[发明专利]一种HPW/g‑C3N4复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

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，Vol 34No.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。

发明内容

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。