在其上的共價鍵合。然后，通過環(huán)氧偶聯(lián)劑對單缺位的Dawson型磷鎢酸鹽K10[α-P2W17O61]·20H2O（P2W17）進行環(huán)氧基改性，制得環(huán)氧基改性的EPO-P2W17。最后，借助氨基改性GO與EPO-P2W17之間的席夫堿反應實現(xiàn)P2W17在GO上的共價固載，制得非均相催化劑P2W17/GO。以四氫噻吩（THT）作為催化評價的對象，考察了P2W17/GO的催化氧化活性。實驗結果表明，共價負載在GO上的P2W17分散性良好，且P2W17/GO對THT表現(xiàn)出良好的催化活性和選擇性。較小的P2W17/GO用量（0.02 g）下，以H2O2為氧化劑，反應75 min，THT轉化率即可達100%；相對于均相的EPO- P2W17，其催化活性提高了1.7倍；其催化H2O2氧化THT的過程符合準一級動力學模型。此外，該催化劑具有良好的重復使用性。 圖1 GO（A）和P2W17/GO（B）的TEM圖 圖2 不同體系催化氧化四氫噻吩的曲線圖 / 作者及團隊介紹 / 王蕊欣 博士，中北大學化學工程與技術學院，教授、博士生導師，美國University of Missouri-Kansas City交流訪問1年。主要研究方向涵蓋功能聚合物/無機雜化材料的制備；催化劑的負載化及其催化性能。課題組長期致力于功能聚合物/無機雜化材料的制備方法研究，提出了在基體無機微粒及聚合物微球表面組建氨基、巰基或芳叔胺基形成的新型表面引發(fā)體系，有效地實現(xiàn)了多種（水溶性或油溶性）功能單體的接枝聚合，研制出了多種類型的功能聚合物復合載體，為制備非均相催化劑提供了廣闊的設計思路與方法。從簡化制備過程并保護催化劑活性出發(fā)，提出并構建兩種在聚合物載體上高效負載催化劑的新方法：“軸向配位”和“同步合成與固載”法，結合傳統(tǒng)的“共價鍵合法”，制備了多種高性能的非均相綠色氧化催化劑（如固載化的金屬卟啉、金屬酞菁、席夫堿過渡金屬配合物、多金屬氧酸鹽等），實現(xiàn)多種烴類物質(zhì)（乙苯、環(huán)己烷）及醇（苯乙醇、環(huán)己醇））的分子氧高效綠色催化氧化以及燃油中含硫化合物（四氫噻吩、二苯并噻吩等）的高效催化氧化。主持國家自然科學基金、山西省自然科學基金、山西省留學人員科技活動擇優(yōu)資助重點項目等13項。出版《高分子固載化卟啉類化合物的制備與性能》專著1部，參編《Trends in Polyoxometalates Research》著作1部，在Applied Surface Science、Journal of Chemical and Engineering Data、European Journal of Inorganic Chemistry、等國內(nèi)外重要期刊公開發(fā)表學術論文50多篇，其中SCI收錄30篇，授權國家發(fā)明專利28件，獲山西省自然科學二等獎1項（第一）。《功能高分子學報》青年編委、山西省抗癌協(xié)會腫瘤納米學專業(yè)委員會常務委員，入選了山西省高等學校131領軍人才工程、山西省“三晉英才”支持計劃青年優(yōu)秀人才，被授予山西省高等學校優(yōu)秀青年學術帶頭人等多項榮譽稱號。
