Sintesi e caratterizzazione del nanocomposito Ce0.5Bi0.5VO4/rGO mediante metodo sonochimico per la desolforazione fotocatalitica dei derivati ​​del petrolio

Dec 30, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 14094 (2023) Citare questo articolo

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Al fine di migliorare l'efficienza di desolforazione dei derivati ​​del petrolio, il nanocomposito Ce0.5Bi0.5VO4/rGO è stato sintetizzato mediante metodo sonochimico. I nanocompositi preparati sono stati caratterizzati mediante analisi XRD, FESEM, EDS, FT-IR, BET e DRS. L'analisi XRD mostra che il nanocomposito sintetizzato è amorfo. Le immagini FESEM hanno mostrato che le nanostrutture con una distribuzione granulometrica più piccola sono state sintetizzate in condizioni ottimali, ovvero controllando la temperatura di sintesi tra 0 e 5 °C. I risultati della desolforazione hanno mostrato che i nanocompositi contenenti ossido di grafene ridotto (rGO) hanno un’efficienza fotocatalitica maggiore rispetto ai campioni puri, la ragione principale di ciò può essere una migliore separazione della carica nei campioni attraverso l’elettrone π nella struttura rGO. La quantità più alta di desolforazione dei nanocompositi CeVO4/rGO, BiVO4/rGO e Ce0.5Bi0.5VO4/rGO è stata rispettivamente di 95,62, 91,25 e 96,38%, dopo l'esposizione alla luce UV per 40 minuti. Il miglioramento dell’attività fotocatalitica del composito Ce0.5Bi0.5VO4/rGO potrebbe essere attribuito all’efficiente separazione delle coppie elettrone-lacuna e all’inibizione della ricombinazione. La desolforazione in presenza di acido cloridrico e perossido di idrogeno ha aumentato l'efficienza del 12%, un valore significativo.

Negli ultimi decenni, i problemi ambientali critici causati dai combustibili fossili sono dovuti all’aumento dell’uso di carburanti diesel e benzina e alla combustione di combustibili contenenti zolfo che causano il rilascio di SOX1,2,3. Vale la pena notare che nel carburante sono presenti diversi tipi di composti di zolfo che rilasciano SOX dopo la combustione4. I composti dello zolfo sono tossici e, con il rapido sviluppo dell'industria automobilistica, avvelenano i catalizzatori di ossidazione che rilasciano gas di scarico dei motori5. I composti dello zolfo vengono convertiti in ossido, solfato e zolfo, che causano la produzione di piogge acide, nebbia fotochimica, problemi respiratori e minacciano seriamente la salute umana e l'ecosistema6,7.

Il processo di desolforazione profonda dei combustibili idrocarburici è stato preso in considerazione per le esigenze di trasporto e anche per gli effetti sull'ambiente. Per risolvere questo problema, la maggior parte dei paesi ha sviluppato standard rigorosi per limitare la quantità di zolfo nel carburante. Secondo questi standard, la quantità di zolfo è inferiore a 10 ppm e in futuro sarà addirittura pari a zero. Di conseguenza, uno degli obiettivi più importanti dei ricercatori negli ultimi anni è l'addolcimento dei prodotti petroliferi da questi composti8,9,10,11. Pertanto, sono emersi diversi metodi di desolforazione e il più importante è la desolforazione dell'idrogeno. In questo processo, la desolforazione viene effettuata mediante idrogeno ad alta temperatura e pressione con un catalizzatore12,13. Per ottenere condizioni operative blande, sono stati studiati altri metodi, come: desolforazione estrattiva, desolforazione biologica, desolforazione per assorbimento, desolforazione ossidativa, ecc.14,15,16. La desolforazione ossidativa fotocatalitica è fondamentalmente una tecnologia avanzata del metodo di desolforazione ossidativa che utilizza un catalizzatore efficiente in presenza di luce per aumentare il tasso di ossidazione dei composti dello zolfo17. Questo metodo può essere applicato a temperatura ambiente e pressione atmosferica con elevata selettività e, grazie al basso costo e alla possibilità di sfruttare la fonte solare, può essere utilizzato anche su scala industriale1. In questo metodo, la coppia elettrone-lacuna viene assorbita sulla superficie del catalizzatore e questo assorbimento è dovuto a un'energia superiore o uguale al gap di banda che i semiconduttori possono produrre buchi idrossilici sotto irradiazione di luce ultravioletta. Nel frattempo, i trasferimenti di elettroni del perossido all’ossigeno o del perossido all’idrogeno per produrre anione, O2⋅− o radicale idrossile (⋅OH) sono forti. La capacità di ossidare lo stato basico sulla superficie del catalizzatore lo trasforma in ioni solfone, solfossido o solfato, che vengono rimossi dall'acqua18.