臭氧催化案例：pH 调控 MnO₂制备与臭氧分解研究

pH 调控 MnO₂制备与臭氧分解研究

二氧化锰催化剂是公认的在室温下进行臭氧分解的高效材料。然而，传统的制备方法，如水热法，通常需要临界条件（100-200◦C， 6-48小时）。

此外，所制备的催化剂几乎是粉末，这使得它们难以作为整体催化剂应用。在这项工作中，开发了一种在环境条件下原位制备具有不同晶相（α，非晶和δ）的二氧化锰的简单ph调节方法。XRD分析表明，当pH值从13降低到3时，相变由δ-MnO2逐渐转变为无定形MnO2，而在pH = 1.5时则出现α-相。XPS和O2-TPD结合结果表明，无定形MnO2具有最低的平均氧化态（AOS）和最高的氧空位浓度。

Bian Haoran 团队通过 pH 调控法在常温下制备不同晶型 MnO₂（α、δ、无定形），用于臭氧分解实验。实验采用北京同林 UV-M2 型低压紫外线臭氧发生器产生臭氧，搭配 2B Technologies 106L 型臭氧分析仪监测浓度，控制进气臭氧浓度 40±1ppm，气体总流量 1L/min，重量空速（WHSV）600,000mL・g⁻¹・h⁻¹，在固定床反应器（内径 4mm）中填入 0.1g 催化剂（40-60 目）与 0.45g 石英砂混合床层，25℃下考察不同湿度（0%-90%）对催化性能的影响。

结果显示，无定形 MnO₂（Cat.2）性能最优，90% 相对湿度下 6h 臭氧去除率仍达 92%，80h 连续实验去除率维持 91%。In-situ DRIFTS 实验证实其表面羟基积累少，抗水性强；BET 分析表明其比表面积达 215.6m²/g，显著高于 α-MnO₂（68.8m²/g）与 δ-MnO₂（133.6m²/g）；XPS 与 O₂-TPD 分析显示其 Mn 平均氧化态最低（3.40），氧空位浓度最高，氧迁移能力强。将该制备方法应用于堇青石蜂窝载体（CHC），制成 a-MnO₂/CHC 整体式催化剂，在 400±30ppb 低浓度臭氧、1m/s 气流速度条件下，60h 内保持 60% 去除率，为臭氧净化设备开发提供新思路。

https://doi.org/10.3390/catal15030290