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苯、甲苯和二甲苯（统称BTX）是挥发性有机污染物（VOCs）的重要组成部分。由于其对人类具有高毒性,BTX的去除受到了日益增加的关注。其中催化氧化法被认为是最为经济有效的方法。制备得到低温高活性的催化剂,探究BTX的催化氧化机理是近年来的研究方向。本文采用不同的方法,得到了系列K掺杂的OMS-2催化剂,并以邻二甲苯为目标污染物,研究了K的掺杂位置等对OMS-2催化剂的结构和性能的影响。结合原位漫反射红外光谱测试技术,探究了邻二甲苯在上述催化剂上的氧化反应路径。具体内容如下:一、K掺杂对OMS-2催化剂结构和催化氧化邻二甲苯性能研究通过将OMS-2前驱体在4 M、6 M和8 M的KOH溶液中回流处理,制备出4K-OMS-2、6K-OMS-2和8K-OMS-2催化剂。其催化邻二甲苯活性遵循如下顺序:6K-OMS-2>4K-OMS-2>8K-OMS-2>OMS-2。其中6K-OMS-2的活性在低温范围内明显增强。6K-OMS-2催化氧化邻二甲苯的T100、T50和T20分别为160、146和132℃,比OMS-2催化剂温度低20、18和20℃。随后,进一步调变K的掺杂方式,制备出K-I-OMS-2催化剂（OMS-2前驱体在6 M的KOH溶液中浸渍）及K-OMS-2-S催化剂（OMS-2焙烧后6 M的KOH溶液中回流）。活性测试结果为6K-OMS-2>K-I-OMS-2>OMS-2>K-OMS-2-S。X射线衍射（XRD）、比表面积（BET）、傅里叶红外光谱（FT-IR）和Raman光谱等相关表征表明,6K-OMS-2具有更大的比表面积,[Mn O6]晶格发生了明显破坏。能谱分析（EDS）数据表明6K-OMS-2催化剂Mn的含量由OMS-2的32.39减少至27.43。同时,K的含量由6.01增加至10.64。表明在6K-OMS-2上产生锰空位(VMn)。各种程序升温吸脱附（He-TPD和O2-TPD、H2-TPR、多轮H2-TPR和TPR-TPO）结果,发现6K-OMS-2催化剂具有丰富的表面活性氧物种,高的晶格氧流动性和好的分子氧交换能力。为了进一步证实为了进一步证实K对OMS-2催化剂的影响,采用1 M HNO3溶液处理OMS-2前驱体制备了H-OMS-2催化剂。实验结果表明H-OMS-2催化氧化邻二甲苯的T100、T50和T20分别为180、158和150℃。与6K-OMS-2催化剂相比,其反应温度分别升高了20、12和18℃,与OMS-2催化剂相比仅仅T50和T20分别低4和2℃。EDS数据显示催化剂H-OMS-2中Mn的含量由OMS-2的32.39减少至30.16。同时,K的含量由6.01减少至1.04。说明酸处理使得OMS-2催化剂中的大部分K流失出来,同时产生与6K-OMS-2相同含量的VMn。各种程序升温吸-脱附实验表明,H-OMS-2的低温还原性较6K-OMS-2变弱,晶格氧流动性变差,说明K+的流失影响了氧的能力,进而影响了催化氧化邻二甲苯性能。二、K掺杂的OMS-2催化剂催化氧化邻二甲苯反应机制研究探究了在N2和O2氛围下,所制备催化剂催化氧化邻二甲苯时中间物种、最终产物和反应路径的变化。结果表明,6K-OMS-2催化剂在N2氛围下反应路径为邻二甲苯→苯甲酸盐→马来酸盐和少量碳酸盐→聚马来酸盐。在O2氛围下反应路径为邻二甲苯→马来酸盐、少量碳酸盐→甲酸盐→CO2和H2O。相比于6K-OMS-2催化剂,K-I-OMS-2催化剂通入O2后,最终只能将马来酸盐氧化为乙酸盐;而K-OMS-2-S、H-OMS-2和OMS-2在O2氛围下,都只能将邻二甲苯氧化成成各种小分子的羧酸盐的物种。结合各种结构表征和程序升温吸脱附实验,6K-OMS-2催化剂具有丰富的表面活性氧物种,高的晶格氧流动性和好的分子氧交换能力,这可能是其快速将苯环断裂,最终将其氧化为氧化成CO2和H2O的主要原因。据此,我们提出了6K-OMS-2催化剂催化氧化邻二甲苯的反应机制。