Page 157 - 《精细化工》2020年第12期
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第 12 期              杨丽娜，等:  芽孢杆菌辅助合成 TiO 2 -SBA-15-W 光催化氧化脱硫催化剂                         ·2519·


                                                                                                       +
                                                                                          –
                 photocatalytic oxidative desulfurization (PODS) was proposed. Superoxide radicals (•O 2 ) and holes (h )
                 were considered to be the main active species of PODS.
                 Key words: bacillus; TiO 2; SBA-15; photocatalysis; oxidation; desulfurization; catalysis technology


                                                       [1]
                 TiO 2 是性能优良的光催化氧化脱硫催化剂 。                      分析仪器集团公司；UV-2550 型紫外-可见分光光
            但纯相 TiO 2 存在比表面积小、禁带宽度较宽等缺                         度计，日本 Shimadzu 公司；Spex 500M 荧光光谱
              [2]
            点 ，因此光催化活性不理想。将 TiO 2 负载在 SBA-                     仪，美国 Spex 公司；ESCALAB 250 型 X 射线光电
            15 介孔分子筛上可以显著提高催化剂的比表面积，                           子能谱仪，美国 Thermo Fisher Scientific 公司；WK-
            为反应提供更多的活性位点，同时其介孔孔径可以                             2D 型微库伦综合分析仪，江苏江分电分析仪器有限
            减少反应的扩散阻力，从而提高其催化活性                     [3-5] 。    公司。
                                             [6]
                 据报道，将 TiO 2 中引入丝素蛋白 、大豆蛋白               [7]   1.2   制备
            等生物质后其残留的非金属元素会使 TiO 2 表面晶格                            称取 1.00 g P123（0.17 mmol）溶于 24.50 g 去离
                                             [8]
            产生缺陷抑制光生电子-空穴的复合 ，或取代 Ti                           子水中，45  ℃搅拌 4 h，缓慢滴加 6.30 g（0.17 mol）
            原子而降低带隙        [9-10] ，使催化剂光生电子与空穴复                浓盐酸，反应 0.5 h 后加入 2.12 g（0.01 mol）TEOS；
            合率降低     [11] ，光催化活性增强。值得注意的是，在                    继续搅拌 1 h 后加入一定量的芽孢杆菌粉末，超声
            介孔材料的合成过程中引入生物质也可以有效调节                             处理 0.5 h 后，于 45  ℃下搅拌 19 h，100  ℃晶化 24 h，
            介孔材料的孔道结构          [12-13] 。然而，将生物质作为辅             所得产物经抽滤、去离子水洗涤至滤液为中性；滤
            助模板剂合成介孔材料，同时调节材料的光学性能                             饼 100  ℃干燥 12 h，550  ℃焙烧 5 h，得到 SBA-15-
            与孔道结构的研究却少有报道。                                     mW 分子筛（m=0.5%、1.0%、3.0%、5.0%，m 为芽
                 本文在合成分子筛 SBA-15 的过程中加入芽孢                      孢杆菌与 SiO 2 的质量百分比，SiO 2 的质量根据
            杆菌辅助模板剂，既考察了芽孢杆菌调节催化剂表                             TEOS 中 Si 的含量计算；W 指芽孢杆菌，下同）。
            面介孔孔道结构的作用，又分析了芽孢杆菌焙烧后                                 SBA-15 制备方法同上，只是不加芽孢杆菌。
            残留的非金属元素对 TiO 2 活性组分光学性能的影                             向 1.00 g SBA-15-mW 中加入 45 mL 无水乙醇，超
            响。出于环保考虑，将 TiO 2 -SBA-15-W 应用于光催                   声分散 20 min，得到 A。另将 0.4734 g（1.39 mmol）
            化氧化脱硫中，为光催化氧化脱硫催化剂的研究提                             钛酸丁酯与 1.4487 g 无水乙醇混合，溶解后加入 1.0 g
            供一定思路及参考。                                          去离子水继续搅拌 1 h 得到 B。将 A 转移至 B 中，
                                                               继续反应 0.5 h，室温陈化 24 h 后，搅拌至无水乙醇
            1   实验部分
                                                               挥发完毕，将得到的白色粉末 100  ℃下干燥 10 h，
                                                               制得 TiO 2 -SBA-15-mW（m=0.5%、1.0%、3.0%、5.0%）
            1.1   试剂与仪器
                                                               催化剂。
                 正硅酸乙酯（TEOS）、十二烷，AR，天津福晨
            化学试剂厂；钛酸丁酯，AR，国药集团化学试剂有限                               TiO 2 -SBA-15 制备方法同上。
            公司；二苯并噻吩（DBT，质量分数 98%）、聚环氧                         1.3   结构表征
            乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物（P123），                            采用 X 射线衍射仪对样品进行 XRD 表征：
            AR，美国 Aldrich 公司；浓盐酸（质量分数 36.5%），                  λ=0.154 nm 的 Cu-K α 射线，管电压 40 kV，管电流
            大连凯瑞化工有限公司；过氧化氢（质量分数 30%），                         100 mA，小角扫描范围 0°~5°，扫描速率 8(°)/min。
            天津市大茂化学品有限公司；无水甲醇，AR，沈阳                            采用物理吸附仪对样品进行 N 2 吸附-脱附表征：液
            国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇，AR，沈阳                            态氮为吸附质，吸附温度–195.75  ℃。采用扫描电
            化学试剂厂；异丙醇（IPA），AR，天津市瑞金特化                          子显微镜对样品进行 SEM、EDS 表征：放大倍数
            学品有限公司；对苯醌（p-BQ），CP，上海展云化                          5~300000 倍，加速电压 10~15 kV。采用傅里叶变换
            工有限公司；乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na），AR，                       红外光谱仪对样品进行 FTIR 表征：KBr 压片法，扫
                                                                                 –1
                                                                                                –1
            沈阳天罡化学试剂厂。芽孢杆菌                [14-15] 及去离子水为       描范围 400~4000 cm ，分辨率 4 cm 。采用紫外-
            实验室自制。                                             可见分光光度计对样品进行 UV-Vis 表征：测试波长
                 D/MAX-1AX 型 X 射线衍射仪，日本 Rigaku 公               范围 200~800 nm，谱带 0.1~5.0 nm。采用荧光光谱
            司；ASAP-2010 型物理吸附仪，美国 Micromeritics                仪对样品进行 PL 表征：激发波长 225 nm。采用 X
            公司；SU-8010 型扫描电子显微镜，日本 Hitachi 公                   射线光电子能谱仪进行 XPS 表征，Al K α 为射线源，
            司；WQF-510 型傅里叶变换红外光谱仪，北京瑞丽                         500 µm X 射线点。
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