当前，我国的大气污染呈现出细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）为主的复合污染，而挥发性有机物（Volatile organic compounds，VOCs）是二者共同的主要前体物之一，“十四五”期间国家更加重视VOCs排放控制。郭利民教授团队近年来一直致力于吸附/催化剂的创制，用于VOCs吸附/催化燃烧净化研究，包括沸石分子筛基吸附/催化剂、金属氧化物催化剂研制、吸附/催化动力学研究及应用推广等，近年来课题组在沸石分子筛及吸附/催化剂方面的主要进展如下：
u沸石分子筛吸附剂制备及其VOCs吸附特性
沸石分子筛具有比表面积大、吸附容量较大、孔结构和疏水性可调、热稳定性高和不可燃性的优点，是极具应用前景的吸附材料之一。团队开展了沸石分子筛吸附VOCs的系列研究，制备了性能优异的吸附剂材料，基本建立了沸石分子筛结构和吸附性能的构效关系，明晰了VOCs吸附和扩散机制。如：制备纯Si、掺Ti和Al纳米沸石吸附剂，探究其对苯系物吸附性能及吸附热力学和动力学机理（Microporous and Mesoporous Materials, 2020, 302, 110204）；对比研究了有序介孔材料、传统沸石分子筛和多级孔沸石分子筛的VOCs吸附特性，揭示了传统沸石的微孔结构提供了丰富的VOCs吸附位点，但也限制了VOCs扩散速率（材料导报, 2022, 36, 48-52），多级孔的引入赋予了更好的吸附性能和循环再生性能（Dalton Transactions, 2021, 50, 16694-16702）；以此为基础，将第二元素Ti引入多级孔ZSM-5沸石，提升了吸附剂疏水性能，其在潮湿条件下展现出对VOCs更优的吸附性能（材料导报, 2023, in press）。进一步，研究了沸石分子筛的形貌及尺寸大小对沸石分子筛吸附性能的影响，片状和球状形貌silicalite-1沸石分子筛具有较优异的甲苯吸附性能（Microporous and Mesoporous Materials, 2022, 346, 112275），最近又明确了晶间和晶内介孔对于VOCs分子扩散的促进作用（Microporous and Mesoporous Materials, 2023, 356,112596）。
图.不同粒径silicalite-1沸石的甲苯吸附穿透时间和扩散速率（左）和不同晶内介孔纳米silicalite-1沸石的甲苯吸附穿透时间和扩散速率（右）（Microporous and Mesoporous Materials, 2023, 356,112596）
u沸石分子筛负载金属氧化物催化剂制备及其VOCs催化燃烧性能研究
沸石分子筛热稳定性好、比表面积大并且表面性质可调，是良好的催化剂载体，团队对沸石分子筛负载金属氧化钨/铂催化剂开展了系列研究。如：开发Ru/m-HZ(x)系列高效稳定的催化剂并用于对苯系物吸附浓缩/脱附催化燃烧循环脱除（Microporous and Mesoporous Materials, 2018, 258, 17）；制备Pt/mZSM-5-DX系列吸附/催化剂，探究其对甲苯的吸附容量、催化燃烧活性及稳定性（Microporous and Mesoporous Materials, 2020, 296, 109802）；利用巯基（-SH）改性纳米沸石，定向调控负载P的尺寸及分散度，增强其甲苯催化燃烧活性、抗水性和催化稳定性（Microporous and Mesoporous Materials, 2020, 305, 110292）；制备不同形貌ZSM-5负载Pt/催化剂并用于苯系物催化燃烧研究，二维片状ZSM-5有利于Pt的分散、反应物的扩散，是更加优异的催化剂载体（Chemical Physics Impact, 2022, 5, 100134）。
图.不同形貌Pt/ZSM-5催化剂催化甲苯示意图（Chemical Physics Impact, 2022, 5, 100134）
以上研究获得国家重点研发计划政府间科技创新合作重点专项（2017YFE0127400）、湖北省自然科学基金-杰出青年人才（2019CFA070）、华中科技大学青年学术前沿团队（2018QYTD03）、科技部外国专家局高端外国专家引智（G****154025L、G****154004L）、国家留学基金委创新型人才国际合作培养（CXXM****0042）等项目及国内外合作伙伴支持。面向国家“减污降碳”的重大战略及实际应用需求，团队将继续在基于沸石分子筛基吸附/催化剂的VOCs控制方向系统开展应用基础研究。
