Alkali-modified copper manganite spinel for room temperature catalytic oxidation of formaldehyde in air

초록

甲醛(FA)作为一种有致癌风险的有害污染物, 在室内环境中普遍存在. 为了高效去除甲醛, 催化氧化技术成为了一种既经济又节能的选择, 它不仅能降低材料成本(例如避免使用贵金属), 也能在无光和室温的条件下进行. 本文制备了一种成本效益高的碱改性锰酸铜尖晶石(CuMn2O4)催化剂, 并用于甲醛催化氧化反应中. 实验结果表明, 采用碱(1 mol L‒1 氢氧化钾)改性的CuMn2O4 (1-CuMn2O4)作为催化剂, 在室温条件下, 当甲醛浓度为50 ppm, 气体空速为 4777 h‒1 时, 甲醛转化率(XFA)达到100%; 此外, 在甲醛转化率为10%时, 其稳态反应速率达到了8.18 × 10‒2 mmol g‒1 h‒1 . 原 位漫反射红外傅立叶变换光谱结果表明, 在催化剂的作用下, 甲醛分子经过二氧亚甲基和甲酸酯中间体的转化, 最终被氧 化为水和二氧化碳. 进一步结合密度泛函理论模拟发现, 1-CuMn2O4具有较高的催化氧化甲醛性能, 可归因于甲醛分子更牢固地吸附在1-CuMn2O4表面, 甲醛吸附所需的能量较低, 以及最终产物从催化剂表面脱附所需的能量也较低的综合效应. 本研究为在无光和室温条件下, 高效去除空气中甲醛提供了新型高效、成本效益高且无需贵金属的催化剂, 从而为室内空气净化提供了新的科学见解.

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