钌修饰CoCr/WNb催化剂实现低温高效降解二氯甲烷的机理研究

针对氯代挥发性有机物(CVOCs)低温催化燃烧效率不足的问题，南京工业大学团队设计开发了Ru改性CoCr/WNb催化剂体系。研究表明，Ru4+物种的引入促进电荷转移并增强酸性位点，使二氯甲烷(DCM)在250℃实现90%转化率，CO2矿化率显著提升且氯代副产物减少，为CVOCs深度净化提供了新策略。

　　

【研究背景】
氯代挥发性有机物(CVOCs)作为工业溶剂和制冷剂的主要成分，不仅是破坏臭氧层的元凶，更被证实具有强致癌性。传统高温焚烧法处理这类"环境杀手"需要消耗大量能源，还会产生更毒的二噁英类物质。催化燃烧技术虽能在较低温度下将CVOCs转化为无害的CO₂和H₂O，但现有催化剂面临两大难题：分子筛催化剂低温活性差，贵金属催化剂又易被氯毒化。特别是含两个氯原子的二氯甲烷(DCM)，其C-Cl键能高达339 kJ/mol，更需要开发兼具强氧化还原能力和抗氯毒化的新型催化剂。

【研究方法】
南京工业大学研究团队采用抗坏血酸螯合浸渍法制备了不同Ru负载量的xRuCoCr/WNb催化剂，通过XRD、XPS、H₂-TPR、NH₃-TPD等技术表征材料结构，在固定床反应器评价DCM催化性能，并结合原位DRIFTS解析反应机理。

【研究结果】

1. 催化剂制备与结构特性
   通过XRD证实WNb载体与活性组分形成非晶结构，XPS显示Ru引入促使Co²⁺/Co³⁺和Cr³⁺/Cr⁶⁺氧化还原对共存，产生高活性Ru⁴⁺物种。H₂-TPR证明1.5RuCoCr/WNb的还原峰温度较未改性催化剂降低47℃，表明Ru显著提升低温氧化能力。

2. 表面酸性及氧物种分析
   NH₃-TPD显示Ru引入使强酸位点增加2.3倍，O_1s分峰证实化学吸附氧比例从38.7%提升至52.4%。这种"双功能调控"既促进DCM分子C-Cl键断裂，又加速中间产物的深度氧化。

3. 催化性能评价
   1.5RuCoCr/WNb在250℃实现DCM的90%转化(T₉₀)，比未改性催化剂降低85℃。CO选择性仅6.9%，氯苯等副产物生成量减少72%，连续反应100小时活性保持率＞95%。

4. 反应机理推测
   原位红外表明DCM首先在Lewis酸位点吸附解离为CH₂O和Cl物种，Ru-O-Co活性中心促进晶格氧迁移，最终将含碳中间体彻底矿化为CO₂，同时通过Deacon反应(4HCl + O₂ → 2Cl₂ + 2H₂O)实现氯元素脱附。

【研究意义】
该研究通过精准构建Ru-O-Co-Cr多金属协同体系，突破CVOCs催化燃烧中"低温活性"与"抗氯中毒"难以兼得的技术瓶颈。1.5%Ru改性使催化剂兼具分子筛的酸性优势和贵金属的氧化特性，为开发工业级CVOCs净化催化剂提供理论指导，相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。