摘要
挥发性有机污染物（VOCs）对生态环境和人类健康的严重危害已引起世界各国的广泛关注。目前最有前景的VOCs治理技术为催化氧化技术，但仍存在催化剂成形性差、反应温度较高以及高温下催化剂易失活等问题。本研究从热力学及动力学角度分析了VOCs常温催化氧化的可行性，并选用应用广泛的乙酸乙酯作为VOCs模型分子，构建氮掺杂活性炭负载的Ni成型催化剂（Ni/NAC）对其进行环境条件下的常温催化氧化，通过关联催化剂微观结构及催化氧化活性探究其构效关系及乙酸乙酯常温降解机理。 使用浸渍一锅法制备催化剂，对金属活性位种类、热解程序、制备方法、氮源、各组分含量及退火温度等制备条件进行优化后制得最优催化剂Ni/NAC-900。在反应温度25℃，乙酸乙酯初始浓度540mg·m-3，相对湿度18%，反应空速5000h-1的条件下，Ni/NAC-900可以在56.5h内保持90%以上的乙酸乙酯去除率。 Raman、FTIR及O1s的高分辨率XPS光谱表明Ni/NAC-900具有丰富的缺陷和表面吸附氧。XRD、SEM、TEM和AC-HAADF-STEM证实了Ni单原子与NPs共存的结构。C1s、N1s和Ni2p的高分辨率XPS光谱表明，大多数Ni物种以Ni-NC配位的单原子形式（1.38wt%）存在，很少一部分以NiNPs的形式（0.12wt%）存在。结合表征结果与性能评价得出催化剂发达的孔结构和较大的比表面积，丰富的缺陷、表面吸附氧物种以及Ni-NC单原子位点有利于乙酸乙酯常温催化氧化反应的进行。 中毒和溶解实验表明Ni-NC单原子位点为乙酸乙酯常温催化氧化反应的活性位点。尾气的气相色谱结果显示反应的CO2选择性为67.15%，原位FTIR检测到了反应中间产物，EPR测得气相反应体系中存在·OH和R·。综上推测乙酸乙酯在Ni/NAC-900上常温催化氧化的反应机理：空气中的O2和H2O吸附在Ni/NAC-900表面并被活化产生·OH，在·OH的强氧化作用下，乙酸乙酯最终被氧化为CO2和H2O。·OH也会攻击烷基的C-H键形成R·，生成的R·则进一步与空气中的O2结合形成·OH起到一定的补充作用。催化剂的表面吸附氧也参与了乙酸乙酯的常温催化氧化反应，并通过空气中的H2O和O2在催化剂表面缺陷的活化下得以补充。
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