本發(fā)明涉及一種hpw/g-c3n4復合材料及其制備方法和應用，屬于材料制備和生物質能源研發(fā)技術領域。

背景技術：

目前世界上主要的能源消耗主要依賴于傳統(tǒng)的燃料煤天然氣和石油等，然而石油等的消耗會帶來嚴重的溫室效應，會排放出溫室氣體，帶來環(huán)境的污染，因此，尋找可以代替的能源成為當務之急。生物柴油的來源是各種植物油或者各種動物脂肪，如果直接使用植物油或者動物油用于與燃料油使用，由于其具有較高的運動粘度，長期的使用必然會帶來嚴重的問題，然而生物柴油具有較好的潤滑性，能夠充分燃燒，是可再生的綠色能源，這些優(yōu)勢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酯交換和酯化反應等方法制備。通常的酯交換法是以硫酸、磷酸或者鹽酸等無機酸，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行酯交換反應，來制備脂肪酸的生產工藝已經受到眾多科技人才的廣泛關注。但是傳統(tǒng)的無機酸堿催化酯交換法存在著能耗高、環(huán)境污染、設備腐蝕、對高酸值或者高含水量原料油的前處理工藝復雜等問題，使生物柴油的規(guī)?；a受到一定限制。

石墨相氮化碳g-c3n4具有類石墨型層狀結構，具有較高的化學穩(wěn)定性、好的生物兼容性、密度低和耐磨性強等優(yōu)點，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用前景，長期以來受到廣泛關注。雜多酸是一種綠色環(huán)保型的催化劑，具有可調變的酸性和較高的催化活性，在催化領域受到廣泛的重視。近年來很多研究者把它應用到氧化脫硫領域中，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。為了解決這一問題,劉日嘉等(氨基化中空sio2雜多化合物復合型催化劑的合成、表征及催化深度脫硫性能，高等化學學報，vol34no.12,2814～2820)制備了氨基化的氧化硅(sio2-nh2)，然后將磷鎢酸負載到氨基化的氧化硅載體上，合成了nh4pw-sio2催化劑，測試表明，該催化劑對模擬油和實際油品具有較高的脫硫率且重復使用性能良好。

技術實現要素：

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

為實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案。

本發(fā)明提供一種hpw/g-c3n4復合材料，該復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負載在上面，且固體磷鎢酸hpw與石墨相氮化碳g-c3n4的質量比為8:2～3:7。

本發(fā)明還提供一種上述的hpw/g-c3n4復合材料的制備方法，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，超聲分散時間為10～30min。

本發(fā)明中，步驟(3)中，焙燒溫度為80～150℃；焙燒時間為。

進一步的，本發(fā)明提供一種上述的hpw/g-c3n4復合材料在催化大豆油制備生物柴油方面的應用。應用方法如下：將大豆油和甲醇在hpw/g-c3n4復合材料的催化作用下，得到生物柴油。

本發(fā)明與現有技術相比，具有以下的有益效果：

(1)首先本發(fā)明采用尿素作為前驅體,，同時本發(fā)明中的焙燒時的升溫速率控制很好，升溫速率是4～5℃/min℃，如果升溫速率過快，可能導致前驅體的完全分解，同時，焙燒過程的升溫速率對于材料的孔結構調節(jié)具有重要作用，對于材料的比表面積影響較大。

(2)本發(fā)明制備出的hpw/g-c3n4復合材料應用于大豆油制備生物柴油，拓寬了g-c3n4的應用領域，同時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負載在g-c3n4上，有利于催化劑和生物柴油分離，能夠將其洗滌活化后重復使用。

(5)本方法原料來源廣泛，制備工藝簡單，生產時間短，制備效率高，具有很高的應用前景和實用價值。

附圖說明

圖1為實施例1制備的g-c3n4和實施例3制備的hpw/g-c3n4復合材料ft-ir曲線。

圖2為實施例1制備的g-c3n4和實施例2制備的hpw/g-c3n4復合材料的xrd曲線。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

實施例1制備石墨相氮化碳g-c3n4

稱取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℃，在這個溫度下保溫焙燒4h，冷卻，研磨得黃色粉末樣品。

將實施例1的方法制備的材料，經ft-ir測試和xrd測試后，分別見圖1和圖2，為g-c3n4。

實施例2制備hpw/g-c3n4復合材料

一種hpw/g-c3n4復合材料的制備方法，包括以下步驟：

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

(2)稱取0.7g實施例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復合材料。

按實施例2制備的hpw/g-c3n4復合材料傅里葉變換紅外圖譜，見圖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，hpw/g-c3n4的紅外曲線中可以明顯看到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。

將實施例2的方法制備的材料，經ft-ir測試后，見圖1，為hpw/g-c3n4復合材料。

將實施例2的方法制備的材料，經xrd測試后，見圖2，為hpw/g-c3n4復合材料。

實施例3制備hpw/g-c3n4復合材料

一種hpw/g-c3n4復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照實施例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，超聲過程中不斷攪拌；

(3)稱取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復合材料。

實施例4制備hpw/g-c3n4復合材料

一種hpw/g-c3n4復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照實施例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，超聲過程中不斷攪拌；

(3)稱取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復合材料。

實施例5hpw/g-c3n4復合材料催化大豆油制備生物柴油的應用

取實施例3制備的hpw/g-c3n4復合材料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)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。

上述內容僅為本發(fā)明構思下的基本說明，而依據本發(fā)明的技術方案所做的任何等效變換，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。