铌基复合氧化物的可控合成及其对含氯有机污染物的催化燃烧性能研究

Chlorinated volatile organic compounds (chlorinated VOCs) are a large kind of well-known air pollutants. Catalytic combustion method has already been proved as one of the most economical and effective treatment methods, and its core technology is the catalyst with high catalytic performance. There exists strong interaction between Bi and transition metal M (M represents Nb, W, Ti or Fe element, respectively), and Aurivillius structured Bi2MxOy mixed oxides can be formed, which consist of the alternating appearing of the (Bi2O2)2+ ion layer (fluorite structure type unit, with abundant oxygen vacancies) and the (MO4)2- ion layer (perovskite type unit, with good redox and solid super acid properties). By changing the doped ion, the preparation method and the synthesis condition, the space distance of the ion layer, the amount, intensity and the space distance of the strong/weak acid sites as well as the redox centers for these materials can be precisely controlled. Thus, it is promising to efficiently eliminate the industrial chlorinated organic waste gas with low or medium concentration, by adopting the synergistic catalytic effect of these different active centers (the degradation mechanism of “adsorption, activation, breakage and deep oxidation”). This research project applied for funding support will systematically explore the synthesis regulation, the structure-performance relationship of the Nb based materials prepared, and provide theoretical reference and technical support for the treatment of chlorinated VOCs.

含氯挥发性有机物是一类常见的大气污染物，催化燃烧法是目前最为经济有效的治理方法之一，其核心技术是研发高性能催化剂。Bi与某些过渡金属M(M为Nb、W、Ti、Fe等)之间存在金属-金属强相互作用，可形成Aurivillius类型的复合氧化物，是由交替出现的(Bi2O2)2+离子层(萤石结构单元，具有丰富的氧缺陷)和(MO4)2-离子层(钙钛矿型单元，兼有良好的氧化还原性能和超强酸性质)堆积而成的层状结构。通过引入不同的掺杂金属以及改变制备方法和合成条件，可精准调控该类材料的层间距，强弱酸中心以及氧化还原中心的数量、强度、空间距离等结构特征，从而有望利用不同活性中心之间的协同催化效应(“吸附-活化-裂解-深度氧化”机理)实现对中低浓度的含氯有机废气的高效去除。本申请将系统研究铌基催化剂的制备规律、结构特征与其催化燃烧性能之间的构效关系，为含氯挥发性有机物的治理提供理论依据与技术支持。

氯苯、1,2-二氯乙烷等含氯挥发性有机物是一类常见的大气污染物，催化燃烧法是目前最为经济有效的治理方法之一，其核心技术是高性能催化剂。环保的铌元素与某些金属(如Bi、Ce、W等)之间存在金属-金属强相互作用，可形成兼有良好的氧化还原性能和超强酸性质的复合氧化物。本项目系统地研究了铌基催化剂的制备规律、结构特征与其催化燃烧性能之间的构效关系。研究结果表明，金属离子的掺杂对Nb2O5的结构和催化性能具有显著影响。富氧型Bi2O3对甲苯的氧化性能有所提升，但对氯苯的降解性能较差；稀土氧化物CeO2的掺杂有利于同时提高氧化性和热稳定性；WO3的掺杂有利于提高材料的表面酸性质。通过改变制备方法和合成条件，可得到介孔材料，可调控该类材料的强弱酸中心、氧化还原中心的数量和强度等因素，利用不同活性中心之间的协同催化效应(“吸附-活化-裂解-深度氧化”机理)实现对低浓度的含氯有机污染物以及多组分混合污染物的高效降解（350 oC以下），其中尿素均匀沉淀法、Nb/Ce/W摩尔比为1/4/2的材料的催化性能最佳，但750 oC以上的热稳定性还有待进一步改善。该项目的研究成果可以为含氯挥发性有机废气的治理以及固体酸、催化氧化、光催化等反应类型提供理论依据与技术支持。