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Coatings 增强型纳米金属改性沸石：气相OVOCs的高效捕获

已有 112 次阅读 2026-1-22 15:29 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

研究背景

含氧挥发性有机物 (OVOCs)，包括乙醇、乙醛及乙酸乙酯，因其高挥发性和化学活性而在工业废气及环境空气中普遍存在，对人类健康和生态环境构成潜在风险。尽管传统吸附材料如活性炭在 OVOCs 去除中表现出一定优势，但其易燃性、再生困难及稳定性不足严重限制了实际应用。相比之下，沸石凭借高比表面积、可调孔径及优异热稳定性成为高效吸附材料的理想候选，而金属氧化物改性策略能够显著增强其表面活性位点和选择性吸附能力。然而，目前关于金属氧化物改性沸石的研究主要集中于水相污染物处理，在气相 OVOCs 动态吸附中的系统研究仍有限，尤其缺乏对多种金属氧化物及不同改性方法 (溶胶–凝胶与浸渍) 对吸附性能影响的系统评估。为此，本研究选用 NaY 沸石，通过不同金属氧化物改性，系统探讨其对典型 OVOCs 的吸附性能及作用机制，以期为高效、可再生的空气净化吸附剂开发提供理论指导和应用基础。

北京工商大学食品链污染控制国家环境保护重点实验室张明露教授和王晓伟副教授的最新研究型文章“Adsorption and Desorption Characteristics of Nano-Metal-Modified Zeolite for Removal of Oxygenated Volatile Organic Compounds”，旨在开发金属氧化物改性 NaY 沸石吸附剂，并系统评估其对气相含氧挥发性有机物 (OVOCs) 的吸附性能及作用机制。

研究主要内容

本研究通过溶胶–凝胶法与浸渍法将 Fe、Ti、Si、Ce 纳米金属负载于 NaY 沸石，对其气相含氧挥发性有机物 (OVOCs) 吸附性能进行系统研究。通过动态吸附实验评估不同金属类型及改性条件对乙醇、乙醛和乙酸乙酯吸附能力的影响，同时结合材料表征揭示吸附机理。研究优化了金属负载量、浸渍时间及焙烧温度，实现了吸附效率与经济性的平衡，为高效、低成本的气相 OVOCs 净化提供理论依据和材料设计策略。

研究亮点

1.纳米金属改性沸石提升 OVOCs 吸附性能：通过浸渍法与溶胶–凝胶法将 Fe、Ti、Si、Ce 纳米金属负载至 NaY 沸石，显著增强对乙醇、乙醛和乙酸乙酯的吸附能力。

2.系统化动态吸附评估：利用动态吸附实验，全面考察不同金属类型及改性方法对 OVOCs 吸附性能的影响，实现材料性能与实际应用条件的有效关联。

3.多金属与改性方法对比创新：首次系统比较多种纳米金属 (Fe、Ti、Si、Ce) 在相同 NaY 载体上通过不同改性方法 (溶胶–凝胶与浸渍) 对气相 OVOCs 吸附性能的差异。

4.吸附机理解析：结合材料表征 (比表面积、孔径、表面化学性质等)，深入探讨金属氧化物与 OVOCs 分子间相互作用，为优化吸附剂设计提供理论依据。

5.气相 OVOCs 吸附研究的创新：针对大部分现有研究集中于水相污染物，本研究系统评估了金属改性沸石在气相 OVOCs 吸附中的性能与机制，填补了气相吸附研究的空白，为工业废气净化提供新思路。

图文赏析

研究成果

1.多金属纳米改性沸石制备：通过溶胶–凝胶与浸渍法将 Fe、Ti、Si、Ce 纳米金属负载于 NaY 沸石，实现表面功能化与孔结构优化。

2.高效气相 OVOCs 吸附：改性沸石在乙醇、乙醛及乙酸乙酯的动态吸附实验中表现出显著吸附能力，其中 Si–沸石最优。

3.优化工艺参数：确定纳米金属负载量、浸渍时间和焙烧温度的最佳组合，兼顾高吸附性能与制备经济性。

4.吸附机制与应用潜力：金属氧化物化学吸附与沸石物理吸附协同作用增强吸附效率，同时制备方法简便、经济，具备大规模工业应用前景。

研究总结

本研究通过溶胶–凝胶法与浸渍法将 Fe、Ti、Si、Ce 纳米金属负载于 NaY 沸石，实现了对乙醇、乙醛及乙酸乙酯等 OVOCs 的高效吸附，Si–沸石表现最佳，归因于其高比表面积、独特形貌及高 Si/Al 比值。最佳改性条件 (7% Si 浸渍、12 小时浸渍、350 °C 焙烧) 兼顾成本与吸附性能提升。本研究首次系统评估多种纳米金属改性沸石在气相 OVOCs 吸附中的性能与机制，为工业废气净化提供了高效、低成本的材料策略，并为未来多金属协同改性及气相吸附应用研究奠定了基础。

作者团队介绍

第一作者简介

王玥

王玥，北京工商大学生态环境学院材料与化工专业硕士研究生。现任人力资源和社会保障部国外人才研究中心八级职员。主要研究领域为固体废弃物处理与处置。以第一作者发表SCI论文4篇，中文核心论文2篇，申请专利2项。

通讯作者简介

王晓伟

王晓伟，现北京工商大学环境科学与工程系副教授，黑龙江大学建筑工程学院副院长；曾任中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所副研究员。从事水污染防治、固废资源化、铁道环境工程、碳核算方法研究。兼生态环境部食品链污染防治重点实验室副主任、河南省土壤与地下水污染预警及修复工程技术研究中心学科带头人、河南省科学院客座研究员、河南理工大学客座教授、中华环保联合会理事、中国环境科学学会环境可持续性科学专委会委员、中国煤炭学会碳减排工程管理专业委员会委员、第一届河南省危险废物鉴别专家委员会委员等；River、《化学分析计量》等青年编委，Coatings 期刊Guest Editor。主持国家、省部及国铁集团课题近30项。获湖北省科学技术进步二等奖、中华环保联合会科学技术一等奖、中国商业联合会科学技术一等奖等科技奖6项；获2025年中华环保联合会青年科技奖。发表SCI论文50余篇，授权专利16项，中英文专著4部，制定ISO标准1项、团地标5项。

张明露

张明露，北京工商大学教授，博士生导师，九三学社社员。研究方向为环境污染生物技术及有机固废资源化处理。首都女教授协会会员、北京工商大学党外知识分子联谊会理事、中国城市环境卫生协会有机固废专委会秘书长、国家自然科学基金通信评审专家等。先后主持中国博士后科学基金、国家自然科学基金、国家重点研发计划课题等多项科研项目。已在国内外学术期刊上发表论文50余篇。主编学术著作2部。获中国商业联合会科技进步一等奖、华夏建设科学技术奖励委员会科技进步二等奖。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/3540392