羰基合成与选择氧化国家重点实验室（OSSO）知识库

    随着人口不断增长和经济快速发展带来的环境污染问题日益严重，尤其是水体的污染不仅对水环境造成一定的破坏同时也危害着人类健康。因此，发展稳定高效的有机废水处理技术就显得日趋紧迫和十分重要。催化湿式氧化技术是一种处理高浓度、难降解的有机废水的先进环保技术。本文以提高催化湿式氧化降解低分子量有机酸的降解效率为出发点，制备了一系列具有高催化活性的催化剂，包括无水乙醇改进的低负载量的Ru/CeO₂催化剂、以CeO₂纳米空心球为载体的Ru/CeO₂和双金属Ru-Mn/CeO₂催化剂、CexMn_1-xO₂复合氧化物纳米球催化剂，并深入探讨了催化剂的理化性质和催化性能之间的有机联系，主要研究成果如下：

    1.研究了用于催化湿式氧化降解丁酸的低负载量Ru/CeO₂催化剂的制备条件和反应条件对催化剂催化活性的影响，重点讨论了无水乙醇改进的Ru/CeO₂-A和Ru/CeO₂两种催化剂的结构和表面性质的差异，阐明了Ru/CeO₂-A催化剂呈现高催化活性的可能原因。即无水乙醇使载体保持良好的结构，活性组分Ru能够在载体的表面很好的分散，且具有较小的粒子尺寸；载体与活性组分之间存在着电子转移使催化剂具有高百分含量的表面氧物种。还考察了两种催化剂的稳定性，无水乙醇改性的Ru/CeO₂-A催化剂稳定性高于Ru/CeO₂催化剂，碳沉积是造成Ru/CeO₂催化剂失活的可能因素。

    2.通过PVP-辅助的混合溶液水热法制备了纳米空心球形貌的CeO₂，并通过制备条件的研究提出了CeO₂纳米空心球的可能形成机理，即Ostwald老化结合自组装的过程。且以CeO₂纳米空心球为载体的低负载量的Ru/CeO₂催化剂对丁酸的催化湿式氧化降解呈现出最高的催化活性，其主要原因是纳米空心球独特的空心结构，使催化剂含有高百分含量的氧空穴物种，有助于氧化反应的进行。

    3.通过一步湿式浸渍法制备了低负载量的Ru-M(Fe、Co、Ni、Cu、Zn和Mn)负载在二氧化铈纳米空心球载体上的双金属催化剂，并通过催化湿式氧化降解丁酸测试其活性，加入Mn助剂的Ru-Mn双金属催化剂呈现出最高的催化活性，在180 °C、0.8 MPa O₂压力下反应2 h，丁酸COD去除率高达96.6%。Ru-Mn/CeO₂催化剂出现高催化活性的原因是金属Mn与金属Ru之间的强相互作用以及电子之间的转移形成了更高百分含量的氧空穴物种，有利于氧化反应的进行。此外，该催化剂对甲酸、苯酚降解也表现出较优异的催化活性，COD为1000 mg/L的甲酸和10000 mg/L的苯酚COD去除率可以高达94.0%和97.0%。但是该催化剂稳定性比较差，容易出现活性组分的流失而导致催化剂失活。

    4.通过PVP辅助的水热法成功了制备一系列具有球形形貌的CexMn_1-xO₂复合氧化物材料，Mn物种被成功的引入到立方萤石相的CeO₂晶格结构中，且Ce/Mn原子比为2/8的Ce_0.2Mn_0.8O₂复合氧化物具有最大的比表面积、最高百分含量的Mn⁴⁺和表面氧物种，对丁酸的催化湿式氧化降解呈现出最高的催化活性，同时对高浓度低分子量有机酸的降解也表现出优异的催化活性。在185 °C、0.9 MPa O₂条件下反应2 h，醋酸（初始COD：9886 mg/L）、丁酸（初始COD：9832 mg/L）以及两者混合酸（初始COD：9886 mg/L）的COD去除率分别高达89.8%、99.5%和99.4%。此外，Ce_0.2Mn_0.8O₂复合氧化物在催化湿式氧化有机酸的过程中也具有很好的稳定性。