SnO2-MOx-TiO2(M=Mn,Cu,Fe)多孔催化材料的形貌可控制备及其抗氯增效机制

Catalytic combustion of chlorinated volatile organic compounds(CVOCs) has important significance to control air pollution efficiently. Chlorine poisoning is one of key factors in hampering the application of these catalysts, therefore, it is significant to develop high efficiency catalyst with excellent chlorine resistance performance at low temperature. Effective control the composition and morphology of multivariate composite metal oxides is an important way to further improve chlorine resistance performance of the catalysts. Based on the “Sn-doping effect”, this project is to prepare SnO2-MOx-TiO2(M=Mn,Cu,Fe) porous material with uniform distribution using “glucose-urea introduction method” in one step, and realize the control of composition and morphology in the system. In this proposal, we will study the effect of lattice defects, adsorption sites, oxygen transfer rate, redox ability on the catalytic performance of chlorobenzene removal; explore the dechlorination synergistic mechanism of catalyst under component synergies effect and morphology structure effect on the basis of real-time monitoring of chlorobenzene degradation intermediates and catalyst surface functional groups; provide scientific basis for constructing efficient catalytic degradation system of CVOCs through theoretically reveal the rule of C-Cl bond activation or cleavage and surface catalytic reaction.

催化燃烧脱除含氯挥发性有机污染物(CVOCs)对于有效治理大气污染具有重要意义。氯中毒失活是制约CVOCs脱除催化剂应用的关键因素之一，因此开发抗氯性能优异的低温高效催化剂十分重要。对多元复合金属氧化物进行有效地组分和形貌调控是进一步提高催化剂抗氯性能的重要手段。本项目拟在“Sn掺杂效应”基础上，采用“葡萄糖-尿素诱导法”一步制备体相均匀分布的SnO2-MOx-TiO2(M=Mn,Cu,Fe)多孔催化剂，并在这一体系中实现组分调变和形貌结构控制。研究该催化降解体系中晶格缺陷、吸附位点、氧迁移率、氧化还原能力等因素对催化剂脱除氯苯性能的影响；通过实时监测降解过程中生成的中间产物与催化剂表面官能团变化，探索组分协同效应和形貌结构效应共同作用下的催化剂抗氯增效机制；在理论上揭示C-Cl键活化断裂及催化表面反应的规律，为构筑高效CVOCs催化降解体系提供科学依据。

在CVOCs脱除过程中，过渡金属氧化物催化剂易于氯中毒而失活是制约其大规模应用的关键因素。构建形貌可控，活性位点充分暴露的过渡氧化物催化剂至关重要，对解决当前的大气污染问题具有特殊意义。本项目主要进行了以下四个方面的研究：.（1）我们研究了几种传统方法对V/TiO2的晶相组成，氧化还原性能和催化活性等的影响，发现等体积浸渍法效果最佳。以此为基础，我们采用水热法一步制备了体相均匀分布的Cr/TiO2微球。该法明显优于传统的等体积浸渍法和共沉淀法，且对于多种复合金属氧化物（CuO/TiO2、CoOx/TiO2、FeOx/TiO2、MnOx/TiO2等）的均匀结构制备具有普适性。.（2）我们发现适量的Sn添加明显降低了氯苯降解反应的活化能、增加了表面Cu2+和Oads含量，减少了中间产物（尤其是含氯物种）的表面沉积，从而大大提高了Cu/KIT-6催化剂催化燃烧降解氯苯性能。通过TPSR-MS和原位红外光谱，我们发现Sn明显降低了Cu催化剂表面的中间产物沉积，如酚盐、儿茶酚酸盐、醋酸型羧酸盐、氯化马来酸盐、氯化苯醌类化合物等。.（3）利用MOFs材料的孔道丰富、结构易调等优点，我们成功制备了多孔八面体结构的CuO/MnOx催化剂。丰富的表面Mn4+和Oads物种赋予该催化剂优良的催化性能。以此为基础，我们进一步开发了基于MOFs材料的均匀分布NiMnOx微米片结构催化剂的简易制备方法。.（4）以KIT-6为模板，我们采用纳米铸造法制备了Mn/CeO2催化剂。该催化剂具有丰富规则的孔道和较大的比表面积，这大大促进了活性组分的分散。该催化剂具有优异的催化燃烧降解氯苯性能，这得益于Mn与Ce直接的充分接触使得催化剂的还原温度下降，表面Mn4+和Oads含量增加。.项目共计发表SCI论文5篇和申请国家发明专利1项，达到预期的研究目标。我们期望该工作为未来制备具有大规模应用前景的新型高效催化材料提供理论依据。