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使用沸石去除香烟烟气中的强致癌物-亚硝胺,是解决吸烟污染世界性难题的新途径.我们尝试用沸石、介孔分子筛以及改性复合沸石材料去除烟气和溶液中的亚硝胺,取得比较明显的效果,但是仍然缺乏对沸石和亚硝胺之间相互作用的深入观察和直接证据。本文采用原位红外光谱法并结合TPSR以及气相吸附等实验方法,探讨了亚硝胺在各种沸石分子筛表面的吸附和反应,主要取得以下进展:
(1)首次建立了研究亚硝胺在沸石分子筛上吸附的原位红外光谱法,有助于深入了解沸石催化降解亚硝胺的作用机理。另外,该方法改进后也可以用于研究其它吸附剂表面的反应,例如研究沸石对于多环芳烃的吸附情况,但是由于多环芳烃分子光谱的复杂性,红外方法只能作为辅助手段。
(2)考察了反应物质量、温度等外加因素以及沸石孔结构、表面酸性、阳离子以及负载金属氧化物的种类、数量等内在因素对亚硝胺催化裂解的影响.沸石分子筛的孔径大小,孔结构及其表面特性对于它们的吸附性能起着决定性作用。化学组成单一的全硅材料由于缺乏活性位对亚硝胺的吸附性能比较弱;而孔径较小的微孔沸石可以通过“嵌入式吸附模式”吸附体积较大的亚硝胺。
(3)微孔沸石和介孔分子筛可以吸附各种类型的亚硝胺,包括挥发性亚硝胺,非挥发性亚硝胺以及烟草特有的亚硝胺。通过对沸石进行表面修饰或改性可以提高它们对各种亚硝胺的选择性吸附能力;负载氧化铜有利于促进沸石对亚硝胺的选择性吸附,改性后的沸石与亚硝胺强相互作用主要来自氧化铜对-N-N=O官能团的强吸附作用;氧化锌甚至氧化铝也有提高吸附剂吸附性能的作用。
(4)将程序升温过程引入原位红外研究,对亚硝胺在沸石分子筛上吸附/催化裂解的整个连贯过程进行持续性检测,跟踪整个反应过程的动态变化。我们观测到了各种亚硝胺在SBA-15以及负载了氧化铜的SBA-15表面上吸附、催化裂解到脱附的全过程红外图谱,有助于更好地了解沸石降解亚硝胺的机理。