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二氧化锰超薄纳米带催化分解室内空气中乙酸的研究

MnO2；超薄纳米带；热催化；VOCs

摘要： 近年来，室内空气质量差导致的人身健康问题显著增加，引起了人们对室内环保的关注和重视。在对来自办公室、家庭和学校的多份空气样本研究表明乙酸是室内空气中常见的气态污染物，同时也是浓度和释放速率最高的有机酸污染物（50ppb，61 mg/h）。挥发性有机酸的来源分为三大类：室外空气、室内建筑材料和家具以及人类。乙酸的嗅味阈值低（5.6-136 ppb)，微量的乙酸就会让人产生刺激感，在新修建的房屋内空气中乙酸的浓度可高达117 ppb，长期接触会对人体健康造成不良影响，如引起刺激、恶心和疲劳，严重时会出现皮肤疾病和眼部组织损伤等。由此可见，必须采取措施控制和去除室内空气中的乙酸。利用表面活性剂和强无机酸作用通过二步法合成了δ-MnO₂超薄纳米带材料并实现可控调节。如图1、2所示，超薄纳米带相互交织形成空隙为低浓度乙酸提供了良好的传输通道并进一步增加材料的比表面积和缺陷量，提高了材料的吸附转化容量；同时，调控暴露高活性{001}晶面，增加MnO₂活性位，有利于促进低浓度乙酸的分子扩散，进一步提高催化和传质效率。研究表明在室温、50%RH时，对乙酸的去除率即可达到100%（1 ppm，GHSV：60 Lg^-1h^-1），对乙酸的吸附容量为20.84 mg/g（1.23 ppm，GHSV：300 Lg^-1h^-1），在140 ℃时完全转化为CO₂（1 ppm，GHSV：60 Lg^-1h^-1），表现出良好的抗湿性、使用寿命和再生能力（图3）。通过MnO₂超薄纳米带的材料构建、结构调控，探讨了MnO₂材料结构与催化分解乙酸性能间关系，对发展经济高效的低温VOCs分解材料具有重要的科学意义和实用价值。 

关键词：MnO₂；超薄纳米带；热催化；VOCs