酯类化合物是非常重要的化工原料，被广泛应用于香精香料、医药中间体、无毒增塑剂以及溶剂等生产领域。由于当前酯类合成所需原料很大一部分可由林业资源及生物质资源所提供，因而其高效清洁生产引起了人们极大的研究兴趣，其中的研究重点之一则为酯化催化材料的开发。功能化沸石分子筛是研究最多且最具应用前景的一类酯化催化材料。但是传统的沸石或分子筛因具有小尺寸或单一的孔径分布，在吸附与催化过程中常产生扩散限制和传质阻力，使较大的反应物与产物分子无法深入到材料的晶体内部空间同更多活性位充分接触，导致吸附或催化效率明显下降。为克服上述不足，人们逐渐把研究重点转移到多级孔分子筛领域。多级孔分子筛近年来已成为新型多孔材料研究领域的一条重要分支，在石油加工和生物质转化等诸多应用中均展现出良好的工业前景。多级孔道结构能提高晶体孔隙率与比表面积，促进较大反应物分子的扩散与转化，并能提高催化剂的抗积炭能力以延缓失活。国内外已报道的多级孔沸石或分子筛新材料的种类非常多，并且每年都会涌现出一些很前沿的合成策略，然而此类材料在具体合成与实际应用过程中却面临诸多挑战。首先，人们期望通过对孔径的调节不断提升材料吸附与催化的选择性，并通过提高结晶度来改善材料的稳定性；更为重要的是，多级孔构筑方案在工业上要简单易行，同时要能最大程度地降低生产成本[2]。本项目的研究意义在于：集中解决多级孔分子筛合成与应用中常见的具体问题，探索简单有效的多级孔构建新途径，并尝试选用一些新型分子筛作为基础材料，研发出低成本、结构可控且稳定性高的全新多级孔分子筛，并通过原位修饰或后期改性实现材料吸附与催化性能的提高。 利用新型层状分子筛对燃油中有机污染物的催化酯化反应，是本项目开展的方向之一。燃料中的含硫化合物(SCCs)和含氮化合物(NCCs)在燃烧后转化为SOx和NOx，导致空气污染和酸雨。如今，由于严格的硫和氮含量协议的出台，从燃料中去除NCCs和SCCs受到了全球越来越多的关注。加氢、氧化、吸附和光催化等技术已被开发，以满足燃料中超低硫和低氮含量的要求。众所周知，SCCs或NCCs加氢处理通常需要严格的条件和更多的H2消耗，使操作复杂化和增加成本。因此，非加氢方法正逐渐成为加氢脱硫和加氢脱氮的替代方法。在光催化氧化脱硫领域，大多数报道集中在去除大分子硫化物如苯并噻吩和二苯并噻吩，但噻吩的脱除很少报道。噻吩作为油中SCCs的重要组成部分，其分子尺寸较小，电子密度较低，因此比苯并噻吩更难氧化。噻吩经光催化过程，会经历一些酯化阶段，因此会形成极性较强的过渡态，容易被层状分子筛或多层、多孔材料进一步吸附脱除。此外，许多光催化氧化脱硫技术在加热下使用可分解且成本高昂的H2O2时，也面临着与传统氧化脱硫相同的问题。另外，分子O2也被报道为光催化氧化脱硫的另一种氧化剂，但其净化成本和操作压力仍然是主要问题。因此，如何有效地激活和利用空气中的廉价O2作为光催化氧化脱硫的替代氧化剂是一个挑战。至于光催化氧化脱硫技术，目前的报道较少，研究需要更深入。 项目资助期间所取得的研究成果 一、项目在研期间，负责人以第一/通讯作者身份发表学术论文： [1] B. Li, H. Song*, F. Han, et al. Photocatalytic oxidative desulfurization and denitrogenation for fuels in ambient air over Ti3C2/g-C3N4 composites under visible light irradiation. Appl. Catal. B: Environ. 269 (2020) 118845. (SCI, 中科院一区, IF = 24.319) [2] H. Song*, L. Wei, C. Chen, et al. Photocatalytic production of H2O2 and its in situ utilization over atomic-scale Au modified MoS2 nanosheets. J. Catal. 376 (2019) 198-208. (SCI, 中科院一区, IF = 8.047) [3] Y. Chi, Y. Xu, H. Song, et al. Adsorptive removal of radioactive cesium from model nuclear wastewater over hydroxyl functionalized Mxene Ti3C2Tx. Ind. Eng. Chem. Res. 61 (2022) 9054?9066. (SCI, JCR分区Q2, IF = 4.326) [4] H. Song, L. Wei, L. Chen, et al. Photocatalytic production of hydrogen peroxide over modified semiconductor materials: A minireview. Top. Catal. 63 (2020) 895-912. (SCI, JCR分区Q2, IF = 2.781) 备注：以上所发表的论文中均对本项目的项目号进行了标注。 二、项目在研期间，负责人获资助的其他项目： [1] 2021年-2023年：具有高吸附脱铯性能的介孔分子筛新材料的研发，横向课题，10万元，在研。 [2] 2021年-2023年：Mxene改性聚合物防腐型涂料的研发，横向课题，10万元，在研。 三、项目在研期间，负责人获授权发明专利： 一种光解水高效制取过氧化氢的光催化剂的制备方法及其应用. 发明专利. 宋海岩, 张西标. 2020年2月, 公告号CN108654648A, 已授权.

东北林业大学

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