[发明专利]一种金属掺杂型可见光脱氮光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明的属于光催化剂制备技术领域，具体涉及一种金属掺杂型可见光脱氮光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着石油资源的不断消耗、石油价格的持续攀升，以及由此产生的环境问题，重质石油逐渐成为人们关注的焦点。作为汽油及轻化石油来源的重质石油，通常含有一定量的硫化物及其氮化物等杂质，在其燃烧时会产生NO_x、SO_x，容易引起酸雨、温室效应等严重的环境问题。

石化油品在能源上的作用无可比拟。但近几年来，由于其燃烧产生的废气污染，使得欧洲及日本等大多数发达国家相继出台环保法规。石油中的氮化物分碱性氮化物和非碱性氮化物，碱性氮化物指在冰乙酸溶液中能与高氯酸反应的含氮化合物。目前已经分离和鉴定的碱性氮化物主要有吡啶、喹啉、异喹啉、 氮杂蒽、氮杂菲及其同系物；非碱性氮化物主要有吡咯、吲哚、咔唑等及其同系物，此外，还有一类重要的非碱性氮化物，即金属卟啉化合物，它主要集中在残渣油中。氮化物的存在严重影响石油产品的安定性，使其油品颜色加深，抗氧化性变差，同时在石油产品的二次加工过程中会引起催化剂中毒，缩短装置运行周期，影响经济效益。另一方面，石油产品中氮化物在燃烧过程中会产生NO_x气体，对大气环境造成污染，且NO_x转化成NO₂时，影响臭氧的形成。因此，脱除油品中的氮化物对于改善油品质量、提高经济效益、消除环境污染是有一定意义的。

根据国内外文献报道，脱氮的的方法主要有：加氢脱氮、萃取法、薄膜法、氧化法、吸附法以及微生物法。传统的脱氮方法是加氢脱氮（HDN），它是石油工业上广泛采用的一种脱氮方法。但其反应条件苛刻，需高温、高压条件下进行。尽管国内外也有研究者尝试了吸附脱氮、氧化脱氮、萃取脱氮等，但具备实际应用条件的甚少。光催化是一种极具有发展潜力的技术，它具有选择性好，反应条件温和、能耗低、减少一次污染等诸多优点，已有大量研究表明，光催化有机物降解为无毒害的无机物方面效果显著。而且，至今利用光催化脱氮的研究仍少有报道。

光化学原理的观点认为，光催化是指在催化剂参与下的光化学反应，分子内部不同原子之间的特定电荷转移形成的准“电子-空穴对”高能激发态同样可导致化学反应发生。

当前，非半导体光催化剂的开发已成为光催化研究的热点，国内外一些研究者基于光化学原理提出，高度分散的金属氧化物在紫外光作用下，能使电子从O₂^-_(l)转移到Mⁿ⁺_(l)形成相应的电荷转移激发态，从而表现出良好的光催化活性。他们的工作表明，含过渡金属的沸石分子筛能在骨架内形成孤立的金属-氧物种电荷转移激发态：[Me^(n-1)+-O^-]*，这种激发态类似于半导体的光生电子-空穴对的作用，具有很强的光催化活性。

沸石用作光催化剂的研究始于最近几年，大量文献的研究表明，分子筛中微量金属离子的存在是产生光催化活性的主要原因，而且金属离子一般具有可变价态，具有催化氧化还原活性，可实现金属离子催化选择氧化反应的多相化，这是当今光催化领域中一项十分引人关注的研究课题。

杂原子分子筛的出现是分子筛发展史中的一个新飞跃，它所具有新型的晶体结构和独特性质，特别是由于杂原子引入到分子筛的骨架上，极大地提高了分子筛的离子交换性能和催化活性。文献调研发现，有关杂原子分子筛催化剂的研究工作虽然活跃，可应用于许多烃类的转化反应中，如：裂解、氢化等，但在光催化这方面的应用相对较少，对于金属掺杂类分子筛型可见光光催化剂的制备方法及其在光催化脱除油品中的氮化物方面的应用尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属掺杂型可见光脱氮光催化剂及其制备方法和应用，本发明的金属掺杂型可见光脱氮光催化剂具有类分子筛骨架结构，可用于含氮模拟油的可见光光催化脱氮反应，表现出良好的光催化脱氮性能，制备工艺简单，具备显著的经济和社会效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：