基于MOFs衍生的多孔纳米复合金属氧化物的制备及其低温催化降解UP-POPs机理研究

Polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans, polychlorinated biphenyls, polychlorinated naphthalenes and hexachlorobenzene could be unintentionally produced and released during many industrial processes, and often termed as unintentionally produced persistent organic pollutants (UP-POPs). Since municipal solid waste incineration is an important potential source of UP-POPs emission, it is urgent to reduce or eliminate emissions of UP-POPs in this industry. Catalytic degradation is an effective technique for UP-POPs control because it can decompose POPs completely. This project aims to design and synthesis a new type of catalyst derived from MOFs for degradation of UP-POPs at low-temperature; investigate the influence of reaction conditions and preparation conditions on the structure, properties of catalyst. UP-POPs are selected as the target contaminants, then the effect of reaction conditions on catalytic degradation efficiency is studied, and the catalytic activity, morphological changes, degradation products distribution in the degradation of UP-POPs are investigated, and the mechanism is clarified.

二恶英、多氯联苯、多氯萘、六氯苯等持久性有机污染物在许多工业过程中非故意产生，称之为非故意产生的持久性有机污染物（UP-POPs）。鉴于生活垃圾焚烧行业是潜在的UP-POPs重要排放源，需要开发适宜的减排控制技术。催化降解技术能够实现烟气中UP-POPs在温和条件下的有效去除。因此，本项目旨在设计开发一种新型低温催化材料——基于MOFs衍生的多孔纳米复合金属氧化物，将其应用于低温催化降解UP-POPs中，探讨制备工艺对产物结构及催化性能的影响；考察不同反应条件对低温催化降解效率的影响，研究低温催化反应过程中催化剂的催化活性、形态变化，及反应产物分布规律，并依此为根据阐明低温催化反应机理，为垃圾焚烧过程污染物减排控制提供新材料和新方法，为消除我国目前所面临的POPs废物的环境危害，履行国际公约提供最佳的可行技术。

包括二恶英、多氯联苯、六氯苯等多种氯代芳构化合物在内的持久性有机污染物在许多工业过程中非故意产生，称之为非故意产生的持久性有机污染物（UP-POPs）。鉴于生活垃圾焚烧行业是潜在的UP-POPs重要排放源，需要开发适宜的减排控制技术。催化降解技术能够实现烟气中UP-POPs在温和条件下的有效去除。在本项目中，设计开发了基于Ce/MOF的系列复合新型低温催化材料。采用溶剂热法合成出掺杂不同Ce含量的双金属锆基MOF，探索了该催化材料的物理特性及其在低温下对UP-POPs降解的催化活性。以氯代芳构化合物为模型化合物，通过改变反应温度，气体氛围，催化剂用量等参数对催化剂低温催化性能进行评价。其中，Ce0.2Zr0.8/UiO-66 在低温下表现出对氯代芳构化合物较高的催化降解效率，同时形成的二恶英较少。本项目还以负载Cu2+的Ce-BTC为前驱体，通过煅烧制备出一种介孔双金属氧化物CuO@CeO2催化材料，该金属氧化物具有较大比表面积和孔径，当CuO摩尔百分含量为25%时，CuO@CeO2催化材料具有较高的低温催化活性，且循环使用六次之后催化效率仍然可达90%以上。该材料还表现出一定氧化活性和抗水性。通过本项目研究发现，金属有机骨架化合物或以金属有机骨架化合物为前驱体制备的纳米金属氧化物，均具有多孔结构和大的比表面积的结构特征，相比于其他材料其活性组分分散更均匀，促进了反应物分子的吸附和活化，有利于污染物的降解。同时研究还发现，铈同其他元素的协同作用，可以改善催化材料的氧化还原性能，加速氧和氯的迁移，从而提高催化剂的催化降解效率。本项目进一步探讨制备低温催化反应过程中催化剂的催化活性、形态变化，及反应产物分布规律，并以此为根据阐明低温催化反应机理。本项目不仅拓宽了MOFs材料的应用领域，而且为垃圾焚烧过程污染物减排控制提供新材料和新方法，为消除我国目前所面临的POPs废物的环境危害，履行国际公约提供最佳的可行技术。