一种HPW/g‑C3N4复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种hpw/g-c3n4复合材料及其制备方法和应用，属于材料制备和生物质能源研发技术领域。

背景技术：

目前世界上主要的能源消耗主要依赖于传统的燃料煤天然气和石油等，然而石油等的消耗会带来严重的温室效应，会排放出温室气体，带来环境的污染，因此，寻找可以代替的能源成为当务之急。生物柴油的来源是各种植物油或者各种动物脂肪，如果直接使用植物油或者动物油用于与燃料油使用，由于其具有较高的运动粘度，长期的使用必然会带来严重的问题，然而生物柴油具有较好的润滑性，能够充分燃烧，是可再生的绿色能源，这些优势使生物柴油成为最佳替代能源之一。

目前生物柴油主要通过酯交换和酯化反应等方法制备。通常的酯交换法是以硫酸、磷酸或者盐酸等无机酸，或者koh、naoh醇盐和碳酸盐等为催化剂，用植物油与低碳醇等进行酯交换反应，来制备脂肪酸的生产工艺已经受到众多科技人才的广泛关注。但是传统的无机酸碱催化酯交换法存在着能耗高、环境污染、设备腐蚀、对高酸值或者高含水量原料油的前处理工艺复杂等问题，使生物柴油的规模化生产受到一定限制。

石墨相氮化碳g-c3n4具有类石墨型层状结构，具有较高的化学稳定性、好的生物兼容性、密度低和耐磨性强等优点，在膜材料、耐磨涂层、催化剂和催化剂载体等方面有着广阔的应用前景，长期以来受到广泛关注。杂多酸是一种绿色环保型的催化剂，具有可调变的酸性和较高的催化活性，在催化领域受到广泛的重视。近年来很多研究者把它应用到氧化脱硫领域中，取得了较好的脱硫效果，但是由于杂多酸比表面积小，极易溶于极性溶剂，回收及循环利用较困难很难作为多相催化剂使用。为了解决这一问题,刘日嘉等(氨基化中空sio2杂多化合物复合型催化剂的合成、表征及催化深度脱硫性能，高等化学学报，vol34no.12,2814～2820)制备了氨基化的氧化硅(sio2-nh2)，然后将磷钨酸负载到氨基化的氧化硅载体上，合成了nh4pw-sio2催化剂，测试表明，该催化剂对模拟油和实际油品具有较高的脱硫率且重复使用性能良好。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种hpw/g-c3n4复合材料及其制备方法和应用；本发明为生物柴油的制备提供一种催化剂。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明提供一种hpw/g-c3n4复合材料，该复合材料用于催化大豆油制备生物柴油；以石墨相氮化碳g-c3n4作为支撑载体，将固体磷钨酸hpw负载在上面，且固体磷钨酸hpw与石墨相氮化碳g-c3n4的质量比为8:2～3:7。

本发明还提供一种上述的hpw/g-c3n4复合材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将尿素煅烧，然后自然降温、研磨得到石墨相氮化碳g-c3n4粉末；

(2)将石墨相氮化碳g-c3n4粉末和固体磷钨酸hpw放入水溶液中，超声分散均匀；

(3)将步骤(2)的混合物放入管式炉中焙烧，即得用于催化大豆油制备生物柴油的hpw/g-c3n4复合材料；其中：

步骤(2)中，石墨相氮化碳g-c3n4粉末和固体磷钨酸hpw的质量比为8:2～3:7。

本发明中，步骤(1)中，煅烧温度为450～600℃；煅烧时间为1～6h。

本发明中，步骤(1)中，以4～5℃/min的升温速率升到煅烧温度。

本发明中，步骤(2)中，超声分散时间为10～30min。

本发明中，步骤(3)中，焙烧温度为80～150℃；焙烧时间为。

进一步的，本发明提供一种上述的hpw/g-c3n4复合材料在催化大豆油制备生物柴油方面的应用。应用方法如下：将大豆油和甲醇在hpw/g-c3n4复合材料的催化作用下，得到生物柴油。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

(1)首先本发明采用尿素作为前驱体,，同时本发明中的焙烧时的升温速率控制很好，升温速率是4～5℃/min℃，如果升温速率过快，可能导致前驱体的完全分解，同时，焙烧过程的升温速率对于材料的孔结构调节具有重要作用，对于材料的比表面积影响较大。

(2)本发明制备出的hpw/g-c3n4复合材料应用于大豆油制备生物柴油，拓宽了g-c3n4的应用领域，同时也为生物柴油的制备寻找到一种新型催化剂。

(3)采用氮化碳g-c3n4为支撑载体，提供了较大的比表面积和较多的活性中心，有效提高了hpw的催化活性。

(4)本发明将hpw负载在g-c3n4上，有利于催化剂和生物柴油分离，能够将其洗涤活化后重复使用。

(5)本方法原料来源广泛，制备工艺简单，生产时间短，制备效率高，具有很高的应用前景和实用价值。

附图说明

图1为实施例1制备的g-c3n4和实施例3制备的hpw/g-c3n4复合材料ft-ir曲线。

图2为实施例1制备的g-c3n4和实施例2制备的hpw/g-c3n4复合材料的xrd曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1制备石墨相氮化碳g-c3n4

称取5g三聚氰胺放入陶瓷坩埚中(盖上坩埚盖)，在马弗炉中以5℃/min升温到520℃，在这个温度下保温焙烧4h，冷却，研磨得黄色粉末样品。

将实施例1的方法制备的材料，经ft-ir测试和xrd测试后，分别见图1和图2，为g-c3n4。

实施例2制备hpw/g-c3n4复合材料

一种hpw/g-c3n4复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将0.3ghpw置于到20ml去离子水中超声分散10min，超声过程中不断搅拌；

(2)称取0.7g实施例1制备的石墨相氮化碳g-c3n4加入到步骤(1)所得分散液中继续超声分散10min，超声过程中不断搅拌；

(3)将步骤(2)的混合物在玛瑙研钵研磨30min，放入真空烘箱中40℃烘6h，在管式炉中120℃焙烧3h得hpw/g-c3n4复合材料。

按实施例2制备的hpw/g-c3n4复合材料傅里叶变换红外图谱，见图1，从图中可以看出，1637cm^-1、1403cm^-1、1319cm^-1、1245cm^-1、806cm^-1为g-c3n4的红外吸收特征峰；1079cm^-1、984cm^-1、890cm^-1和805cm^-1为hpw的红外吸收特征峰，同时，hpw/g-c3n4的红外曲线中可以明显看到g-c3n4的吸收峰，而nife2o4的吸收峰较弱，这是由于hpw以[pw12o40]^3-离子形式分散在g-c3n4中。

将实施例2的方法制备的材料，经ft-ir测试后，见图1，为hpw/g-c3n4复合材料。

将实施例2的方法制备的材料，经xrd测试后，见图2，为hpw/g-c3n4复合材料。

实施例3制备hpw/g-c3n4复合材料

一种hpw/g-c3n4复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照实施例1的方法制备出石墨相氮化碳(g-c3n4)；

(2)将0.4ghpw置于到20ml去离子水中超声分散10min，超声过程中不断搅拌；

(3)称取0.6g步骤(1)制备的g-c3n4加入到步骤(2)所得分散液中继续超声分散10min，超声过程中不断搅拌；

(4)将步骤(3)的混合物在玛瑙研钵研磨30min，放入真空烘箱中40℃烘6h，在管式炉中120℃焙烧3h得hpw/g-c3n4复合材料。

实施例4制备hpw/g-c3n4复合材料

一种hpw/g-c3n4复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照实施例1的方法制备出石墨相氮化碳(g-c3n4)；

(2)将0.5ghpw置于到20ml去离子水中超声分散10min，超声过程中不断搅拌；

(3)称取0.5g步骤(1)制备的g-c3n4加入到步骤(2)所得分散液中继续超声分散10min，超声过程中不断搅拌；

(4)将步骤(3)的混合物在玛瑙研钵研磨30min，放入真空烘箱中40℃烘6h，在管式炉中120℃焙烧3h得hpw/g-c3n4复合材料。

实施例5hpw/g-c3n4复合材料催化大豆油制备生物柴油的应用

取实施例3制备的hpw/g-c3n4复合材料0.92g、甲醇13ml和大豆油50ml一起加入烧瓶中搅拌，混合均匀，在70℃下反应5h，成功制备大豆油生物柴油。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所做的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。