The effects of metal-oxide content in MnO2-activated carbon composites on reactive adsorption and catalytic oxidation of formaldehyde and toluene in air

吸附 活性炭 甲醛 甲苯 催化作用 氧化物 氧气 化学 催化氧化 化学工程 无机化学 有机化学 工程类
作者
Won-Ki Kim,Swati Verma,Younes Ahmadi,Myeon‐Seong Cho,Ki‐Hyun Kim
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:926: 172137-172137 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.172137
摘要

The deterioration in air quality caused by volatile organic compounds (VOCs) has become an important environmental issue. Here, activated carbon (AC) composites with manganese oxide (MnO2: 1 % to 50 %) are synthesized as MAC for the removal of formaldehyde (FA) and toluene in air through a combination of reactive adsorption and catalytic oxidation (RACO) at room temperature (RT). The best-performing composite (MAC-20: 20 % of MnO2) exhibits a 10 % breakthrough volume (BTV10%) of FA and toluene at 41.2 and 377 L g−1, respectively while realizing complete oxidation of FA and toluene into carbon dioxide (CO2) at 100 °C and 275 °C, respectively. The reaction kinetic rates (r) for 10 % removal efficiency of FA and toluene (XFA or T) at RT are estimated as 9.82E-02 and 3.20E-02 mmol g−1 h−1, respectively. The high performance of MAC-20 can be attributed to its enriched adsorption capacity of oxygen vacancy (OV) and the presence of adsorbed oxygen (OA), as shown by an Mn3+/Mn4+ ratio of 0.729 and an OA/lattice‑oxygen (OL) ratio of 1.50. The results of this study highlight the interactive roles of oxygen abundance and temperature in the generation of distinctive oxidation patterns for FA in reference to toluene. This study is expected to offer practical guidance for the implementation of RACO against diverse VOCs for efficient management of air quality.
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