多孔稀土双钙钛矿/分子筛上CVOCs的活化机制与氧化路径调控

Catalytic oxidation is one of the most important technology for highly efficient and environment-friendly removal of industrial volatile organic compounds (VOCs).Typical industrial Cl heteroatoms-contained VOCs with highly toxical and stable property are selected in this project. Regarding the shortcomings of traditional noble metal/transition metal catalytic materials for CVOCs destruction，the approach for novel and highly efficient rare earth-double perovskite/molecular sieves composite catalysts, which combine the advantages of high-abundance rare earth, double perovskite and molecular sieves, controllable synthesis and nano active sites construction will be developed. Catalyst physicochemical properties regulation rule and active oxygen transfer feature will be demonstrated by oxygen isotopic exchange and advanced characterization techniques, and the pollutant oxidation behavior and adsorption-activation mechanism will also be illuminated from the molecular level through in situ methods and simulation. The pollutant oxidation routes and reaction products distribution regulation law will be constructed via catalyst pgysicochemical property and reaction condition optimization. The tolerance of the composite catalyst to water and chlorine species will be real-time studied to reveal the chlorine species adsorption/desorption characteristics, the catalyst deactivation process and the stability enhancement mechanism. This is a cross project involving the regions of porous materials and VOCs pollution control. The implementation of the project will provide new ideas and research basis for industrial CVOCs control, and further promote the technology innovation and progress for industrial VOCs economic and highly-efficient control.

催化氧化是工业挥发性有机化合物（VOCs）高效、环境友好消除的主流技术之一。项目以高毒、高稳定性的含氯挥发性有机物（CVOCs）为研究对象，依据传统贵金属/过渡金属催化剂在CVOCs氧化中存在的不足，结合高丰度稀土元素、双钙钛矿氧化物和多孔分子筛在催化反应中的优势，研究和发展新型多孔稀土-双钙钛矿/分子筛复合材料的可控制备和纳米活性位的构筑方法。采用氧同位素交换和先进表征手段揭示复合材料物化性质调控规律和氧迁移转化特征，利用原位技术和模拟计算从分子层面阐明污染物的氧化行为和吸附活化机理，通过催化剂物化性质和反应条件优化建立污染物氧化路径和产物分布调控规律，实时研究材料的抗水、耐氯性能，揭示氯物种吸脱附特征、催化剂失活过程和稳定性强化机制。研究是多孔材料与VOCs污染控制领域的交叉与结合，项目的实施将为工业CVOCs控制提供新思路和研究依据，推动工业VOCs经济高效减排的技术创新和技术进步。

含氯挥发性有机化合物（CVOCs）的大量排放对大气环境和人体健康造成了严重威胁，其高效催化消除是目前的研究重点和难点。本项目通过共沉淀法、PMMA硬模板法、尿素诱导沉淀法等技术制备了双钙钛矿型氧化物、多孔钙钛矿型氧化物、多孔复合金属氧化物材料，研究了典型工业CVOCs在催化剂上的氧化行为和反应机制；在此基础上通过高选择性氧化物的负载有效抑制了CVOCs反应副产物的产生，主要研究内容与结果如下：. （1）共沉淀法（CTAB和NaOH体系）得到的双钙钛矿型复合金属氧化物（LaxSr2-xMnCoO6）较溶胶凝胶法制备的材料表现出更好的低温可还原性能、更高的晶格氧含量和氧脱附性能，在氯代烃类低温氧化方面有明显优势。多孔稀土-双钙钛矿/分子筛复合材料（LaSrMnCoO6/ZSM-5）相比LaSrMnCoO6具有更大的比表面积、丰富的表面酸位、优异的可还原性能和氧移动能力，有效提高了双钙钛矿型复合金属氧化物的低温活性。. （2）采用PMMA硬模板法成功制备了3D有序介孔-大孔钙钛矿型复合金属氧化物（3DOM Co3O4/La0.7Sr0.3Fe0.5Co0.5O3），解决了常规钙钛矿型复合金属氧化物低比表面积的问题。该方法制备的氧化物具有好的抗氯中毒能力、强的Cl吸附性能和高的表面氧活化能力，实现了氯代烃类的高效消除。. （3）采用尿素诱导沉淀法成功制备了多孔Cu-Ce-O复合氧化物，并将Mn金属离子有效的掺杂入CeO2骨架中，使其产生了大量的氧空穴，同时增加了材料中Cu+-Cu2+氧化还原对，提高了材料催化活性和稳定性，降低了中间产物（醛类和醋酸盐类）产生量。. （4）双钙钛矿氧化物上高选择性氧化物的负载（CrOx/LaSrMnCoO6）有效抑制了反应中的氯代反应，将氯代烃类氧化过程中的副产物有效转化成CO2、H2O和HCl。多孔高选择性CrOx/MnCoOx材料具有较大的比表面积和优异的低温还原性能，可进一步降低1,2-二氯乙烷的氧化温度，实现1,2-二氯乙烷的低温氧化，并减少反应副产物的产生。. 研究为金属复合氧化物材料上氯代烃的催化氧化提供了理论基础。实验结果以第一/通讯作者在ACS Catal.、ES&T、Appl. Catal. B等国际刊物上发表SCI论文29篇，申请发明专利5项，培养青年人才5名。