基于负载型TiO2的类双亲催化剂的制备及其氧化脱硫性能的研究

Controllable preparation of highly active catalysts and development of new technologies are of great importance in the field of chemical engineering. Aimed at ultra-deep oxidative desulfurization (ODS) with the extreme liquid-liquid phase ratio (usually larger than 1500), we specially designed and prepared porous glass supported with TiO2 nanoparticles acting as an amphiphilic catalyst. H2O2 aqueous solution would be fixed in the pores of porous glass beads. Hence, based on the adsorptive property for both the two reactants, the as-prepared catalyst provides high interfacial surface areas where the chemical reaction takes place and improves the reaction performance. Besides, based on the adsorptive property for the product, the reaction and separation of the product would be coupled in one step. Overall, this new reusable catalyst would provide an alternative for highly efficient ultra-deep desulfurization in a green way.

高效催化材料的制备和新工艺的开发是化工领域的前沿和热点。本项目针对极端相比（油水两相的相比通常大于1500）的液－液两相氧化脱硫体系，提出发展具有类似双亲催化剂作用的负载型TiO2纳米颗粒催化剂的概念；探讨催化剂表面亲、疏水性质的调控规律，精确调控催化剂的表面性质，调节对两种反应物的吸附性能，实现微量双氧水在载体孔道中的吸附，负载有氧化剂和TiO2纳米颗粒的催化剂分散于油相中，为存在于油水两相中的反应物提供反应界面，总结传质－反应的调控规律；基于载体对产物的良好吸附性能，提出氧化反应和产物吸附分离原位耦合的新工艺，为绿色、高效、低成本的深度脱硫提供新途径。

通过高效催化材料的理性设计与构筑实现油品的深度脱硫具有重要的学术意义和工业应用价值。本工作选择多孔玻璃微珠作为多相催化剂的载体，发展了TiO2/玻璃微珠的新型制备方法，并基于其表面富含羟基、易改性的特点，实现了催化剂表面浸润性的可控化调节，水滴在催化剂表面的接触角在0°~115°范围内变化；基于玻璃微珠的离子交换特性，发展了Ag–TiO2/玻璃微珠催化剂的新型绿色制备方法，在室温的乙醇环境中通过离子交换–原位还原耦合得到了平均粒径为2.2nm的单质银纳米颗粒，避免了高温条件或氢气消耗。制备得到的催化剂在氧化脱硫过程中展现了优异的催化性能。对于表面浸润性不同的催化剂，表面越亲水其催化性能越好，当催化剂中钛含量为6.5wt%时，5min可实现初始浓度为150ppm的二苯并噻吩74%的转化；Ag–TiO2/玻璃微珠在可见光的照射下，无需引入氧气、过氧化氢等额外的氧化剂，只需要添加乙醇，即可在80min后实现二苯并噻吩和苯并噻吩95%和92%的脱除率，为该过程的工业化奠定了良好基础。本工作为TiO2基复合纳米催化剂的开发提供新思路的同时，也为高效率低能耗脱硫开辟新路径。