Catalytic Ozonation of Polluter Benzene from −20 to >50 °C with High Conversion Efficiency and Selectivity on Mullite YMn2O5

莫来石 催化作用 化学 选择性 矿物学 有机化学 陶瓷
作者
Xiang Wan,Kai Shi,Huan Li,Fangxie Shen,Shan Gao,Xiangmei Duan,Shen Zhang,Chunning Zhao,Meng Yu,Ruiting Hao,Weifang Li,Gen Wang,Maria Peressi,Yinchang Feng,Weichao Wang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (22): 8435-8445 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c01557
摘要

Catalytic decomposition of aromatic polluters at room temperature represents a green route for air purification but is currently challenged by the difficulty of generating reactive oxygen species (ROS) on catalysts. Herein, we develop a mullite catalyst YMn2O5 (YMO) with dual active sites of Mn3+ and Mn4+ and use ozone to produce a highly reactive O* upon YMO. Such a strong oxidant species on YMO shows complete removal of benzene from −20 to >50 °C with a high COx selectivity (>90%) through the generated reactive species O* on the catalyst surface (60 000 mL g–1 h–1). Although the accumulation of water and intermediates gradually lowers the reaction rate after 8 h at 25 °C, a simple treatment by ozone purging or drying in the ambient environment regenerates the catalyst. Importantly, when the temperature increases to 50 °C, the catalytic performance remains 100% conversion without any degradation for 30 h. Experiments and theoretical calculations show that such a superior performance stems from the unique coordination environment, which ensures high generation of ROS and adsorption of aromatics. Mullite's catalytic ozonation degradation of total volatile organic compounds (TVOC) is applied in a home-developed air cleaner, resulting in high efficiency of benzene removal. This work provides insights into the design of catalysts to decompose highly stable organic polluters.
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