文 献 综 述
挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)是指在常温下饱和蒸气压大于13.33Pa，常压下沸点在260℃以下的有机化合物，包括烷烃、芳香烃、芳烃类、烯烃、醇类、醛类、酮类、卤代烃等[1]。
VOCs对于环境生态与人体健康有很大的影响，在高温或紫外线照射下，由VOCs裂解的较活泼自由基可参与一系列的化学反应，进而引发连锁反应，促进了臭氧、光化学烟雾等的产生[2]。此外，VOCs对人体健康有很大的危害性，对人体的呼吸系统、生殖系统、免疫系统等有严重的损害作用，部分VOCs甚至有致癌作用(如苯和甲苯)[3,4]。
近十几年来，随着石油化工相关产业的不断发展、机动车尾气污染的逐渐加剧，VOCs已经成为我国主要大气污染物之一，推进发展VOCs的净化处理技术势在必行。
目前，在工业上已经成功应用的处理技术主要有吸收法、吸附法、冷凝法、膜分离法、生化法、低温等离子体法、光催化氧化法和燃烧法。对于高浓度(＞5000mg/m3)且回收价值比较高的有机废气，常采用吸收法、吸附法、冷凝法和膜分离法。对于中低浓度(＜1000mg/m3)且回收价值不高的有机废气，可采用生化法、低温等离子体法、光催化氧化法和燃烧法将其转化为低毒物质，甚至无毒的CO2和H2O。对于中高浓度(1000～5000mg/m3)的有机废气，一般采用膜分离技术和催化燃烧技术[5,6]。催化燃烧法(催化氧化法)作为一种在较低燃烧温度条件下，有效处理中高浓度VOCs气体的有效处理手段，因其具有操作简单、能耗低、处理效率高等优点而越来越受到关注。
催化燃烧法是通过利用催化剂降低有机物发生氧化反应所需要的活化能，并提高反应速率，从而实现在较低的温度下进行无焰燃烧，最终将VOCs转化为CO2和H2O等无害物质[7~9]。由于VOCs的种类繁多且性质迥异，因此目前有关VOCs完全催化氧化的机理尚不明晰。但现在多用Mars和van Krevelen验证的Mars- van Krevelen(MVK)模型来解释VOCs催化氧化过程的本质[10~13]。这种机理主要分为两步：(1)被吸附的VOCs与催化剂表面的晶格氧结合被氧化为CO2和H2O，同时催化剂表面产生氧空穴而被还原；(2)催化剂被解离吸附的氧填补氧空位而被氧化[14]。
催化氧化技术中，作为核心所在的催化剂，其选择与优化会直接影响VOCs的去除效率。目前传统的VOCs催化剂主要有两大类：贵金属催化剂和非贵金属催化剂[15]。一般来说，非贵金属催化剂的原料成本更低，但由于非贵金属催化剂较高的起燃温度、反应温度，无形中提高了催化处理过程的运行成本。而贵金属催化剂，虽然低温催化活性高、处理效果好，但其昂贵的价格极大地限制了其在工业处理中的实际应用。以贵金属为活性组分，负载于多孔材料上制备负载型催化剂是有效的解决途径之一。贵金属型催化剂常用的活性组分是Pd、Pt、Au和Ag等，常用的载体有金属氧化物和分子筛等。载体的主要作用是分散活性组分并增加催化剂的热稳定性和机械强度。负载型贵金属催化剂作为一种在具有较高催化活性的同时，大大降低了催化剂成本的改良型催化剂得到了广泛应用。然而，一般的负载型催化剂稳定性较差，在催化氧化过程中存在着一定的烧结及活性组分团聚问题，损失大量的催化活性位点，降低VOCs处理效率。
基于金属有机框架(Metal Organic Frameworks, MOFs)及其衍生物的新型负载型催化剂在保证催化剂高催化活性、抑制催化剂团聚及烧结现象方面展现出了极大潜力。纳米尺寸的MOFs体系结构（nanoMOF），在纳米尺度上具有一维特征，与块状材料相比，特性和反应性发生显著改变。孔隙率和外表面增大会消除或减小传质极限，从而增加催化剂的活性[16]，减小催化材料的烧结、团聚的可能。迄今为止，许多研究指出MOFs结构中存在高密度的、均匀分散的催化活性位点；同时MOFs的多孔结构保证了每个催化活性中心的可接触性。不仅如此，MOFs的高孔隙率极大地便利了催化反应底物和产物的传输。集均相催化剂催化反应高效和异相催化剂可回收利用的优势于一体，MOFs及其衍生物在催化中呈现出优异的应用前景[17]。此外，MOFs作为催化剂还存在以下优点；(1)可调的孔形状和孔径大小。通过MOFs有机配体、中心金属原子以及连接形式的选择与优化，可实现MOFs的孔径大小和形状的有效调控。为催化反应中底物、产物的转化提供限域空间。(2)官能团的多样性，可以通过预先选择含有特定官能团的有机配体，获得具有这些官能团修饰的MOFs，从而提高催化反应的产率或选择性[18]。也可通过接枝、掺杂等后处理过程对MOFs进行特定基团的修饰[19]。此外，MOFs的多孔结构使得其可与催化活性中心复合，从而使得构建具有协同增效的新型MOFs复合材料催化剂成为可能。
若能将高催化活性的贵金属催化活性组分固载在中空纳米MOFs多孔材料中，可在分散、负载催化活性组分的同时，利用纳米尺度的限域空间，抑制贵金属纳米颗粒的团聚与生长，暴露更多的催化活性位点；借助多孔结构吸附富集反应底物，提高反应底物的浓度，加快催化反应过程。通过MOFs与贵金属催化活性组分的催化协同作用，可望实现VOCs的高效处理。
参考文献
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