清華大學張彭義J. Hazard. Mater.：大孔MnO2基氣凝膠與纖維素納米纖維交聯可在潮濕

DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.124793

大氣臭氧污染受到世界各國的高度關注，尋找具有良好耐濕性的實用臭氧分解催化劑是一項巨大的挑戰。在此，以纖維素納米纖維為原料，采用簡單的冰模板法以及隨后的冷凍干燥制備了輕質且具有高孔隙率的MnO2基雜化氣凝膠。在三維框架中，纖維素納米纖維充當分散MnO2顆粒的骨架，從而提高了MnO2上活性位點的暴露。XPS、1H NMR和ATR-FTIR表明MnO2顆粒通過氫鍵與纖維素納米纖維有效結合，氫鍵源自兩種組分表面豐富的羥基。這些消耗的MnO2表面羥基不僅減少了水的吸附，而且避免了與臭氧反應生成表面吸附的H2O，從而減輕了催化劑的失活。另外，這種相互連接的大孔結構能夠使臭氧分子快速擴散并促進水分子的通過，有利于臭氧在活性位點即表面氧空位上的吸附和分解。因此，在室溫、相對濕度為50％，空速為600 L·g-1·h-1的條件下，150ppb O3在10天內可獲得較高且穩定的臭氧轉化率。

圖1.CM雜化氣凝膠的合成過程示意圖。

圖2.所有CM雜化氣凝膠、MnO2和CA的XRD圖譜。

圖3.（a）MnO2，（b）CA和（c，d）CM-75的SEM圖像。

圖4.合成樣品的孔徑分布：（a）CA、CM-75和MnO2的N2吸附-解吸結果；（b）CM-75的水銀孔隙度測量結果。

圖5.CM-75、MnO2和CA的XPS光譜：（a）全掃描，（b）Mn2p，（c）Mn3s和（d）O1s。

圖6.CM-75和MnO2的1H MAS NMR光譜。

圖7.（a）CA、CM-75和MnO2的ATR-FTIR圖；（b）CNFs和MnO2之間的結合示意圖；（c）通過TG分析測得的MnO2和CM-75的水吸附曲線；（d）25℃下MnO2和CM-75的水蒸氣吸附等溫線。

圖8.（a）所有CM雜化氣凝膠、MnO2和CA的臭氧分解性能（O3：25ppm，RH=50％，T：25℃，WHVS：600 L·g-1·h-1）；（b）MnO2和CM-75在轉換相對濕度下分解臭氧的性能（O3：25ppm，T：25℃，WHVS：600 L·g-1·h-1）；（c）CM-75對低濃度臭氧分解的延長催化活性（O3：150ppb，RH=50％，T：室溫，WHVS：600 L·g-1·h-1）。