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天津大学丁辉课题组揭示常温催化氧化VOCs机制

北极星环保网来源:天津大学新闻网 丁辉2020/2/10 9:47:39我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:VOCs 催化焚烧 蓄热式催化焚烧

北极星环保网讯:近日,天津大学环境工程与科学学院的丁辉课题组在环境领域顶级期刊Environmental Science & Technology在线发表题为“Complete Degradation of Gaseous Methanol over Pt/FeOxCatalysts by Normal Temperature Catalytic Ozonation”的论文,该成果揭示了常温常压条件下高效催化氧化挥发性有机物(VOCs)的机理。

VOCs是造成大气污染的重要原因之一,也是我国大气污染物O3和PM2.5的重要前体物。控制VOCs的排放将有利于减少雾霾天气出现以及光化学污染现象的发生。随着催化材料科学日新月异的发展,VOCs治理创新技术也在加速迭代更新。

常温常压条件下VOCs降解能否被高效催化氧化降解是当前科技界的前沿性课题,惯性思维通常认为:VOCs的氧化降解需要高温条件(200~400℃)下才能够发生高效的正向催化反应,或者必须需要外界输入能量(紫外光、电能等)来辅助打开VOCs分子键才能加速氧化反应进行。

基于这样的思维,催化焚烧蓄热式催化焚烧、低温等离子体、紫外光辅助催化等能量输入型VOCs消解技术成为了技术主流。如果在无能量输入的常温常压条件下发生高效催化VOCs降解反应,这将会大幅节省处理过程的能量消耗,并提高易燃易爆VOCs气体销毁的安全性。

经多年的科研攻关,丁辉团队开发的常温催化氧化技术(NTCO)开展了扎实的科学研究,目前已有6项常温催化氧化VOCs相关专利授权并已申请2项国际专利。正如ES&T期刊Twitter评论:“Use of novel catalysts in normal temperature catalytic oxidation (NTCO) for volatile organic compound (VOC) abatement has milestone significance”,NTCO技术的出现对VOCs末端治理具有里程碑意义。

在这篇论文中,该团队通过共沉淀法制备了一系列Pt/FeOx催化剂,其中Pt/FeOx-400具有最佳的反应活性,在30 ℃条件下能将甲醇完全降解,120 h的连续使用仍能保持催化活性。通过EDS扫描(图1)发现,活性金属Pt在催化剂上分布均匀,而且在HRTEM照片中没有观察到明显的Pt颗粒,说明Pt活性位点在催化剂表面上成原子级分散。

微信图片_20200210094124.jpg

图1 SEM与EDS扫描

通过EPR表征作者发现,在催化降解甲醇的过程中产生了大量强氧化性的羟基自由基,说明常温催化降解反应中,羟基自由基可能起到重要的作用。

微信图片_20200210094200.jpg

图2电子顺磁共振(EPR)图谱

延伸阅读:

低温催化氧化VOCs研究综述

VOCs、TVOC、非甲烷总烃傻傻分不清楚?VOCs治理问题有哪些?

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