摘要
挥发性有机化合物（VOCs）的排放量随着中国工业化的极速发展而上升。VOCs是O3和PM2.5的前驱体，对环境和人体健康影响巨大。当前，大气污染问题已引起高度重视，我国针对VOCs大气污染问题陆续出台了相关政策。并在“十四五”期间，将VOCs列为全国重点治理大气污染物质之一。在工业末端VOCs的排放标准严控下，降解VOCs具有更重要的现实意义。 催化氧化法具有低温、低耗、高效等优点，能将VOCs降解为无害的CO2和H2O，受到了工业广泛应用。催化剂中非贵金属价格低廉、来源广泛、抗中毒能力强，具有较好的应用和研究前景。其中，Mn具有多种可变价态（+2、+3、+4），能够被多种阳离子（Cu2+、Co2+、Ni2+、Ce4+等）修饰，具有较高的氧化还原能力和氧气储存能力，对降解VOCs表现出较好的催化活性。因此，本论文以Mn、Cu为主要研究对象，强化Mn、Cu之间的协同作用，探究Cu的掺入对Mn结构的改变，增强电子传输的有效调节，阐述催化剂氧化VOCs的机制。 首先，水热法制备了MnCu0.5、MnCu0.5Ce0.5、MnCe0.5复合氧化物，对其进行了活性、重复使用和稳定性测试，随后进行了XRD、TEM、XPS等表征。研究发现，MnCu0.5催化剂当温度达到195℃时，转化率达到86.13%，而MnCu0.5Ce0.5及MnCe0.5催化剂转化率仅为不到20%，催化剂活性依次为MnCu0.5＞MnCu0.5Ce0.5＞MnCe0.5。MnCu0.5催化剂活性相对较高，MnCu0.5为尖晶石结构，具有丰富的Cu+、Mn3+活性物种，Cu掺入Mn结构中，增加了催化剂表面的氧空位，进而提高了吸附氧量。Mn与Cu的协同作用，提高了甲苯吸附后电子的转移，使其更快速的完成甲苯、Mn、Cu、O2之间的电子转移，以及自身的电子循环。 其次，为了进一步研究Mn与Cu之间的协同作用，采用共沉淀法、H2O2还原法和水热法制备了MnCu0.5-C、MnCu0.5-HO和MnCu0.5催化剂。随后进行了活性、重复使用和稳定性测试，以及XRD、TEM、XPS等表征。研究结果发现，MnCu0.5-C、MnCu0.5-HO和MnCu0.5三种催化剂转化率达到100%时，其温度分别为230℃、210℃、200℃，催化剂活性依次为MnCu0.5＞MnCu0.5-HO＞MnCu0.5-C。水热法制备的MnCu0.5催化剂具有较高活性、稳定性和重复实用性，这是由于Cu掺入到了Mn的晶格，晶格占位产生的相互作用更强，其中的Cu+、Mn3+活性物种含量更高。甲苯消除过程中，吸附、产生中间物种、脱附等关键步骤均受到氧空位中吸附氧的影响。Cu掺入到Mn结构中，增加了氧空位，提高了吸附氧量，从而促进了甲苯的消除效率。
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