山东大学程星星教授团队：面向多污染物协同治理的吸附-催化材料研究与微孔结构精准表征

近年来，工业废气中挥发性有机物（VOCs）与氨气（NH₃）的协同处理成为环境催化领域的研究热点。由于这两种污染物在实际排放中常常共存，开发一种高效、集成化的处理工艺具有重要的现实意义。

近期山东大学程教授团队在《Separation and Purification Technology》上发表题为“Study on VOCs/NH3 synergistic treatment process based on adsorption/in-situ catalytic oxidation”的研究，提出了一种基于吸附/原位催化氧化的VOCs/NH₃协同处理工艺（i-VNT），并系统探讨了其反应机制与材料性能。本文将结合该研究内容，对其材料表征方法——特别是比表面积与孔径分析——进行详细解析，并探讨该类材料在环境催化领域的应用前景及其对微孔分析技术的需求。

该研究以对二甲苯（C₈H₁₀）和NH₃作为模型污染物，采用金属掺杂的γ-Al₂O₃作为吸附与催化双功能材料，系统考察了其在协同吸附与催化氧化过程中的性能。研究团队提出了一种集成式VOCs/NH₃处理工艺（i-VNT），将吸附与催化氧化过程整合于同一反应器中，实现了在封闭环境中低温吸附、高温再生的循环运行模式。

主要创新点包括：

1.提出协同处理机制：通过原位傅里叶变换红外光谱（in-situ FTIR）揭示了C₈H₁₀与NH₃在催化剂表面的竞争吸附与反应路径；

2.优化再生策略：结合封闭再生与通气再生两种模式，提升了材料的循环稳定性；

3.开发双功能材料：优选Cu-Al₂O₃作为催化剂，在325°C下实现C₈H₁₀与NH₃的完全转化，且N₂选择性达81.7%。

该研究为工业现场多污染物协同治理提供了新材料与新思路，具有较强的工程应用潜力。

【孔径结构表征】

在材料性能评估中，比表面积与孔径结构是影响其吸附与催化性能的关键参数。该研究中，作者采用N₂吸附-脱附法在77 K下对金属掺杂Al₂O₃材料进行了系统表征。

测试方法与设备：

研究中使用了具备高精度压力传感器与温控系统的比表面与孔径分析仪。根据论文中“2.3 Adsorbent characterization”部分所述，样品在测试前经过200°C、12小时的真空脱气处理，以去除表面物理吸附物质。测试过程中采用BET方法计算比表面积，采用BJH模型分析中孔分布，并结合NLDFT模型对微孔结构进行深入解析。

测试结果：

三种金属掺杂Al₂O₃材料（Cu-、CuMn-、CoNi-Al₂O₃）的比表面积均约为235 m²/g，平均孔径集中在19 nm左右，表现出典型的介孔特征。N₂吸附-脱附等温线呈IV型，说明材料具有明显的毛细凝聚行为，适用于VOCs和NH₃的吸附与扩散。

【国仪量子SiCOPE40比表面积及孔径分析仪】

该研究中所用的表征方法及精度要求，与国仪量子推出的SICOPE 40微孔分析仪的技术特点高度吻合。该仪器支持N₂、Ar、CO₂等多种非腐蚀性气体，具备0.35–500 nm的孔径分析范围，比表面积检测下限低至0.0005 m²/g，重复精度RSD ≤1%，最可几孔径偏差≤0.02 nm。此外，其内置不少于40种NLDFT模型，可对微孔与介孔材料进行多尺度精确分析，非常适合该类金属氧化物催化材料的结构表征。

本研究中所开发的金属掺杂Al₂O₃材料，在催化降解VOCs和NH₃方面展现出良好的应用前景。这类材料不仅适用于化工、喷涂等行业的废气治理，也可扩展至电池材料、吸附剂、药物载体等多个领域。

例如在催化行业中，沸石分子筛、多孔脱硫脱硝催化剂等材料的性能高度依赖于其孔道结构与比表面积。SICOPE 40微孔分析仪凭借其高精度气体控制系统、He-Free自由空间标定技术及多种NLDFT模型，能够实现对微孔材料的精准表征，从而为材料设计与工艺优化提供可靠数据支撑。

催化材料适用于SICOPE 40微孔分析仪测试。该仪器具备高重复性、多站并行处理能力，以及原位/异位脱气选项，可满足不同场景下对材料孔结构的严苛分析需求，尤其适合于沸石、金属氧化物等多孔催化剂的研发与质控。

类似地，在电池材料领域（如硅碳负极、硬碳材料）、环保吸附材料（如活性炭、MOFs）等方面，SICOPE 40也展现出强大的适配性，为新材料开发与工艺改进提供了重要的分析手段。

程教授团队的研究在VOCs与NH₃协同处理方面提供了新方法与新认识，其提出的i-VNT工艺与Cu-Al₂O₃双功能材料具有较强的实用性与推广价值。该研究也反映出，在多孔材料开发过程中，精准的微观结构表征是理解其宏观性能的基础。

未来，随着工业废气处理标准的不断提高，以及新材料在能源、环保、催化等领域的广泛应用，高精度、高效率的微孔分析技术将扮演越来越重要的角色。像SiCOE40这类具备高稳定性、智能化操作与多模型分析能力的仪器，将成为科研与工业研发中不可或缺的工具。

国仪量子SiCOPE40 比表面积及孔径分析仪

产品特点

l 精准控气 效能提升

采用高精度比例阀与电磁阀联动控制技术，确保目标压力点的快速精准控制，大幅提升仪器运行效率，控气精度达±0.5 mmHg。

l 精准控漏 精度领航

创新性自研自锁阀、电磁阀等核心部件，技术自主可控，极低漏率为低压微孔段测试提供高精度保障。

l 模型精铸 洞见非凡

软件内置算法集成BET、Langmuir、HK等常用分析模型及不少于40种NLDFT模型；BET一键智能选点，解决微孔材料BET段前移的选点问题，消除不同人员处理数据的偏差。

l 无尘精装 稳定保障

核心模块在ISO Class 7万级洁净间（电镜级装配标准）完成全密封组装，相较传统装配环境洁净度提升两个数量级，确保气路系统的可靠性和稳定性。

l 自动后标 零氦测试

采用He-Free自由空间后置标定方案，从源头消除氦气残留对测试的干扰，为超微孔材料精准分析提供可靠方案。

l 灵活脱气 转移无忧

支持原位与异位两种脱气方式，提供空气隔离塞或真空隔离塞，保障微孔样品从脱气站转移至分析站过程零污染。

l 人性设计 省力高效

垂直上推式防护门操作便捷、节省空间；杜瓦瓶设计符合人体工学，方便拿取；设备底座内嵌进度灯条实时反馈测试进度。