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Cerium-Doped CuFe-Layered Catalyst for the Enhanced Oxidation of o-Xylene and N,N-Dimethylacetamide: Insights into the Effects of Temperature and Space Velocity
ACS Omega ( IF 3.7 ) Pub Date : 2023-11-20 , DOI: 10.1021/acsomega.3c05175 Zehra Betul Ocal 1, 2 , Ramazan Keyikoglu 1, 3 , Ahmet Karagunduz 1 , Yeojoon Yoon 4 , Alireza Khataee 1, 5
ACS Omega ( IF 3.7 ) Pub Date : 2023-11-20 , DOI: 10.1021/acsomega.3c05175 Zehra Betul Ocal 1, 2 , Ramazan Keyikoglu 1, 3 , Ahmet Karagunduz 1 , Yeojoon Yoon 4 , Alireza Khataee 1, 5
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Volatile organic compounds (VOCs) are among the most potential pollutant groups that cause air quality degradation because of their toxic effects on human health. Although catalytic oxidation is an effective method for VOC removal, further studies are required to develop more efficient and affordable catalysts. In this study, cerium (Ce) was doped into a CuFe-layered material (Ce–CuFe) to improve the catalytic oxidation efficiencies of N,N-dimethylacetamide (DMAC) and o-xylene. The synthesized catalyst was characterized using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis. XRD analysis confirmed the successful doping of Ce atoms into the CuFe-layered structure, while in the SEM and TEM images the catalyst appeared as uniformly distributed two-dimensional plate-like particles. The catalytic oxidation performance of the Ce–CuFe was investigated at six temperatures between 200 and 450 °C and three space velocities in the range of 31000–155000 mLh–1g–1 for the oxidation of DMAC and o-xylene, which functioned as polar and nonpolar solvents, respectively. At 200 °C, the Ce–CuFe catalyst performed 50% greater when oxidizing o-xylene while exhibiting a DMAC oxidation efficiency that was 42% greater than that achieved using undoped CuFe. The Ce–CuFe could remove DMAC and o-xylene with an efficiency higher than 95% at 450 °C. Furthermore, Ce-doped CuFe exhibited high resistance against moisture and outstanding reusability performance with only a 5.6% efficiency loss after nine reuse cycles. Overall, the incorporation of Ce into a CuFe-layered material is a promising strategy for the oxidation of various VOCs.
中文翻译：
用于邻二甲苯和 N,N-二甲基乙酰胺强化氧化的掺铈 CuFe 层状催化剂：深入了解温度和空速的影响
挥发性有机化合物（VOC）是最有可能导致空气质量下降的污染物之一，因为它们对人类健康具有毒性作用。尽管催化氧化是去除 VOC 的有效方法，但仍需要进一步研究来开发更高效、更经济的催化剂。在这项研究中，将铈（Ce）掺杂到CuFe层状材料（Ce-CuFe）中以提高N ， N-二甲基乙酰胺（DMAC）和邻二甲苯的催化氧化效率。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)、能量色散X射线光谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱( FTIR）和 X 射线光电子能谱（XPS）分析。 XRD 分析证实 Ce 原子成功掺杂到 CuFe 层状结构中，而在 SEM 和 TEM 图像中，催化剂呈现为均匀分布的二维板状颗粒。在 200 至 450 °C 之间的六个温度和 31000–155000 mLh –1 g –1范围内的三个空速下研究了 Ce-CuFe 对 DMAC 和邻二甲苯氧化的催化氧化性能，其作用为分别为极性和非极性溶剂。在 200 °C 时，Ce-CuFe 催化剂氧化邻二甲苯时的性能提高了 50%，同时 DMAC 氧化效率比使用未掺杂 CuFe 的氧化效率提高了 42%。 Ce-CuFe在450℃下可以去除DMAC和邻二甲苯，效率高于95%。此外，Ce掺杂的CuFe表现出高抗湿性和出色的可重复使用性能，仅为5.九次重复使用周期后效率损失 6%。总体而言，将 Ce 掺入 CuFe 层状材料是氧化各种 VOC 的一种有前途的策略。
更新日期：2023-11-20
中文翻译：
用于邻二甲苯和 N,N-二甲基乙酰胺强化氧化的掺铈 CuFe 层状催化剂：深入了解温度和空速的影响
挥发性有机化合物（VOC）是最有可能导致空气质量下降的污染物之一，因为它们对人类健康具有毒性作用。尽管催化氧化是去除 VOC 的有效方法，但仍需要进一步研究来开发更高效、更经济的催化剂。在这项研究中，将铈（Ce）掺杂到CuFe层状材料（Ce-CuFe）中以提高N ， N-二甲基乙酰胺（DMAC）和邻二甲苯的催化氧化效率。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)、能量色散X射线光谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱( FTIR）和 X 射线光电子能谱（XPS）分析。 XRD 分析证实 Ce 原子成功掺杂到 CuFe 层状结构中，而在 SEM 和 TEM 图像中，催化剂呈现为均匀分布的二维板状颗粒。在 200 至 450 °C 之间的六个温度和 31000–155000 mLh –1 g –1范围内的三个空速下研究了 Ce-CuFe 对 DMAC 和邻二甲苯氧化的催化氧化性能，其作用为分别为极性和非极性溶剂。在 200 °C 时，Ce-CuFe 催化剂氧化邻二甲苯时的性能提高了 50%，同时 DMAC 氧化效率比使用未掺杂 CuFe 的氧化效率提高了 42%。 Ce-CuFe在450℃下可以去除DMAC和邻二甲苯，效率高于95%。此外，Ce掺杂的CuFe表现出高抗湿性和出色的可重复使用性能，仅为5.九次重复使用周期后效率损失 6%。总体而言，将 Ce 掺入 CuFe 层状材料是氧化各种 VOC 的一种有前途的策略。
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