Синтез и характеристика нанокомпозита Ce0,5Bi0,5VO4/rGO сонохимическим методом для фотокаталитического обессеривания нефтепродуктов

Dec 30, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 14094 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

С целью повышения эффективности десульфурации нефтепродуктов сонохимическим методом синтезирован нанокомпозит Ce0,5Bi0,5VO4/rGO. Полученные нанокомпозиты были охарактеризованы методами XRD, FESEM, EDS, FT-IR, BET и DRS-анализа. Рентгеноструктурный анализ показывает, что синтезированный нанокомпозит является аморфным. Изображения FESEM показали, что наноструктуры с меньшим распределением частиц по размерам были синтезированы в оптимальных условиях, то есть при контроле температуры синтеза от 0 до 5 °C. Результаты десульфурации показали, что нанокомпозиты, содержащие восстановленный оксид графена (rGO), обладают более высокой фотокаталитической эффективностью, чем чистые образцы, основной причиной чего может быть лучшее разделение зарядов в образцах через π-электрон в структуре rGO. Наибольшая степень десульфуризации нанокомпозитов CeVO4/rGO, BiVO4/rGO и Ce0,5Bi0,5VO4/rGO составила 95,62, 91,25 и 96,38% соответственно после воздействия УФ-света в течение 40 мин. Повышение фотокаталитической активности композита Ce0.5Bi0.5VO4/rGO можно объяснить эффективным разделением электронно-дырочных пар и ингибированием рекомбинации. Десульфурация в присутствии соляной кислоты и перекиси водорода повысила эффективность на 12%, что является значительным показателем.

В последние десятилетия критические экологические проблемы, вызванные ископаемым топливом, связаны с увеличением использования дизельного и бензинового топлива, а также сжиганием серосодержащего топлива, вызывающего выброс SOX1,2,3. Стоит отметить, что в топливе существуют различные типы соединений серы, которые выделяют SOX после сгорания4. Соединения серы токсичны и с бурным развитием автомобильной промышленности отравляют катализаторы окисления, выделяющие выхлопные газы двигателей5. Соединения серы преобразуются в оксиды, сульфаты и серу, что приводит к образованию кислотных дождей, фотохимического тумана, респираторным проблемам и серьезно угрожает здоровью человека и экосистеме6,7.

Процесс глубокой десульфурации углеводородного топлива рассматривался с учетом требований транспортировки, а также из-за воздействия на окружающую среду. Чтобы решить эту проблему, большинство стран разработали строгие стандарты по ограничению количества серы в топливе. По этим нормам количество серы составляет менее 10 ppm, а в дальнейшем даже нулевое. В результате одной из важнейших задач исследователей последних лет является подслащивание нефтепродуктов этими соединениями8,9,10,11. Поэтому появились различные методы десульфурации, наиболее важным из которых является десульфурация водородом. В этом процессе десульфурация осуществляется водородом при высокой температуре и давлении с использованием катализатора12,13. Для достижения мягких условий эксплуатации были исследованы другие методы, такие как: экстрактивная десульфурация, биологическая десульфурация, абсорбционная десульфурация, окислительная десульфурация и др.14,15,16. Фотокаталитическая окислительная десульфурация – это, по сути, передовая технология метода окислительной десульфурации, в которой используется эффективный катализатор в присутствии света для увеличения скорости окисления сернистых соединений17. Этот метод может применяться при температуре окружающей среды и атмосферном давлении с высокой селективностью, а благодаря дешевизне и возможности использования источника солнечного света его можно использовать и в промышленных масштабах1. В этом методе пара электрон-дырка поглощается на поверхности катализатора, и это поглощение происходит из-за энергии, превышающей или равную ширине запрещенной зоны, которую полупроводники могут создавать гидроксильные дырки под воздействием ультрафиолетового света. Между тем, перенос электронов пероксида на кислород или пероксида на водород с образованием аниона, O2⋅- или гидроксильного радикала (⋅OH) является сильным. Способность окислять основное состояние на поверхности катализатора превращает его в сульфон, сульфоксид или сульфат-ионы, которые удаляются водой18.