本發(fā)明涉及一種hpw/g-c3n4復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于材料制備和生物質(zhì)能源研發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前世界上主要的能源消耗主要依賴(lài)于傳統(tǒng)的燃料煤天然氣和石油等，然而石油等的消耗會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，會(huì)排放出溫室氣體，帶來(lái)環(huán)境的污染，因此，尋找可以代替的能源成為當(dāng)務(wù)之急。生物柴油的來(lái)源是各種植物油或者各種動(dòng)物脂肪，如果直接使用植物油或者動(dòng)物油用于與燃料油使用，由于其具有較高的運(yùn)動(dòng)粘度，長(zhǎng)期的使用必然會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的問(wèn)題，然而生物柴油具有較好的潤(rùn)滑性，能夠充分燃燒，是可再生的綠色能源，這些優(yōu)勢(shì)使生物柴油成為最佳替代能源之一。

目前生物柴油主要通過(guò)酯交換和酯化反應(yīng)等方法制備。通常的酯交換法是以硫酸、磷酸或者鹽酸等無(wú)機(jī)酸，或者koh、naoh醇鹽和碳酸鹽等為催化劑，用植物油與低碳醇等進(jìn)行酯交換反應(yīng)，來(lái)制備脂肪酸的生產(chǎn)工藝已經(jīng)受到眾多科技人才的廣泛關(guān)注。但是傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)酸堿催化酯交換法存在著能耗高、環(huán)境污染、設(shè)備腐蝕、對(duì)高酸值或者高含水量原料油的前處理工藝復(fù)雜等問(wèn)題，使生物柴油的規(guī)?；a(chǎn)受到一定限制。

石墨相氮化碳g-c3n4具有類(lèi)石墨型層狀結(jié)構(gòu)，具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性、好的生物兼容性、密度低和耐磨性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在膜材料、耐磨涂層、催化劑和催化劑載體等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，長(zhǎng)期以來(lái)受到廣泛關(guān)注。雜多酸是一種綠色環(huán)保型的催化劑，具有可調(diào)變的酸性和較高的催化活性，在催化領(lǐng)域受到廣泛的重視。近年來(lái)很多研究者把它應(yīng)用到氧化脫硫領(lǐng)域中，取得了較好的脫硫效果，但是由于雜多酸比表面積小，極易溶于極性溶劑，回收及循環(huán)利用較困難很難作為多相催化劑使用。為了解決這一問(wèn)題,劉日嘉等(氨基化中空sio2雜多化合物復(fù)合型催化劑的合成、表征及催化深度脫硫性能，高等化學(xué)學(xué)報(bào)，vol34no.12,2814～2820)制備了氨基化的氧化硅(sio2-nh2)，然后將磷鎢酸負(fù)載到氨基化的氧化硅載體上，合成了nh4pw-sio2催化劑，測(cè)試表明，該催化劑對(duì)模擬油和實(shí)際油品具有較高的脫硫率且重復(fù)使用性能良好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種hpw/g-c3n4復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用；本發(fā)明為生物柴油的制備提供一種催化劑。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

本發(fā)明提供一種hpw/g-c3n4復(fù)合材料，該復(fù)合材料用于催化大豆油制備生物柴油；以石墨相氮化碳g-c3n4作為支撐載體，將固體磷鎢酸hpw負(fù)載在上面，且固體磷鎢酸hpw與石墨相氮化碳g-c3n4的質(zhì)量比為8:2～3:7。

本發(fā)明還提供一種上述的hpw/g-c3n4復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)將尿素煅燒，然后自然降溫、研磨得到石墨相氮化碳g-c3n4粉末；

(2)將石墨相氮化碳g-c3n4粉末和固體磷鎢酸hpw放入水溶液中，超聲分散均勻；

(3)將步驟(2)的混合物放入管式爐中焙燒，即得用于催化大豆油制備生物柴油的hpw/g-c3n4復(fù)合材料；其中：

步驟(2)中，石墨相氮化碳g-c3n4粉末和固體磷鎢酸hpw的質(zhì)量比為8:2～3:7。

本發(fā)明中，步驟(1)中，煅燒溫度為450～600℃；煅燒時(shí)間為1～6h。

本發(fā)明中，步驟(1)中，以4～5℃/min的升溫速率升到煅燒溫度。

本發(fā)明中，步驟(2)中，超聲分散時(shí)間為10～30min。

本發(fā)明中，步驟(3)中，焙燒溫度為80～150℃；焙燒時(shí)間為。

進(jìn)一步的，本發(fā)明提供一種上述的hpw/g-c3n4復(fù)合材料在催化大豆油制備生物柴油方面的應(yīng)用。應(yīng)用方法如下：將大豆油和甲醇在hpw/g-c3n4復(fù)合材料的催化作用下，得到生物柴油。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果：

(1)首先本發(fā)明采用尿素作為前驅(qū)體,，同時(shí)本發(fā)明中的焙燒時(shí)的升溫速率控制很好，升溫速率是4～5℃/min℃，如果升溫速率過(guò)快，可能導(dǎo)致前驅(qū)體的完全分解，同時(shí)，焙燒過(guò)程的升溫速率對(duì)于材料的孔結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)具有重要作用，對(duì)于材料的比表面積影響較大。

(2)本發(fā)明制備出的hpw/g-c3n4復(fù)合材料應(yīng)用于大豆油制備生物柴油，拓寬了g-c3n4的應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也為生物柴油的制備尋找到一種新型催化劑。

(3)采用氮化碳g-c3n4為支撐載體，提供了較大的比表面積和較多的活性中心，有效提高了hpw的催化活性。

(4)本發(fā)明將hpw負(fù)載在g-c3n4上，有利于催化劑和生物柴油分離，能夠?qū)⑵湎礈旎罨笾貜?fù)使用。

(5)本方法原料來(lái)源廣泛，制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)時(shí)間短，制備效率高，具有很高的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制備的g-c3n4和實(shí)施例3制備的hpw/g-c3n4復(fù)合材料ft-ir曲線(xiàn)。

圖2為實(shí)施例1制備的g-c3n4和實(shí)施例2制備的hpw/g-c3n4復(fù)合材料的xrd曲線(xiàn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1制備石墨相氮化碳g-c3n4

稱(chēng)取5g三聚氰胺放入陶瓷坩堝中(蓋上坩堝蓋)，在馬弗爐中以5℃/min升溫到520℃，在這個(gè)溫度下保溫焙燒4h，冷卻，研磨得黃色粉末樣品。

將實(shí)施例1的方法制備的材料，經(jīng)ft-ir測(cè)試和xrd測(cè)試后，分別見(jiàn)圖1和圖2，為g-c3n4。

實(shí)施例2制備hpw/g-c3n4復(fù)合材料

一種hpw/g-c3n4復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將0.3ghpw置于到20ml去離子水中超聲分散10min，超聲過(guò)程中不斷攪拌；

(2)稱(chēng)取0.7g實(shí)施例1制備的石墨相氮化碳g-c3n4加入到步驟(1)所得分散液中繼續(xù)超聲分散10min，超聲過(guò)程中不斷攪拌；

(3)將步驟(2)的混合物在瑪瑙研缽研磨30min，放入真空烘箱中40℃烘6h，在管式爐中120℃焙燒3h得hpw/g-c3n4復(fù)合材料。

按實(shí)施例2制備的hpw/g-c3n4復(fù)合材料傅里葉變換紅外圖譜，見(jiàn)圖1，從圖中可以看出，1637cm^-1、1403cm^-1、1319cm^-1、1245cm^-1、806cm^-1為g-c3n4的紅外吸收特征峰；1079cm^-1、984cm^-1、890cm^-1和805cm^-1為hpw的紅外吸收特征峰，同時(shí)，hpw/g-c3n4的紅外曲線(xiàn)中可以明顯看到g-c3n4的吸收峰，而nife2o4的吸收峰較弱，這是由于hpw以[pw12o40]^3-離子形式分散在g-c3n4中。

將實(shí)施例2的方法制備的材料，經(jīng)ft-ir測(cè)試后，見(jiàn)圖1，為hpw/g-c3n4復(fù)合材料。

將實(shí)施例2的方法制備的材料，經(jīng)xrd測(cè)試后，見(jiàn)圖2，為hpw/g-c3n4復(fù)合材料。

實(shí)施例3制備hpw/g-c3n4復(fù)合材料

一種hpw/g-c3n4復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照實(shí)施例1的方法制備出石墨相氮化碳(g-c3n4)；

(2)將0.4ghpw置于到20ml去離子水中超聲分散10min，超聲過(guò)程中不斷攪拌；

(3)稱(chēng)取0.6g步驟(1)制備的g-c3n4加入到步驟(2)所得分散液中繼續(xù)超聲分散10min，超聲過(guò)程中不斷攪拌；

(4)將步驟(3)的混合物在瑪瑙研缽研磨30min，放入真空烘箱中40℃烘6h，在管式爐中120℃焙燒3h得hpw/g-c3n4復(fù)合材料。

實(shí)施例4制備hpw/g-c3n4復(fù)合材料

一種hpw/g-c3n4復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照實(shí)施例1的方法制備出石墨相氮化碳(g-c3n4)；

(2)將0.5ghpw置于到20ml去離子水中超聲分散10min，超聲過(guò)程中不斷攪拌；

(3)稱(chēng)取0.5g步驟(1)制備的g-c3n4加入到步驟(2)所得分散液中繼續(xù)超聲分散10min，超聲過(guò)程中不斷攪拌；

(4)將步驟(3)的混合物在瑪瑙研缽研磨30min，放入真空烘箱中40℃烘6h，在管式爐中120℃焙燒3h得hpw/g-c3n4復(fù)合材料。

實(shí)施例5hpw/g-c3n4復(fù)合材料催化大豆油制備生物柴油的應(yīng)用

取實(shí)施例3制備的hpw/g-c3n4復(fù)合材料0.92g、甲醇13ml和大豆油50ml一起加入燒瓶中攪拌，混合均勻，在70℃下反應(yīng)5h，成功制備大豆油生物柴油。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

上述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說(shuō)明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所做的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。