1. 研究目的与意义
挥发性有机物(VOCs)是生成臭氧和二次有机气溶胶的重要前体物,会对生态环境和人类健康造成严重影响。常见的VOCs控制技术有冷凝法、吸收法、吸附法、低温等离子体法、光催化法、焚烧法、催化氧化法等。催化氧化技术因其能耗低、效率高、无二次污染以及能在相对低温下将有机物转换为二氧化碳和水等优势成为最具应用前景的VOCs处理技术之。催化氧化技术的核心是高效催化剂的研发，目前常用的催化剂有:贵金属催化剂, 如Au、Pd、Pt、 Rh、 Ru等;过渡金属催化剂，如Mn、Co、Cr、Fe、Ni、Cu 等;以及复合金属氧化物催化剂。贵金属催化剂活性高，反应温度低，稳定性好，但价格昂贵，高温易烧结，抗硫中毒能力较差。过渡金属催化剂价格低廉，有较高的稳定性和良好的抗中毒能力，因此受到广泛关注。
VOCs是指常温下饱和蒸汽压大于70.91 Pa、标准大气压101.3k Pa下沸点在50～260℃以下且初馏点等于250℃的有机化合物，或在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体。VOCs的来源主要有天然和人为两种，天然来源主要是由火山喷发、植物释放和森林或草原火灾等引起的，主要排放物质是单萜烯和异戊二烯。我们常见的来源主要为人为排放源，大气中最主要的VOCs人为排放源可分为工业过程、交通运输、溶剂利用、生物质燃烧和化石燃料燃烧等部分，其中工业过程排放量最大。VOCs的化学成分较复杂，主要包括烷烃、烯烃、芳香烃、卤代烃、含氧烃、氮烃、硫烃、低沸点多环芳烃等，一般带有恶臭、刺激性等特殊气味。如VOCs成分中的甲醛、甲苯等苯类物质，长期与身体接触，会对人类的神经系统、免疫系统、心血管系统以及肝肾等脏器官造成急性或者慢性损伤，如刺激呼吸道、头痛、过敏，严重者甚至会出现器官损伤、神经系统疾病等症状。同时，VOCs对生态环境和动植物的生长也具有很大的破坏性。在太阳光的照射下，VOCs分解成自由基和过氧基，还会与其他大气污染物结合发生快速的化学发应，引发二次污染。因此，对VOCs的防治任务已经迫在眉睫且势在必行。
研究表明，由多种过渡金属形成的复合金属氧化物催化剂通常比单一的金 属氧化物有更好的氧化还原能力。钙钛矿型氧化物催化剂具有成本低、化学组成可控、稳定性高、表面氧空位丰富、氧迁移性灵活等优点,被认为是拥有潜在应用前景的VOCs催化氧化催化剂。在钙钛矿氧化物结构中，A位离子为半径较大的稀土金属元素或碱土金属元素，如La、 Ce等; B位离子为半径较小的过渡金属元素，如Mn、Co、Fe等。其中，A位元素主要起稳定钙钛矿结构，影响B位价态的作用； B位元素决定催化剂活性。
因稀土元素Sm在汽车尾气净化、VOCs去除方面的优异性能而受到广泛关注,同时，Sm具有强储氧能力，能增加催化剂对氧的捕捉过渡金属Mn具有较高的催化活性且锰矿资源丰富。因此，本研究采用溶胶凝胶法制备SmMnO3、SmCoO3钙型氧化物作为催化剂，通过XXRD、FESEM等表征手段对不同催化剂形貌结构其进行表征，探究催化剂形貌结构，以丙二醇甲醚作为典型VOCs,探讨其对丙二醇甲醚的催化氧化性能。 我国VOCs污染防治工作仍处于摸索性前进阶段，存在基础薄弱与标准不完善及环境监管力度不足、控制技术水平低等问题，防治工作形式化，且整体步伐发展缓慢。与此同时，环保等部门机构应当加强协作，本着可持续发展理念，共同研发与利用新型VOCs处理技术，进一步优化有机废气处理成本与效果，从而打破VOCs污染治理瓶颈。
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参考文献： [1]胡静,周家斌,刘丹,张天磊,刘速,孙艺栖.SmMnO_3钙钛矿型氧化物的制备及其催化氧化甲苯性能[J].化工环保,2022,42(02):219-224. [2]张鸿.工业挥发性有机物VOCs的危害及防治措施的对比研究[J].现代工业经济和信息化,2021,11(09):176-177 182. [3] Si, W.; Wang, Y.; Peng, Y.; Li, J. Selectivedissolution of A-site cations in ABO3perovskites: A new pathto high-performance Catalysts[J].Angewandte Chemie InternationalEdition, 2015, 54: 7954-7957. [4] Liu L.; Sun J.; Ding J.; Zhang Y.; Jia J.; Sun T.catalytic oxidation of VOCs over SmMnO3perovskites: catalystsynthesis, change mechanism of active species, and degradation path oftoluene[J].Inorganic Chemistry, 2019, 58(20): 14275-14283. [5] Liu L.; Zhang H.; Jia J.; Sun T.; Sun M. Directmolten polymerization synthesis of highly active samarium manganeseperovskites with different morphologies for VOC removal[J].InorganicChemistry, 2018, 57(14): 8451-8457. [6] Liu L.; Li J.; Zhang H.; Li L.; Zhou P.; Meng X.;Guo M.; Jia J.; Sun T. In situ fabrication of highly active γ-MnO2/SmMnO3catalystfor deep catalytic oxidation of gaseous benzene, ethylbenzene, toluene, ando-xylene[J].Journal of Hazardous Materials, 2019, 362:178-186. [7] Liu L.;Zhang H.; Guo M.;ZhouP.;Min X.;JiaJ.;SunT.. Self-molten-polymerizationsynthesis of highly defected Mn/Sm binary oxides with mesoporous structurefor efficient removal of toluene and chlorobenzene[J].InorganicChemistry Frontiers, 2019, 6: 1158-1169. [8]Sun, P.; Long, Y.; Long, Y.; Cao, S.; Weng,X.; Wu, Z. Deactivation effects of Pb(II) and sulfur dioxide on a γ-MnO2catalystfor combustion of chlorobenzene.Journal of Colloid and InterfaceScienc,2020, 559: 96-104 [9] 王望龙. 锰基金属氧化物催化氧化氯苯类有机物的反应过程与副产物控制研究[D]. 浙江大学, 2019. [10] Jue Hou, Huacheng Zhang, Aaron W. Thornton, AnitaJ. Hill, Huanting Wang, Kristina Konstas. Lithium extraction by emergingmetal–organic framework-based membranes[J].Advanced FunctionalMaterials, 2021, 31(46): 2105991. [11]Zhu, L.; Wang, J.; Rong, S.; Wang, H.; Zhang,P. Cerium modified birnessite-type MnO2for gaseousformaldehyde oxidation at low temperature[J].Applied Catalysis B:Environmental,2017, 211: 212-221. [12]卢娟丽.VOCs废气来源、危害及处理技术研究[J].环境与发展,2018,30(03):97 116.DOI:10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.055. [13]梁志程.VOCs废气危害及处理技术进展[J].化工管理,2020(30):120-121.
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2. 研究内容和问题
基本内容：
1). 利用废旧三元锂电池浸出液制备smmno3
2). 催化剂表面形貌结构表征；
3. 设计方案和技术路线
| 1). 利用溶胶凝胶法制备基于废旧锂电池浸出液的钙钛矿催化剂； 2). 以XRD、FESEM等表征手段对不同催化剂形貌结构其进行表征，探究催化剂形貌结构； 3). 通过气相色谱考察催化剂对催化剂对丙二醇甲醚的催化氧化能力差异。
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4. 研究的条件和基础
经过初步的理论和操作培训，学生已经掌握了与本课题相关一些基础理论与实验仪器操作。在课题开始前已查阅相关的中外文献资料，根据课题设计方案，学生已经开展了初步实验研究。
此外，本项目组具备催化剂的合成和催化性能测试的常规仪器与方法。拥有多套能够进行催化剂合成的成套反应装置；在催化剂活性评价方面，拥有一套评价装置，能够进行常规的催化性能评价。XRD、SEM、TEM、GC-MS等分析仪表征由南通大学化学化工学院提供测试，XPS、Raman、TPR、TPD、DRIFTS等由上海交通大学分析中心提供测试。
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