石油誘導体の光触媒脱硫のための音波化学法による Ce0.5Bi0.5VO4/rGO ナノ複合材料の合成と特性評価

Dec 30, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14094 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

石油誘導体の脱硫効率を向上させるために、ソノケミカル法によりCe0.5Bi0.5VO4/rGOナノ複合材料を合成した。 調製されたナノ複合材料は、XRD、FESEM、EDS、FT-IR、BET、および DRS 分析によって特性評価されました。 ＸＲＤ分析は、合成されたナノ複合材料が非晶質であることを示した。 FESEM 画像は、最適な条件下、つまり合成温度を 0 ～ 5 °C の間に制御すると、粒径分布がより小さいナノ構造が合成されたことを示しました。 脱硫の結果は、還元酸化グラフェン (rGO) を含むナノ複合材料が純粋なサンプルよりも光触媒効率が高いことを示しました。その主な理由は、rGO 構造内の π 電子によるサンプル内の電荷分離が優れているためであると考えられます。 CeVO4/rGO、BiVO4/rGO、および Ce0.5Bi0.5VO4/rGO ナノ複合材料の最高脱硫量は、UV 光に 40 分間曝露した後、それぞれ 95.62、91.25、および 96.38% でした。 Ce0.5Bi0.5VO4/rGO 複合材料の光触媒活性の強化は、電子正孔対の効率的な分離と再結合の阻害に起因すると考えられます。 塩酸と過酸化水素の存在下での脱硫により、効率が 12% 増加しました。これは大幅な増加です。

ここ数十年、ディーゼルおよびガソリン燃料の使用の増加と、SOX1、2、3 の放出を引き起こす硫黄含有燃料の燃焼により、化石燃料によって重大な環境問題が引き起こされています。 燃料中には、燃焼後に SOX を放出するさまざまな種類の硫黄化合物が含まれていることは注目に値します4。 硫黄化合物は有毒であり、自動車産業の急速な発展に伴い、エンジンの排気ガスを放出する酸化触媒を汚染します5。 硫黄化合物は酸化物、硫酸塩、硫黄に変換され、酸性雨、光化学霧、呼吸器疾患の原因となり、人間の健康と生態系に深刻な脅威を与えます6,7。

炭化水素燃料の深度脱硫プロセスは、輸送上の要件と環境への影響を考慮して検討されてきました。 この問題を解決するために、ほとんどの国は燃料中の硫黄の量を制限するための厳格な基準を策定しました。 この基準によれば、硫黄の量は10ppm未満であり、将来的にはゼロになることもあります。 その結果、近年の研究者らの最も重要な目標の 1 つは、これらの化合物から石油製品を甘くすることです 8、9、10、11。 したがって、さまざまな脱硫方法が登場しましたが、最も重要なものは水素脱硫です。 このプロセスでは、触媒を使用し、高温高圧下で水素によって脱硫が行われます12、13。 穏やかな運転条件を達成するために、抽出脱硫、生物学的脱硫、吸収脱硫、酸化脱硫などの他の方法が研究されました14、15、16。 光触媒酸化脱硫は基本的に、光の存在下で効率的な触媒を使用して硫黄化合物の酸化速度を高める酸化脱硫法の高度な技術です17。 この方法は、周囲温度および大気圧で高い選択性で適用でき、低コストで太陽光源を使用できるため、工業規模でも使用できます1。 この方法では、電子-正孔対が触媒の表面に吸収されます。この吸収は、紫外線照射下で半導体がヒドロキシル正孔を生成できるバンドギャップ以上のエネルギーによるものです。 一方、過酸化物から酸素へ、または過酸化物から水素への電子移動により、アニオン、O2⋅-、またはヒドロキシルラジカル (⋅OH) が生成されます。 触媒表面の塩基性状態を酸化する能力により、触媒はスルホン、スルホキシド、または硫酸イオンに変化し、水によって除去されます18。