pH 調控 MnO?制備與臭氧分解研究

二氧化錳催化劑是公認的在室溫下進行臭氧分解的高效材料。然而，傳統的制備方法，如水熱法，通常需要臨界條件（100-200?C， 6-48小時）。

此外，所制備的催化劑幾乎是粉末，這使得它們難以作為整體催化劑應用。在這項工作中，開發了一種在環境條件下原位制備具有不同晶相（α，非晶和δ）的二氧化錳的簡單ph調節方法。XRD分析表明，當pH值從13降低到3時，相變由δ-MnO2逐漸轉變為無定形MnO2，而在pH = 1.5時則出現α-相。XPS和O2-TPD結合結果表明，無定形MnO2具有最低的平均氧化態（AOS）和最高的氧空位濃度。

Bian Haoran 團隊通過 pH 調控法在常溫下制備不同晶型 MnO?（α、δ、無定形），用于臭氧分解實驗。實驗采用北京同林 UV-M2 型低壓紫外線臭氧發生器產生臭氧，搭配 2B Technologies 106L 型臭氧分析儀監測濃度，控制進氣臭氧濃度 40±1ppm，氣體總流量 1L/min，重量空速（WHSV）600,000mL?g?1?h?1，在固定床反應器（內徑 4mm）中填入 0.1g 催化劑（40-60 目）與 0.45g 石英砂混合床層，25℃下考察不同濕度（0%-90%）對催化性能的影響。

結果顯示，無定形 MnO?（Cat.2）性能最優，90% 相對濕度下 6h 臭氧去除率仍達 92%，80h 連續實驗去除率維持 91%。In-situ DRIFTS 實驗證實其表面羥基積累少，抗水性強；BET 分析表明其比表面積達 215.6m2/g，顯著高于 α-MnO?（68.8m2/g）與 δ-MnO?（133.6m2/g）；XPS 與 O?-TPD 分析顯示其 Mn 平均氧化態最低（3.40），氧空位濃度最高，氧遷移能力強。將該制備方法應用于堇青石蜂窩載體（CHC），制成 a-MnO?/CHC 整體式催化劑，在 400±30ppb 低濃度臭氧、1m/s 氣流速度條件下，60h 內保持 60% 去除率，為臭氧凈化設備開發提供新思路。

https://doi.org/10.3390/catal15030290