Synthèse et caractérisation du nanocomposite Ce0.5Bi0.5VO4/rGO par méthode sonochimique pour la désulfuration photocatalytique des dérivés pétroliers

Dec 30, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14094 (2023) Citer cet article

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Afin d'améliorer l'efficacité de désulfuration des dérivés pétroliers, le nanocomposite Ce0.5Bi0.5VO4/rGO a été synthétisé par méthode sonochimique. Les nanocomposites préparés ont été caractérisés par analyses XRD, FESEM, EDS, FT-IR, BET et DRS. L'analyse XRD montre que le nanocomposite synthétisé est amorphe. Les images FESEM ont montré que des nanostructures avec une distribution granulométrique plus petite étaient synthétisées dans des conditions optimales, c'est-à-dire en contrôlant la température de synthèse entre 0 et 5 °C. Les résultats de la désulfuration ont montré que les nanocomposites contenant de l'oxyde de graphène réduit (rGO) ont une efficacité photocatalytique plus élevée que les échantillons purs, la raison principale pouvant être une meilleure séparation des charges dans les échantillons grâce à l'électron π dans la structure rGO. Le taux de désulfuration le plus élevé des nanocomposites CeVO4/rGO, BiVO4/rGO et Ce0.5Bi0.5VO4/rGO était respectivement de 95,62, 91,25 et 96,38 %, après une exposition à la lumière UV pendant 40 min. L'amélioration de l'activité photocatalytique du composite Ce0,5Bi0,5VO4/rGO pourrait être attribuée à la séparation efficace des paires électron-trou et à l'inhibition de la recombinaison. La désulfuration en présence d'acide chlorhydrique et de peroxyde d'hydrogène a augmenté l'efficacité de 12 %, ce qui représente une quantité significative.

Au cours des dernières décennies, les problèmes environnementaux critiques causés par les combustibles fossiles sont dus à l'augmentation de l'utilisation de carburants diesel et essence et à la combustion de carburants contenant du soufre qui provoquent la libération de SOX1,2,3. Il convient de noter qu’il existe différents types de composés soufrés présents dans le carburant qui libèrent du SOX après combustion4. Les composés soufrés sont toxiques et avec le développement rapide de l'industrie automobile, ils empoisonnent les catalyseurs d'oxydation qui libèrent les gaz d'échappement des moteurs5. Les composés soufrés sont convertis en oxyde, sulfate et soufre, ce qui provoque la production de pluies acides, de brouillard photochimique, de problèmes respiratoires et menace sérieusement la santé humaine et l'écosystème6,7.

Le processus de désulfuration profonde des hydrocarbures a été envisagé en raison des exigences du transport et également en raison de ses effets sur l'environnement. Pour résoudre ce problème, la plupart des pays ont élaboré des normes strictes visant à limiter la quantité de soufre dans les carburants. Selon ces normes, la quantité de soufre est inférieure à 10 ppm et même nulle dans le futur. En conséquence, l’un des objectifs les plus importants des chercheurs ces dernières années est l’adoucissement des produits pétroliers à partir de ces composés8,9,10,11. Par conséquent, différentes méthodes de désulfuration ont émergé et la plus importante est la désulfuration par l’hydrogène. Dans ce processus, la désulfuration est réalisée par l'hydrogène à haute température et pression avec un catalyseur12,13. Pour obtenir des conditions de fonctionnement douces, d'autres méthodes ont été étudiées, telles que : la désulfuration extractive, la désulfuration biologique, la désulfuration par absorption, la désulfuration oxydative, etc.14,15,16. La désulfuration oxydante photocatalytique est essentiellement une technologie avancée de la méthode de désulfuration oxydante qui utilise un catalyseur efficace en présence de lumière pour augmenter le taux d'oxydation des composés soufrés17. Cette méthode peut être appliquée à température ambiante et à pression atmosphérique avec une sélectivité élevée, et en raison de son faible coût et de sa capacité à utiliser la source solaire, elle peut également être utilisée à l’échelle industrielle1. Dans cette méthode, la paire électron-trou est absorbée à la surface du catalyseur, et cette absorption est due à une énergie supérieure ou égale à la bande interdite que les semi-conducteurs peuvent produire des trous d'hydroxyle sous irradiation par la lumière ultraviolette. Pendant ce temps, les transferts d’électrons du peroxyde vers l’oxygène ou du peroxyde vers l’hydrogène pour produire un anion, O2⋅− ou un radical hydroxyle (⋅OH) sont forts. La capacité d’oxyder l’état basique à la surface du catalyseur le transforme en ions sulfone, sulfoxyde ou sulfate, qui sont éliminés par l’eau18.