多孔过渡金属/稀土复合氧化物上VOCs的基元氧化过程、动力学与机理

工业挥发性有机污染物（VOCs）的环境友好消除是当前大气污染控制领域的研究热点，催化氧化技术是VOCs排放控制的主流技术之一。传统贵金属催化剂价格昂贵、高温易烧结，过渡金属氧化物比表面积低且孔隙不发达，难以满足VOCs经济高效消除的实际需求。本课题针对传统催化材料存在的问题和已有研究在VOCs反应过程及机理等方面的不足，研究具有不同结构形貌、大比表面积、孔隙发达及良好传质性能的多孔过渡金属/稀土复合材料的可控构筑规律，在此基础上，重点研究典型VOCs的氧化行为、基元反应过程、动力学规律及氧化机理，构建VOCs氧化动力学模型，采用原位分析方法和先进表征手段深入阐明反应气-固界面过程及材料物化性质与其催化性能的内在关联，揭示关键影响因子，并在模拟工况条件下研究材料的氧化性能和稳定性，探讨其潜在应用前景。本项目是多孔材料与VOCs污染控制领域的交叉与结合，项目的实施将为VOCs的控制提供新思路。

项目采用不同合成途径得到了具有大比表面积和发达孔隙结构的多孔过渡金属/稀土氧化物，研究了不同材料上典型工业VOCs的氧化行为和关键影响因子，探究了污染物的氧化动力学。结果表明：.（1）尿素诱导沉淀法能在表面活性剂-尿素-金属溶液的简易体系下得到具有大比表面积的介孔过渡金属/稀土氧化物。微波消解辅助硬模板法能便捷地合成三维有序介孔结构的复合金属材料。阴离子淀粉生物模板法利用羧基与金属离子间的静电作用得到具有片状结构的介孔过渡金属/稀土复合催化剂。.（2）CuxCe1-xO2-δ固溶体内Cu2+-O2–-Ce4+桥连能够显著提高铜物种的低温可还原性能。介孔铜掺杂CeO2较钴、铁、锰或锆掺杂CeO2材料拥有更佳的氧化性能。.（3）Mn离子能促使Cu/Mn物种向CeO2晶格迁移，提升材料的活性氧吸附能力和低温氧化性能，大幅降低马来酸盐、醋酸盐、醛类等氯苯氧化副产物。Cu-Mn-Ce-O材料表面吸附氯物种能在活性氧作用下通过Deacon反应迅速脱出，提高了材料稳定性。.（4）苯能抑制甲苯的氧化，甲苯加入有利于苯的氧化，正己烷能够促进甲苯的氧化。低空速和高氧浓度都有利于污染物的氧化。水对甲苯氧化有明显抑制，但能促进苯和正己烷的氧化。拟一级动力学模型能很好地模拟不同条件下苯、甲苯和正己烷的氧化行为。