城市環境所室內甲醛凈化研究取得進展

發布時間：2023-04-07 11:16 原文鏈接：城市環境所室內甲醛凈化研究取得進展

　　甲醛（HCHO）作為室內空氣污染的主要污染物，增加了人類罹患心血管和呼吸系統疾病的風險。長期以來，室溫下消除HCHO的技術備受關注。由于室內HCHO濃度低、釋放周期長，室溫下催化氧化技術被認為是最具發展前景的處理手段之一。迄今為止，室溫下催化氧化技術主要依賴貴金屬負載的催化劑（包括Pt、Pd、Au等），而普遍存在的室內空氣質量問題導致貴金屬的消耗量遠超現有存量。因此，開發能夠勝任室溫催化氧化甲醛的非貴金屬催化劑成為近年來的研究熱點。

　　錳氧化物（MnOx）因豐富的氧物種和優異的氧化還原性能而表現出較好的催化氧化活性，但HCHO在MnOx上的催化氧化仍需外部加熱來避免低溫下中間產物堆積導致的凈化能力衰減。室內HCHO的實際濃度通常較低（小于10 ppm），絕對失活需要相當長的一段時間。此前，中國科學院城市環境研究所賈宏鵬研究團隊提出了可行的“儲存-氧化”循環體系，即MnOx在室溫條件下捕獲HCHO并以中間產物的形式儲存在催化劑表面，然后采用電磁感應加熱將富集的中間產物深度氧化為CO2和H2O以實現失活催化劑的再生。為進一步提高循環效率，增加實際應用的可行性，最好的方法是增強材料的氧化能力以延長HCHO的儲存時間。

　　基于此，賈宏鵬團隊提出了通過非貴金屬鈰（Ce）雜化增強d-MnO2的氧化能力。研究考慮到d-MnO2的層狀結構，以區分不同位置陽離子添加劑的位置效應為目的，通過一步水熱法和水熱-離子交換法合成晶格內摻雜Ce和層間摻雜Ce的d-MnO2。通過將催化性能與表征和密度泛函理論（DFT）相聯系，研究揭示了催化性能的內在原理。相比較層間摻雜Ce而言，晶格內摻雜Ce的樣品延長了HCHO儲存的時間，表現出高于純的d-MnO2四倍以上的吸附容量，循環穩定性實驗和HCHO-TPO數據證明了電磁感應加熱驅動下材料運行的穩定性。本研究提出了非貴金屬催化劑低能耗高效凈化室內甲醛的運行模式，為室內空氣質量改善提供了新的設計思路。

　　相關研究成果以Unveiling the Position Effect of Ce within Layered MnO2 to Prolong the Ambient Removal of Indoor HCHO為題，發表在Environmental Science & Technology上。研究工作得到國家自然科學基金、城市污染物轉化聯合研究重點實驗室、福建省科學技術規劃項目、中科院青年創新促進會等的支持。