章玲君　王敬蕊

摘 要 過渡金屬氧化物催化氧化法是一種具有實(shí)用價值的甲醛去除方法，其中以MnO2催化劑性能最佳。本文介紹了MnO2催化劑的發(fā)展?fàn)顩r，包括反應(yīng)機(jī)理及各種影響因素對研究思路的影響，提出了可行的研究方向和對實(shí)際應(yīng)用的展望。

關(guān)鍵詞 甲醛 催化氧化 MnO2

中圖分類號：TQ426 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

甲醛是主要的室內(nèi)空氣污染物之一，長期接觸甲醛會對人的身體健康造成嚴(yán)重的損害。在現(xiàn)有的去除室內(nèi)甲醛的技術(shù)研究中，過渡金屬氧化物催化氧化法可將甲醛通過催化劑氧化成H2O和CO2，其具有去除效率高、成本低、設(shè)備簡單、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，因而受到廣泛關(guān)注。在現(xiàn)有的過渡金屬氧化物催化劑中，以錳系氧化物的性能最佳。

在較早的研究中，研究者通過控制反應(yīng)條件，制備了軟錳礦、隱鉀錳礦、水鈉錳礦、斜方錳礦等各種晶型的錳氧化物，比較發(fā)現(xiàn)其中隱鉀錳礦型氧化錳（K-OMS-2）的催化性能最好。隱鉀錳礦型氧化錳具有納米管狀結(jié)構(gòu)，研究者認(rèn)為其良好的催化性能是源自于其孔徑尺寸與甲醛分子大小相當(dāng)。H. Tian等改進(jìn)了制備方法，通過簡單低溫的條件制備出K-OMS-2，在100 ℃下達(dá)到了64%的甲醛降解率。之后M.A. Sidheswaran等人制備的復(fù)合晶型MnO2在室溫及接近室內(nèi)空氣流速的測試下達(dá)到了80%的甲醛降解率。隨著研究的深入和制備條件的優(yōu)化，具有更高比表面積的水鈉錳礦型MnO2表現(xiàn)出更好的性能。J.H. Zhang等人制備的水鈉錳礦型氧化錳在80 ℃下可以將甲醛完全轉(zhuǎn)換為CO2。而J.L. Wang等人通過KMnO4與草酸銨反應(yīng)制備的水鈉錳礦型氧化錳在室溫下通過一段時間反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)對甲醛的完全降解，并且探究了空氣濕度和層間陽離子對催化性能的影響。

很顯然，催化氧化法需要一定的反應(yīng)溫度才能發(fā)揮效果。而對于過渡金屬催化劑本身，其性能受到多種方面的影響，其中比表面積和表面缺陷的影響最大。在目前比較公認(rèn)的反應(yīng)機(jī)理是：由催化劑表面產(chǎn)生的具有氧化性的活性基團(tuán)將甲醛分子氧化為甲酸鹽，而后進(jìn)一步分解為H2O和CO2。因此，高的比表面積可以提供更多的與甲醛分子的接觸機(jī)會，而表面缺陷可以促進(jìn)產(chǎn)生活性基團(tuán)，提供活性位點(diǎn)。近年來，研究者在此思路的基礎(chǔ)上，采取了多種方法來提高M(jìn)nO2催化劑的性能。K. Kai等人在室溫下合成出超薄MnO2納米片，具有超高的比表面積。在此基礎(chǔ)上，S.P. Rong等人將MnO2納米片負(fù)載于PET纖維上，還將MnO2納米片與MnO2納米線混合組合成3D結(jié)構(gòu)，均獲得了良好的室溫催化性能。J.L. Wang等人探究了Mn空位對水鈉錳礦型MnO2性能的影響，證實(shí)了Mn空位等缺陷對產(chǎn)生活性基團(tuán)的重要性。L. Zhua與J.L. Wang等人通過在水鈉錳礦MnO2中摻雜Ce，提高了缺陷含量，增強(qiáng)了與O2的結(jié)合能力，也提高了比表面積。J.L. Wang還借助TBAOH，合成了具有表面凹坑結(jié)構(gòu)的層狀水鈉錳礦MnO2，提高了比表面積，并且在凹坑邊緣制造了大量的缺陷，思路非常巧妙。

綜上所述，近幾年來隨著對以水鈉錳礦型為主的MnO2熱催化材料的研究的開展，其制備工藝和材料結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，熱催化性能不斷得到提高，已經(jīng)具有在室溫下應(yīng)用的潛力。然而想要真正的投入實(shí)際應(yīng)用中，還有一些問題需要解決。首先研究的催化材料多為納米粉體，難以固定，飄撒后會造成二次污染。將MnO2 負(fù)載于PET纖維等材料表面，提供了一種可行的思路。另外想要將其投入工業(yè)生產(chǎn)，就需要盡可能簡化工藝，節(jié)約成本。如今MnO2催化材料的反應(yīng)機(jī)理不斷完善，性能不斷提高，相信具有低成本、高性能、可應(yīng)用的降解甲醛的MnO2材料不久就可以應(yīng)用于生活中。

基金項(xiàng)目：經(jīng)費(fèi)來源：王偉明助創(chuàng)基金（2017002）。

通信作者：王敬蕊（1979—），女，河南鄭州人，工學(xué)博士，講師，主要從事半導(dǎo)體材料與器件的制備與表征。

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