纳米氧化锰分子筛低温去除甲醛的研究

本项目为采用催化法去除空气中甲醛污染物的研究，探索影响纳米氧化锰分子筛催化剂对甲醛去除效率的各种因素。拟解决的科学问题：1）研究氧化锰分子筛对甲醛氧化反应的孔道效应；2）探索掺杂离子的种类和位置对氧化锰分子筛甲醛氧化性能的影响，确定氧化锰分子筛的反应活性中心；3）研究氧化锰分子筛的形貌和表面结构对甲醛氧化反应的构效关系；4）研究甲醛在氧化锰分子筛上的反应机理。预期的重要成果：a)获得氧化锰分子筛对甲醛反应的最佳孔道尺寸、表面结构和价态；b)得到最优的掺杂离子种类、定位和价态；c)明晰催化去除甲醛的反应机理；d)研制出高效实用、价格低廉去除甲醛的整体型催化剂。本项目的研究对于揭示催化法去除空气中有机污染物的规律有重要的科学意义，为非硅铝分子筛在环境污染治理领域奠定基础，具有重要的科学和应用价值。

本课题的研究（纳米氧化锰分子筛低温去除甲醛）主要取得了以下三方面的成果：1）首先研究了纳米氧化锰分子筛对甲醛的孔道效应，通过对不同孔径的氧化锰分子筛对甲醛的催化活性测试，发现Hollandite型氧化锰(Hollandite manganese oxide，HMO)具有最高的催化活性。其高活性主要原因归因于HMO的有效孔径与甲醛分子直径尺寸接近。2）研究了HMO分子筛骨架掺杂对甲醛完全氧化性能的影响。通过水热法合成了掺钒的HMO催化剂（V-HMO），并对其在低温完全氧化甲醛的催化性能进行了研究。结果表明当钒和锰的摩尔比是2%的时候， V-HMO催化速率比未掺杂的HMO提高了1.5倍。根据XPS，HRTEM，H2-TPR的表征结果，催化活性的提高主要是掺钒后催化剂表面缺陷位的增多导致。3）研究了HMO分子筛孔道掺杂对甲醛完全氧化性能的影响。通过对HMO表面负载的银颗粒进行简单热处理成功地实现了对HMO的孔道单原子金属掺杂（Ag-HMO），并进行了各种表征：如HRTEM、XRD和XAS等。合成过程中，严格控制银的负载量，使得银在HMO孔道内形成单原子银链并在Ag-HMO孔道端口暴露终端银原子，从而形成单原子催化活化中心。这种单原子银催化剂对晶格氧和分子氧都具有很高的活化能力，从而显现出低温甲醛氧化的高活性。该成果发表在国际著名杂志Angewandte Chemie International Edition，2012, 51, 4198-4203 (IF =13.455)。