疏水介孔锰基氧化物低温催化氧化挥发性有机物性能研究

通过催化剂的创制、改性等手段实现低温VOCs催化氧化是环境工作者追求的目标。低温反应时较差的抗水性能和易在孔道中产生碳化物沉积等问题是MnOx实现高活性的最大障碍。这有赖于对MnOx的表面和结构的改性及对其催化反应机理与动力学控制等基本科学问题的理解。本研究拟使用膦酸接枝改性法、"夹层界面"中形貌控制法及新制有机锰的氧化法等得到疏水性介孔MnOx，并在所得MnOx中掺入不同尺寸和电荷的杂离子制备具有不同性质和结构的介孔锰基氧化物，用于VOCs中苯、甲苯和二甲苯（BTX）等的催化燃烧。通过相关表征技术，搞清锰基氧化物的疏水改性、掺杂离子的结构和/或电子助剂效应及纳米介孔材料的尺度和孔度效应等对其吸附、扩散和催化氧化能力的影响，揭示BTX在锰基材料上催化燃烧的动力学控制因素；阐明催化体系的活性中心的化学本性及对BTX催化燃烧的机理。为实现低温下高活性和高选择性的苯系污染物催化氧化提供研究基础。

通过对锰基氧化物的创制和改性，制备具有层级、介孔结构和（或）疏水性介孔MnOx化合物，实现低温下VOCs的完全催化氧化是本项目的主要研究目的。经过一年的研究，本项目取得以下进展。（1）以高锰酸钾和硝酸锰为原料，采用一种新的氧化还原沉淀法，制备了K掺杂且表面Mn4+含量几乎为100% 层级孔状结构-MnO2 催化剂。该催化剂可在220°C, 8000 h−1空速下使邻二甲苯完全转化为二氧化碳和水，较常规沉淀法所得催化剂的完全分解温度降低了近50°C。XRD、BET、SEM、EDS、XPS及H2-TPR等分析手段表明，高的表面Mn4+含量、K的掺杂及层级结构是使其催化剂活性提高的主要原因。（2）在水热反应釜中，以高锰酸钾和碳酸锰为原料，在未添加任何有机模板剂的情况下，借助反应产生的二氧化碳气体为软模板制备得到了系列介孔三维网状-MnO2纳米棒。该催化剂可在210°C使邻二甲苯完全转化为二氧化碳和水。XRD、BET、SEM和TEM测试结果显示，介孔结构的存在促进了其活性的提高。（3）在CCl4/石油醚的“夹层界面法上”，以高锰酸钾和氯化锰为原料，制备得到了比表面积为313m2/g的介孔MnOx。XRD结果显示，所得化合物为微晶态-MnO2。 该催化剂可在190°C将邻二甲苯完全转化为二氧化碳和水。其构效关系的分析正在进行中。以上研究为实现低温下挥发性有机物的催化燃烧提供了理论基础。