碱金属-贵金属/多级孔分子筛双组分催化剂构建及其对OVOCs的活化机理与次生污染控制

批准号:
21876139
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
何炽
依托单位:
学科分类:
B0603.大气污染与控制化学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘红霞、饶永芳、于艳科、田明姣、姜泽宇、建艳飞、陈宁娜、刘江龙
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中文摘要
工业挥发性有机物(VOCs)的环境友好消除是大气污染控制领域的研究热点,催化氧化是VOCs控制的主流技术之一。项目拟针对制药、电子制造、包装印刷等重点行业挥发性含氧有机物(OVOCs)的控制,结合碱金属、纳米贵金属及多级孔分子筛在催化反应中的优势,研究和发展碱金属-贵金属/多级孔分子筛双组分高效催化剂的可控制备方法。采用DFT计算和先进表征手段揭示材料电子传递特征、氧迁移转化过程和物化性质调控规律,采用原位/表面反应技术和模拟计算从分子层面阐明催化剂酸/碱位的作用、OVOCs氧化动力学与活化转化机理,在此基础上探明多组分OVOCs的吸附活化行为与分子间作用机制,通过材料物化性质和反应条件优化实现反应次生污染的高效控制。研究模拟工况下催化剂的活性、产物选择性、水热稳定性、抗积碳与抗烧结能力,揭示其性能优化机制。研究将为VOCs控制提供新思路、新材料和科学依据,具有重要的理论意义和实际价值。
英文摘要
The environment-friendly elimination of industrial volatile organic compounds (VOCs) is a hot research topic in the field of air pollution control, and catalytic oxidation is one of the most important technologies for VOC removal. Industrial oxygenated VOCs (OVOCs) emitted from pharmacy, semiconductor, and package printing are selected in this project. Approaches for controllable synthesis of alkali metal-noble metal/hierarchical molecular sieve bicomponent materials which combined with the advantages of alkali metal, nanosize noble metal and hierarchical porous molecular sieve in catalytic reaction will be investigated and developed. The electronic transfer characteristic, oxygen transfer and activation feature, and physicochemical properties regulation rule of synthesized composite materials will be revealed by density functional theory (DFT) calculation and advanced characterization techniques, and the role of catalyst acid/basic sites and oxidation kinetics and activation mechanism of OVOCs will be illuminated from molecular level by using in situ characterization and surface reaction techniques and simulated calculation. Based on the above results, the adsorption and activation rules and interaction mechanism of multiple OVOCs will be determined. The efficient control of reaction byproducts will be achieved through physicochemical property and reaction condition optimization. The oxidation activity, product selectivity, hydrothermal stability, and coke resistance of synthesized catalysts will be studied systematically under simulated operation conditions in order to reveal the optimization mechanism of catalyst performance. The research will provide new ideas, new materials, and scientific basis for industrial VOC control, which have important theoretical significance and practical value.
涂料、包装印刷等重点行业排放含氧挥发性有机化合物(OVOCs)对大气环境造成了严重危害,催化氧化技术是OVOCs控制的有效途径之一。采用“模板法”和“水热法”制备出高比表面积SiO2纳米棒,并通过嫁接法及离子交换法对其进行改性,发现其可在170 °C下实现甲乙酮的完全去除(活化能低至34.7 kJ·mol-1)。Brønsted酸性位点促进贵金属活性相的分散与稳定,K掺杂平衡载体电负性并增强了表面吸附氧的迁移能力。将双金属活性位点(Au、K)均匀负载于多级孔ZSM-5。Au0.5Kx/ZSM-5具有优异的丙酮催化活性、CO2选择性及反应稳定性。Au与K间具有显著的协同作用,K的掺杂引入大量的表面羟基物质,有效促进了丙酮的氧化,同时对Au起锚定作用避免其团聚失活。进一步采用不同合成方法制备了系列Au0.5K0.7/PVP-ZSM-5,发现K+具有明显的电荷转移平衡能力,将Au物种的电子价态调变至不稳定的缺电子态,具有高密度电子云的K+与Au+结合使得丙酮分子中羰基的活化更容易。率先构筑出多孔层状Pd@Co/MFI多级孔材料,Pd0.12@Co0.25/MFI催化剂表现出优异的乙酸乙酯低温氧化活性和稳定性,层状Co包覆可提升Pd中心与Co原子的配位率,Co引入产生的丰富Brønsted酸位促进了Pd中心分散。研究结果以第一/通讯作者在Chemical Reviews、Angewandte Chemie International Edition、Nature Communications、Environmental Science & Technology、ACS Catalysis等刊物上以通讯作者发表SCI论文52篇,申请国家发明专利16项(授权12项),培养和引进从事相关研究的青年人才14名;主编出版《挥发性有机污染物催化反应过程与控制技术》教材1部,参编《活性焦烟气净化关键技术与工程应用》书籍1部,获环境保护科学技术一等奖(2022,第2)、中华环保联合会科技进步特等奖(2021,第2)、中国环境科学学会青年科学家奖(2022)、陕西省环境保护青年科技奖(2022)等多个奖项。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Insight into the role of ceria on OMS-2 and OL materials for catalytic degradation of toluene
深入了解二氧化铈对 OMS-2 和 OL 材料催化降解甲苯的作用
DOI:10.3389/fenvc.2020.599349
发表时间:2020
期刊:Frontiers in Environmental Chemistry
影响因子:--
作者:Lin Yue;Minghua Hu;Mingjiao Tian;Xu Liao;Zhihua Xu;Ling Shi;Chi He
通讯作者:Chi He
Taming NO oxidation efficiency by gamma-MnO(2)morphology regulation
通过γ-MnO(2)形态调节控制NO氧化效率
DOI:--
发表时间:2020
期刊:Catalysis Science & Technology
影响因子:5
作者:Lei Chen;Jinping Zhang;Yuxin Li;Xiaomei Wu;Zaoxiao Zhang;Qiang Lu;Chi He
通讯作者:Chi He
In situ mesoporogen-free synthesis of single-crystalline intra-mesopore zeolite confined ultrasmall noble metals for deep oxidation
原位无介孔剂合成单晶内介孔沸石限域超细贵金属用于深度氧化
DOI:--
发表时间:2022
期刊:Nature Communications
影响因子:16.6
作者:Honggen Peng;Tao Dong;Senyou Yang;Hao Chen;Zhenzhen Yang;Wenming Liu;Chi He;Peng Wu;Jinshu Tian;Yue Peng;Xuefeng Chu;Daishe Wu;Taicheng An;Yong Wang;Sheng Dai
通讯作者:Sheng Dai
Novel CuO@TiO2 Core-Shell Nanostructure Catalyst for Selective Catalytic Reduction of NOx with NH3
新型 CuO@TiO2 核壳纳米结构催化剂用于 NH3 选择性催化还原 NOx
DOI:10.1007/s10562-020-03515-2
发表时间:2021
期刊:CATALYSIS LETTERS
影响因子:2.8
作者:Zhang Jiali;Tian Hua;Yu Yanke;Jiang Zeyu;Ma Mudi;He Chi
通讯作者:He Chi
Engineering CoCexZr1−x/Ni foam monolithic catalysts for ethyl acetate efficient destruction
用于高效销毁乙酸乙酯的 CoCexZr1·x/Ni 泡沫整体式催化剂工程设计
DOI:10.1016/j.fuel.2022.123574
发表时间:2022
期刊:Fuel
影响因子:7.4
作者:Mudi Ma;Xiangbo Feng;Rui Yang;Lu Li;Zeyu Jiang;Changwei Chen;Chi He
通讯作者:Chi He
基于多孔钙钛矿氧化物优化构筑及高活性表面构建的CVOCs安全高效净化新策略
- 批准号:22276145
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:何炽
- 依托单位:
挥发性有机污染物控制化学
- 批准号:21922606
- 项目类别:优秀青年科学基金项目
- 资助金额:120万元
- 批准年份:2019
- 负责人:何炽
- 依托单位:
基于微介孔分子筛限域的铂族金属-稀土复合材料上含氮/氧VOCs的氧化过程与反应机制
- 批准号:21677114
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:67.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:何炽
- 依托单位:
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
- 批准号:21477095
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:85.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:何炽
- 依托单位:
国内基金
海外基金
