城市環境所在磁熱降解揮發性有機污染物研究中獲進展

　　甲苯是一種典型的揮發性有機污染物（VOCs），對環境保護和人類健康造成了威脅。在眾多VOCs控制技術中，催化氧化法因處理效率高、凈化徹底，被認為是最具前景的凈化技術之一。有研究提出，在VOCs實際工程應用中，通過配備熱交換器、電熱棒加熱、氣流橫膈膜以及保溫蓋板等手段來減小能量損耗。而傳統電阻加熱或燃料燃燒加熱模式會造成熱量的大量流失，并存在啟停較慢、傳熱效率低等問題。既往研究提出，鐵磁性材料耦合電磁感應以實現間歇源VOCs污染控制，同時，磁能通過鐵磁性載體材料轉化為熱能，由內而外傳遞能量，最大限度地降低了能量的損耗。除了節能與操作簡單以外，相比較傳統電阻爐加熱而言，催化劑在交變磁場中只需更低的溫度來活化反應物，但少有研究闡釋電磁感應的促進效應。此前報道表明，錳氧化物和Pt活性位點通過物理涂附與載體結合，缺乏結構連接緊密性，導致活性無明顯差異。

　　本研究為了增強泡沫鎳和載體之間的相互作用，運用電沉積法制備了泡沫鎳上原位生長氧化錳片形成Mnx-NF整體式催化劑，篩選出錳含量為18.2%的Mn18.2-NF作為電磁感應驅動的最佳材料，結合電磁感應下的相關表征證明了交變磁場誘導的集膚效應有利于氧化物質的活化，實現了低溫下更優異的甲苯氧化性能；結構和化學性質表征證明交變磁場誘導的“集膚效應”利于氣相氧的活化，促進中間產物的轉化，從而提升了MnOx對甲苯的催化氧化活性。該工作探討了“集膚效應”對非貴金屬氧化體系的促進效應，有助于推動電磁感應技術在環境領域的進一步發展和應用。

　　近日，中國科學院城市環境研究所賈宏鵬研究團隊在《環境科學與技術》（Environmental Science & Technology）上，發表了題為Monolithic Catalyst of Ni Foam-supported MnOx for Boosting Magnetocaloric Oxidation of Toluene的研究成果。研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會、福建省中國科學院STS項目的支持。

交變磁場通過“集膚效應”促進甲苯降解示意圖