地球环境所常温甲醛净化研究取得进展

2019-11-13 20:18:51

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甲醛是一种典型的室内空气污染物,具有致畸和致癌作用。传统的吸附/吸收甲醛净化技术容易产生二次污染,在实际应用中难以达到国家室内空气质量标准。不同于传统吸附/吸附除醛技术,甲醛常温催化氧化技术通过纳米催化剂晶格氧或活性吸附氧诱导催化反应,实现甲醛在常温常压下完全矿化,具有高效、环保等特点,具有广阔的应用前景,高效甲醛常温净化技术的发展是当前研究热点。

针对传统过渡金属氧化物在实现甲醛完全催化氧化方面的温度局限性,中国科学院地球环境研究所研究员黄宇团队最近通过相界面构建和晶面调控开发了一系列室温催化材料,用于室内低浓度甲醛的降解和纯化,揭示了其对甲醛催化氧化中间产物和过程的影响机理。相关研究成果已发表在《应用催化:环境》、《化学工程杂志》、《环境科学与技术》等期刊上。

甲醛氧化成甲酸的过程是甲醛氧化反应的决定性步骤之一。在该过程中,反应能垒相对较高,需要相对较高的温度来实现。基于分子氧o2活化对甲醛氧化反应的重要影响,该团队开发了碳包覆金属co纳米粒子(co@nc),在室温下具有高稳定的甲醛去除能力,其催化性能受湿度影响较小(应用催化b: environmental 2019,258,117981)。此外,该团队成功地制备了氧化锆均质异质结(tmz),有效地促进了界面分子氧的活化。采用密度泛函理论计算和原位红外光谱技术相结合的方法,在tmz异质结界面存在一种新的室温甲醛催化的d-h+mvk机制。它的快速断裂步骤是从甲醛c-h中解离的活性氢原子和表面晶格氧的结合。这项工作丰富了甲醛的常温催化反应路径,为设计高效脱除甲醛的常温催化材料提供了理论支持(化工学报2020,380,122498)。此外,该小组与香港理工大学的李顺成教授合作,调节mnox-ceo2 (mco)的三个主要晶面,并系统地揭示了其对氧空位、催化活性区和酸性活性位点的形成和数量效应的影响(环境科学与技术,2019,53,18,10906-10916)。目前,一系列新型甲醛净化材料已经大规模生产出来,为常温催化材料的大规模应用奠定了基础。

上述工作得到了国家重点研究发展计划(2016yfa0203000)、国家自然科学基金和中国科学院百人计划的支持。

图1。甲醛的co @ NC室温催化氧化和反应路径c(顶部)示意图(来源于应用催化b:环境2019,258,117981。);mnox-ceo2催化剂晶面调控和活性中心的研究及其在空气净化器中的中试(下)(摘自《环境科学与技术》,2019,53,18,10906-10916)。

图2 .室温下氧化锆单斜-四方异质结界面甲醛催化d-h+mvk的新机理(来源于《化学工程学报》2020,380,122498)。

资料来源:地球环境研究所

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