公路隧道中汽车尾气污染物MOFs基催化剂和吸附剂的研制

The vehicle exhaust is the main pollutant in highway tunnel,it has important significance to find effective ways to reduce them. The development of nanoporous materials and nanocatalysis science has provide a new mentality for us. In this project, we propose a resolution that the catalysts and adsorbents based on MOFs would be used to reduce the vehicle exhaust pollutants in highway tunnels. The MOFs will be used as surpports to load noble metal (Pt, Rh and Pd) nanoparticles and nanoscle metal oxide, to try to prepare the catalysts that can convert CO to CO2 at normal temperature; The adsorbents that can adsorb NOx and HC at normal temperature will be try to prepared by modify the MOFs.

排放到公路隧道中的汽车尾气是造成隧道空气污染的主要因素，采用有效方法除去隧道中的污染气体具有重要意义，纳米多孔材料和纳米催化科学的发展为解决这一问题提供了新的思路。在本项目中，我们提出以基于MOFs材料的催化剂和吸附剂来消除公路隧道中的汽车尾气污染物。即以MOFs材料作为载体，通过负载贵金属（Pt、Rh和Pd）纳米粒子和纳米氧化物，探索制备在常温下可将CO催化转化为CO2的催化剂；通过对MOFs材料进行改性，探索制备在常温下对NOx和HC具有吸附能力的吸附剂。

本项目针对公路隧道中汽车尾气污染物，CO、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等的处理开展研究，提出以金属有机骨架（MOFs）材料作为载体或媒介，制备负载型催化剂、复合氧化物和吸附剂，用以降低催化CO和HC完全氧化的反应温度，提高NOx的吸附能力。主要结果如下：（1）以MIL-53(Al)和MIL-68(Al)为载体合成了高分散的负载Pt粒子型催化剂，当理论负载量为1%时，催化CO氧化转化率为90%时的反应温度（T90%）分别为170℃和230℃，催化HC的T90%分别为260℃和280℃；（2）采用优化后的“双溶剂”法制备了Co3O4负载MIL-53(Al)型催化剂，当Co3O4的理论负载量为18%时催化剂的比表面积最高，BET表面积为900 m2/g，催化剂对CO和HC氧化也表现出了较高的催化活性，CO和HC的T90%分别为140℃和220℃；（3）以MOF-5为媒介制备了块状和虫状Co3O4-ZnO复合氧化物，BET表面积分别为27 m2/g和43 m2/g，块状Co3O4-ZnO复合氧化物的催化活性较高，催化CO和HC的T90%分别为120℃和150℃；（4）以ZIF-67为媒介制备了花状Co3O4-CeO2复合氧化物，其BET表面积为43 m2/g，对CO和HC氧化表现出较高的催化活性，转化率为90%时的反应温度T90%分别为180℃和370℃；（5）以MIL-53(Al)和MIL-68(Al)为媒介制备了Pt负载γ-Al2O3型催化剂，其中以MIL-53(Al)为媒介合成的催化剂中Pt粒子为正八面体结构，两种催化剂均具有较好的催化氧化和催化还原活性；（6）以MIL-53(Al)为媒介合成了Pt/Ni双金属负载γ-Al2O3型催化剂，TEM照片表明Pt/Ni粒子的分散性较高，适量Ni的存在抑制了Pt粒子的团聚；（7）在高温下对MIL-53(Al)碳化合成了高比表面积的活性炭，BET表面积为366 m2/g。在以上研究内容中，本课题组优化了传统的“双溶剂”负载纳米粒子的方法；以MOFs为媒介制备出了高比表面积和催化活性的复合金属氧化物；首次采用MOFs为媒介合成了八面体形Pt粒子负载γ-Al2O3型催化剂和高分散低尺度的Pt/Ni双金属负载γ-Al2O3型催化剂等，这为其他研究者在合成负载型催化剂过程中提供了更多的选择。