pH 調(diào)控 MnO?制備與臭氧分解研究

二氧化錳催化劑是公認(rèn)的在室溫下進(jìn)行臭氧分解的高效材料。然而，傳統(tǒng)的制備方法，如水熱法，通常需要臨界條件（100-200?C， 6-48小時(shí)）。

此外，所制備的催化劑幾乎是粉末，這使得它們難以作為整體催化劑應(yīng)用。在這項(xiàng)工作中，開發(fā)了一種在環(huán)境條件下原位制備具有不同晶相（α，非晶和δ）的二氧化錳的簡單ph調(diào)節(jié)方法。XRD分析表明，當(dāng)pH值從13降低到3時(shí)，相變由δ-MnO2逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形MnO2，而在pH = 1.5時(shí)則出現(xiàn)α-相。XPS和O2-TPD結(jié)合結(jié)果表明，無定形MnO2具有最低的平均氧化態(tài)（AOS）和最高的氧空位濃度。

Bian Haoran 團(tuán)隊(duì)通過 pH 調(diào)控法在常溫下制備不同晶型 MnO?（α、δ、無定形），用于臭氧分解實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用北京同林 UV-M2 型低壓紫外線臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧，搭配 2B Technologies 106L 型臭氧分析儀監(jiān)測濃度，控制進(jìn)氣臭氧濃度 40±1ppm，氣體總流量 1L/min，重量空速（WHSV）600,000mL?g?1?h?1，在固定床反應(yīng)器（內(nèi)徑 4mm）中填入 0.1g 催化劑（40-60 目）與 0.45g 石英砂混合床層，25℃下考察不同濕度（0%-90%）對催化性能的影響。

結(jié)果顯示，無定形 MnO?（Cat.2）性能最優(yōu)，90% 相對濕度下 6h 臭氧去除率仍達(dá) 92%，80h 連續(xù)實(shí)驗(yàn)去除率維持 91%。In-situ DRIFTS 實(shí)驗(yàn)證實(shí)其表面羥基積累少，抗水性強(qiáng)；BET 分析表明其比表面積達(dá) 215.6m2/g，顯著高于 α-MnO?（68.8m2/g）與 δ-MnO?（133.6m2/g）；XPS 與 O?-TPD 分析顯示其 Mn 平均氧化態(tài)最低（3.40），氧空位濃度最高，氧遷移能力強(qiáng)。將該制備方法應(yīng)用于堇青石蜂窩載體（CHC），制成 a-MnO?/CHC 整體式催化劑，在 400±30ppb 低濃度臭氧、1m/s 氣流速度條件下，60h 內(nèi)保持 60% 去除率，為臭氧凈化設(shè)備開發(fā)提供新思路。

https://doi.org/10.3390/catal15030290