[发明专利]全湿度范围高效降解臭氧的Mn-MOF催化剂及其膜材料的制备

说明书

本发明属于纳米材料和配位化学的交叉领域，公开了一种全湿度范围下高效降解Osubgt;3/subgt;的催化剂及其制备方法。其是一种以Mnsubgt;3/subgt;(μsubgt;3/subgt;‑OH)subgt;2/subgt;(Hsubgt;2/subgt;O)subgt;4/subgt;为节点通过有机配体桥连形成的多孔配位聚合物，化学式是：[Mnsubgt;3/subgt;(OH)subgt;2/subgt;(TTPE)(Hsubgt;2/subgt;O)subgt;4/subgt;]·2Hsubgt;2/subgt;O（ZZU‑281）。得益于ZZU‑281发达的孔道结构以及Mnsubgt;3/subgt;(μsubgt;3/subgt;‑OH)subgt;2/subgt;(Hsubgt;2/subgt;O)subgt;4/subgt;节点可以完成有害气体分子臭氧的快速捕获，传质实现臭氧分子在不同湿度条件（5%≤RH≤90%）下的快速降解。解决了传统催化剂在高湿度条件下由于金属位点暴露而造成的失活问题。同时，借助具有精确原子结构的ZZU‑281作为理论计算模型，有利于臭氧降解机理的研究。通过静电纺丝技术将ZZU‑281加工成可实际应用的柔性膜，可以实现多种臭氧防护材料的制备和加工。这为高效臭氧催化剂的制备以及臭氧防护材料的制备提供了借鉴。

技术领域

本发明属于纳米材料和配位化学的交叉领域，具体涉及一种新型的、全湿度范围下高效降解O₃的催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，随着经济的快速发展和全球工业化进程的加快，地面臭氧污染问题日趋严重。一般地表附近的室外O₃污染物主要来源于太阳辐射驱动下挥发性有机化合物(VOCs)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO_x)之间的光化学反应。室内O₃的排放是由一些现代家用设备，如复印机、激光打印机、紫外线消毒造成的。此外，O₃作为强氧化剂广泛应用于粮仓、医院、污水处理厂等仍含有大量残余O₃的地方。即使是低浓度的O₃，长期接触也会导致呼吸系统疾病的发生，如哮喘、心肺疾病、心血管疾病和过早死亡。因此，为了公众健康和整个生态系统，消除地表O₃是当务之急，尤其是室内的O₃污染。

相比于其他的传统方法，通过气固催化将O₃降解为O₂是一个更经济环保、绿色高效的方法。传统的降解O₃催化剂中，贵金属(Au、Pt、Ag、Ru)催化剂成本高，限制了这类催化剂的广泛应用。而过渡金属(Mn、Ni、Co、Cu、Ce)氧化物构建的催化剂效率低，同时，传统的催化剂依靠金属活性中心来完成O₃的降解，而催化过程中裸露的活性金属位点，很容易被空气中的其他物质，特别是水分子占据，因此在高湿度条件下容易失活，限制了催化剂在实际应用中不同湿度条件下的O₃降解效率。金属有机框架材料(MOFs)由于其独特的、可调谐的多孔结构和功能位点，在各种催化反应中显示出独特的优势。最近，有报道称，MIL-100(Fe)在RH≥40％的条件下具有很高的除O₃效率，而当RH≤40％时，MIL-100(Fe)就不再起作用，这说明水的存在有利于O₃的分解。因此，合理设计的MOFs结构可以满足在各种条件下高效分解O₃，但这是一个巨大的挑战。

发明内容

为开发新型、高效的可实际应用的降解臭氧催化剂，本发明的目的在于提供一种全湿度范围下可高效降解O₃的新型催化剂，解决传统催化剂催化活性低以及在高湿度条件下催化易失活问题；另一目的在于提供其制备方法。