新型纳米复合材料P2 W18 Co4 @ZnFe2 O4 @PVA的合成及其在燃料高效光催化脱硫中的应用

为解决燃料中难降解硫化物（如DBT和BT）的脱除难题，研究人员开发了新型磁性可回收纳米催化剂P2 W18 Co4 @ZnFe2 O4 @PVA。该复合材料通过整合多金属氧酸盐（POMs）的氧化能力、ZnFe2 O4 的光响应性和PVA的稳定作用，在温和条件下实现97%的BT和94%的DBT脱除率，为绿色燃料生产提供了高效可持续的解决方案。

　　

燃料中的硫化物就像潜伏在能源系统中的"环境杀手"，即使微量存在也会引发连锁反应——燃烧后产生的硫氧化物（SO_x
）不仅导致酸雨，还会使汽车尾气处理催化剂中毒。传统加氢脱硫（HDS）技术虽能处理简单硫化物，但对二苯并噻吩（DBT）这类"顽固分子"却束手无策，且需要高温高压的苛刻条件。面对日益严格的环保法规（如欧盟要求柴油硫含量<10 ppm），开发绿色高效的脱硫技术迫在眉睫。

在此背景下，研究人员创新性地设计了三元纳米复合材料P₂
W₁₈
Co₄
@ZnFe₂
O₄
@PVA。这种材料如同"纳米特工队"：多金属氧酸盐P₂
W₁₈
Co₄
（POMs）担任"氧化先锋"，锌铁氧体（ZnFe₂
O₄
）作为"光能捕手"，聚乙烯醇（PVA）则扮演"稳定卫士"。通过FT-IR、XRD、SEM等表征技术确认材料结构后，研究发现该催化剂在室温、空气氛围和紫外-可见光条件下，仅用90分钟就创造了97%苯并噻吩（BT）和94%二苯并噻吩（DBT）的脱除记录，且磁铁即可轻松回收。

关键技术方法
研究采用溶胶-凝胶法制备ZnFe₂
O₄
纳米颗粒，通过原位组装将P₂
W₁₈
Co₄
嵌入基质，PVA溶液包覆形成稳定复合结构。光催化实验在自制反应器中进行，使用GC-FID分析硫化物浓度，结合ESR检测活性氧物种（ROS），并通过循环实验评估稳定性。

研究结果

1. 材料与仪器：采用Keggin型P₂
   W₁₈
   Co₄
   与尖晶石结构ZnFe₂
   O₄
   复合，PVA提升分散性。
2. 表征分析：FT-IR在1080 cm^-1
   处出现P-O特征峰，XRD证实尖晶石相（JCPDS 22-1012），SEM显示20-50 nm均匀颗粒。
3. 催化剂回收：磁性分离后重复使用5次，活性仅下降3.2%，EDX证明组分稳定性。

结论与意义
该研究开创性地将POMs的光氧化特性与磁性半导体结合，突破传统脱硫技术对氢气和高温的依赖。催化剂中P₂
W₁₈
Co₄
促进电子转移，ZnFe₂
O₄
拓宽光响应范围（至650 nm），PVA防止纳米颗粒团聚，三者协同产生超氧自由基（•O₂
^-
）实现硫化物深度氧化。相比需要H₂
O₂
的同类催化剂，该体系仅需空气作为氧化剂，为炼油工业提供更经济环保的解决方案，相关成果发表于《Materials Science and Engineering: B》。