Recent advance on VOCs oxidation over layered double hydroxides derived mixed metal oxides

doi:10.1016/S1872-2067(19)63446-7

Abstract

Abstract: Catalytic oxidation is regarded as one of the most promising strategies for volatile organic compounds (VOCs) purification. Mixed metal oxides (MMOs), after topological transformation using layered double hydroxides (LDHs) as precursors, are extensively used as catalysts for VOCs oxidation due to their uniformity advantage. This review summarizes the developments in the LDH-derived VOCs heterogeneous catalytic oxidation over the last 10 years. Particularly, it addresses the VOCs abatement performance over MMO, noble metal/MMO, core-shell structured MMO, and integral MMO film catalysts originating from LDHs. Moreover, it highlights the water vapor effect and oxidation mechanism. This review indicates that LDH-based catalysts are a category of important VOCs oxidation materials.

Key words: Volatile organic compounds oxidation, Layered double hydroxides, Mixed metal oxides, Water vapor, Oxidation mechanism

CLC Number:

Shuangde Li, Dongdong Wang, Xiaofeng Wu, Yunfa Chen. Recent advance on VOCs oxidation over layered double hydroxides derived mixed metal oxides[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(4): 550-560.

×
share this article

Add to citation manager EndNote|Ris|BibTeX

URL: https://www.cjcatal.com/EN/10.1016/S1872-2067(19)63446-7

https://www.cjcatal.com/EN/Y2020/V41/I4/550

References

[1] C. S. Liang, F. K. Duan, K. B. He, Y. L. Ma, Environ. Int., 2016, 86, 150-170.
[2] J. J. Zhang, J. M. Samet, J. Thorac. Dis., 2015, 7, 3-13.
[3] C. Liu, Y. P. Zhang, C. J. Weschler, Sci. Total Environ., 2014, 497, 401-411.
[4] R. J. Huang, Y. Zhang, C. Bozzetti, K. F. Ho, J. J. Cao, Y. Han, K. R. Daellenbach, J. G. Slowik, S. M. Platt, F. Canonaco, P. Zotter, R. Wolf, S. M. Pieber, E. A. Bruns, M. Crippa, G. Ciarelli, A. Piazzalunga, M. Schwikowski, G. Abbaszade, J. Schnelle-Kreis, R. Zimmermann, Z. An, S. Szidat, U. Baltensperger, I. El Haddad, A. S. H. Prevot, Nature, 2014, 514, 218-222.
[5] M. Y. Gong, Y. P. Zhang, C. J. Weschler, Environ.Sci. Technol., 2014, 48, 7428-7435.
[6] L. Ran, C. S. Zhao, W. Y. Xu, X. Q. Lu, M. Han, W. L. Lin, P. Yan, X. B. Xu, Z. Z. Deng, N. Ma, P. F. Liu, J. Yu, W. D. Liang, L. L. Chen, Atmos. Chem. Phys., 2011, 11, 4657-4667.
[7] A. Mellouki, G. L. Bras, H. Sidebottom, Chem. Rev., 2003, 103, 5077-5096.
[8] X. Zhang, J. Ye, Y. Jing, T. Cai, X. Bei, L. Zhe, K. Zhao, Y. Ling, D. He, Appl. Catal. A, 2018, 566, 104-112.
[9] Y. Wang, H. Arandiyan, Y. Liu, Y. Liang, Y. Peng, S. Bartlett, H. Dai, S. Rostamnia, J. Li, ChemCatChem, 2018, 10, 3429-3434.
[10] H. Xu, N. Yan, Z. Qu, W. Liu, J. Mei, W. Huang, S. Zhao, Environ. Sci. Technol., 2017, 51, 8879-8892.
[11] F. I. KhanA. K. Ghoshal, J. Loss Prevent. Proc. Ind., 2000, 13, 527-545.
[12] S. Ojala, S. Pitkaaho, T. Laitinen, N. N. Koivikko, R. Brahmi, J. Gaalova, L. Matejova, A. Kucherov, S. Paivarinta, C. Hirschmann, T. Nevanpera, M. Riihimaki, M. Pirila, R. L. Keiski, Top. Catal., 2011, 54, 1224-1256.
[13] J. Li, H. Liu, Y. Deng, G. Liu, Y. Chen, J. Yang, Nanotechnol. Rev., 2016, 5, 147-181.
[14] W. M. Li, H. D. Liu, X. Ma, S. P. Mo, S. D. Li, Y. F. Chen, J. Porous Mater., 2018, 25, 107-117.
[15] Y. Z. Deng, W. X. Tang, W. H. Li, Y. F. Chen, Catal. Today, 2018, 308, 58-63.
[16] Z. Cuo, Y. Deng, W. Li, S. Peng, F. Zhao, H. Liu, Y. Chen, Appl. Surf. Sci., 2018, 456, 594-601.
[17] W. X. Tang, Y. Z. Deng, Y. F. Chen, Catal. Commun., 2017, 89, 86-90.
[18] W. X. Tang, G. Liu, D. Y. Li, H. D. Liu, X. F. Wu, N. Han, Y. F. Chen, Sci. China Chem., 2015, 58, 1359-1366.
[19] L. F. Liotta, Appl. Catal. B, 2010, 100, 403-412.
[20] M. S. Kamal, S. A. Razzak, M. M. Hossain, Atmos. Environ., 2016, 140, 117-134.
[21] C. He, J. Cheng, X. Zhang, M. Douthwaite, S. Pattisson, Z. Hao, Chem. Rev., 2019, 119, 4471-4568.
[22] Y. N. Liu, J. Y. Zhao, J.T. Feng, Y. F. He, Y. Y. Du, D. Li, J. Catal., 2018, 359, 251-260.
[23] Y. Zhao, X. Jia, G. I. N. Waterhouse, L. Z. Wu, C. H. Tung, D. O'Hare, T. Zhang, Adv. Energy Mater., 2016, 6, 1501974.
[24] G. Cui, X. Meng, X. Zhang, W. Wang, S. Xu, Y. Ye, K. Tang, W. Wang, J. Zhu, M. Wei, D. G. Evans, X. Duan, Appl. Catal. B, 2019, 248, 394-404.
[25] S. Zheng, J. Lu, D. Yan, Y. Qin, H. Li, D. G. Evans, X. Duan, Sci. Rep., 2015, 5, 12170-12177.
[26] Z. Li, H. Duan, M. Shao, J. Li, D. O'Hare, M. Wei, Z. L. Wang, Chem, 2018, 4, 2168-2179.
[27] P. J. Sideris, U. G. Nielsen, Z. Gan, C. P. Grey, Science, 2008, 321, 113-117.
[28] R. Tian, R. Liang, M. Wei, D. G. Evans, X. Duan, Struct. Bond., 2016, 172, 65-84.
[29] S. He, Z. An, M. Wei, D. G. Evans, X. Duan, Chem. Commun., 2013, 49, 5912-5920.
[30] Q. Wang, D. O'Hare, Chem. Rev., 2012, 112, 4124-4155.
[31] M. Shao, F. Ning, M. Wei, D. G. Evans, X. Duan, Adv. Funct. Mater., 2014, 24, 580-586.
[32] Y. Zhao, Q. Wang, T. Bian, H. Yu, H. Fan, C. Zhou, L. Z. Wu, C. H. Tung, D. O'Hare, T. Zhang, Nanoscale, 2015, 7, 7168-7173.
[33] Q. Yan, S. Chen, C. Zhang, D. O'Hare, Q. Wang, J. Colloid Interf. Sci., 2018, 526, 63-74.
[34] R. Yang, Y. Cui, Q. Yan, C. Zhang, L. Qiu, D. O'Hare, Q. Wang, Chem. Eng. J., 2017, 326, 656-666.
[35] Q. Yan, R. Yang, Y. Zhang, A. Umar, Z. Huang, Q. Wang, Environ. Prog. Sustain. Energy, 2016, 35, 1061-1069.
[36] J. Wang, L. Huang, Q. Zheng, Y. Qiao, Q. Wang, J. Ind. Eng. Chem., 2016, 36, 255-262.
[37] J. Wang, L. Huang, R. Yang, Z. Zhang, J. Wu, Y. Gao, Q. Wang, D. O'Hare, Z. Zhong, Energy Environ Sci, 2014, 7, 3478-3518.
[38] Z. P. Xu, J. Zhang, M. O. Adebajo, H. Zhang, C. Zhou, Appl. Clay. Sci., 2011, 53, 139-150.
[39] G. Fan, F. Li, D. G. Evans, X. Duan, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 7040-7066.
[40] T. Baskaran, J. Christopher, A. Sakthivel, RSC Adv., 2015, 5, 98853-98875.
[41] J. Feng, Y. He, Y. Liu, Y. Du, D. Li, Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 5291-5319.
[42] M. H. Castaño, R. Molina, S. Moreno, Appl. Catal. A, 2015, 492, 48-59.
[43] Y. Xu, Z. Wang, L. Tan, Y. Zhao, H. Duan, Y. F. Song, Ind. Eng. Chem. Res., 2018, 57, 10411-10420.
[44] Y. Xu, Z. Wang, L. Tan, H. Yan, Y. Zhao, H. Duan, Y. F. Song, Ind. Eng. Chem. Res., 2018, 57, 5259-5267.
[45] Y. Zhao, X. Jia, G. Chen, L. Shang, G. I. N. Waterhouse, L. Z. Wu, C. H. Tung, D. O'Hare, T. Zhang, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 6517-6524.
[46] S. Mo, S. Li, J. Li, Y. Deng, S. Peng, J. Chen, Y. Chen, Nanoscale, 2016, 8, 15763-15773.
[47] S. Mo, S. Li, J. Li, S. Peng, J. Chen, Y. Chen, Catal. Commun., 2016, 87, 102-105.
[48] S. Li, H. Wang, W. Li, X. Wu, W. Tang, Y. Chen, Appl. Catal. B, 2015, 166-167, 260-269.
[49] S. Li, S. Mo, J. Li, H. Liu, Y. Chen, RSC Adv., 2016, 6, S6874-S6884.
[50] S. Mo, S. Li, W. Li, J. Li, J. Chen, Y. Chen, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 8113-8122.
[51] Q. Zhao, Y. Ge, K. Fu, N. Ji, C. Song, Q. Liu, Chemosphere, 2018, 204, 257-266.
[52] K. Jiratova, F. Kovanda, J. Ludvikova, J. Balabanova, J. Klempa, Catal. Today, 2016, 277, 61-67.
[53] D. Li, Y. Fan, Y. Ding, X. Wei, Y. Xiao, Catal. Commun., 2017, 88, 60-63.
[54] E. Genty, J. Brunet, C. Poupin, S. Casale, S. Capelle, P. Massiani, S. Siffert, R. Cousin, Catalysts, 2015, 5, 851-867.
[55] L. A. Palacio, J. Velasquez, A. Echavarria, A. Faro, F. R. Ribeiro, M. F. Ribeiro, J Hazard. Mater., 2010, 177, 407-413.
[56] B. de Rivas, R. López-Fonseca, C. Jiménez-González, J. I. Gutiérrez-Ortiz, J. Catal., 2011, 281, 88-97.
[57] N. Blanch-Raga, A. E. Palomares, J. Martínez-Triguero, G. Fetter, P. Bosch, Ind. Eng. Chem. Res., 2013, 52, 15772-15779.
[58] P. Li, C. He, J. Cheng, C. Y. Ma, B. J. Dou, Z. P. Hao, Appl. Catal. B, 2011, 101, 570-579.
[59] S. Zhao, K. Li, S. Jiang, J. Li, Appl. Catal. B, 2016, 181, 236-248.
[60] L. Chmielarz, M. Jab?ońska, A. W?grzyn, K. Góra-Marek, Z. Piwowarska, S. Witkowski, A. Wach, P. Ku?trowski, D. Majda, E. Bidzińska, Apply. Clay. Sci., 2015, 114, 273-282.
[61] E. Genty, R. Cousin, S. Capelle, C. Gennequin, S. Siffert, Eur. J. Inorg. Chem., 2012, 2012, 2802-2811.
[62] D. A. Aguilera, A. Perez, R. Molina, S. Moreno, Appl. Catal. B, 2011, 104, 144-150.
[63] M. H. Castaño, R. Molina, S. Moreno, Catalysts, 2015, 5, 905-925.
[64] K. Jiratova, J. Mikulova, J. Klempa, T. Grygar, Z. Bastl, F. Kovanda, Appl. Catal. A, 2009, 361, 106-116.
[65] C. Gennequin, T. Barakat, H. L. Tidahy, R. Cousin, J. F. Lamonier, A. Aboukaïs, S. Siffert, Catal. Today, 2010, 157, 191-197.
[66] J. Brunet, E. Genty, C. Barroo, F. Cazier, C. Poupin, S. Siffert, D. Thomas, G. De Weireld, T. Visart de Bocarmé, R. Cousin, Catalysts, 2018, 8, 64/1-64/20.
[67] F. Basile, L. Basini, G. Fornasari, M. Gazzano, F. Trifirò, A. Vaccari, Chem. Commun., 1996, 2435-2436.
[68] Y. Y. Du, Q. Jin, J. T. Feng, N. Zhang, Y. F. He, D. Q. Li, Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 3216-3225.
[69] S. He, C. Li, H. Chen, D. Su, B. Zhang, X. Cao, B. Wang, M. Wei, D. G. Evans, X. Duan, Chem. Mater., 2013, 25, 1040-1046.
[70] R. Xie, G. Fan, L. Yang, F. Li, Chem. Eng. J., 2016, 288, 169-178.
[71] M. Shao, F. Ning, J. Zhao, M. Wei, D. G. Evans, X. Duan, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 1071-1077.
[72] L. Li, R. Li, S. Gai, F. He, P. Yang, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 8758-8765.
[73] M. Shao, F. Ning, Y. Zhao, J. Zhao, M. Wei, D. G. Evans, X. Duan, Chem. Mater., 2012, 24, 1192-1197.
[74] Y. Dou, S. Zhang, T. Pan, S. Xu, A. Zhou, M. Pu, H. Yan, J. Han, M. Wei, D. G. Evans, X. Duan, Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 2243-2249.
[75] D. Wang, S. Li, Y. Du, X. Wu, Y. Chen, Catalysts, 2019, 9, 352.
[76] R. Xie, G. Fan, L. Yang, F. Li, Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 540-548.
[77] S. Zhao, F. Hu, J. Li, ACS Catal., 2016, 6, 3433-3441.
[78] F. Kovanda, K. Jiratova, Appl. Clay. Sci., 2011, 53, 305-316.
[79] S. Li, S. Mo, D. Wang, X. Wu, Y. Chen, Catal. Today, 2019, 332, 132-138.
[80] X. Jiang, W. Xu, S. Lai, X. Chen, RSC Adv., 2019, 9, 6533-6541.
[81] S. Mo, Q. Zhang, Q. Ren, J. Xiong, M. Zhang, Z. Feng, D. Yan, M. Fu, J. Wu, L. Chen, D. Ye, J. Hazard. Mater., 2019, 364, 571-580.
[82] C. Zhao, J. Wu, L. Yang, G. Fan, F. Li, Ind. Eng. Chem. Res., 2017, 56, 4237-4244.
[83] F. Kovanda, K. Jiratova, J. Ludvikova, H. Raabova, Appl. Catal. A, 2013, 464, 181-190.
[84] X. Guo, F. Zhang, D. G. Evans, X. Duan, Chem. Commun., 2010, 46, 5197-5210.
[85] X. Guo, F. Zhang, S. Xu, D. G. Evans, X. Duan, Chem Commun, 2009, 6836-6838.
[86] Y. Zhao, M. Wei, J. Lu, Z. L. Wang, X. Duan, ACS Nano, 2009, 3, 4009-4016.
[87] X. Guo, S. Xu, L. Zhao, W. Lu, F. Zhang, D. G. Evans, X. Duan, Langmuir, 2009, 25, 9894-9897.
[88] F. Kovanda, K. Jirátová, Catal. Today, 2011, 176, 110-115.
[89] J. Ludvíková, K. Jirátová, F. Kovanda, Chem. Pap., 2012, 66, 589-597.
[90] Z. Zhang, Z. Jiang, W. Shangguan, Catal. Today, 2016, 264, 270-278.
[91] H. C. Genuino, S. Dharmarathna, E. C. Njagi, M. C. Mei, S. L. Suib, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 12066-12078.
[92] J. J. Li, S. C. Cai, E. Q. Yu, B. Weng, X. Chen, J. Chen, H. P. Jia, Y. J. Xu, Appl. Catal. B, 2018, 233, 260-271.
[93] Y. Zhao, W. Gao, S. Li, G. R. Williams, A. H. Mahadi, D. Ma, Joule, 2019, 3, 920-937.
[94] S. Fu, Y. Zheng, X. Zhou, Z. Ni, S. Xia, J. Hazard. Mater., 2019, 363, 41-54.
[95] J. Zhang, T. Yan, Y. Yang, J. Sun, Y. Lin, M. Wei, Chin. J. Catal., 2019, 40, 515-522.
[96] Y. Liao, F. Li, X. Dai, N. Zhao, F. Xiao, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1860-1869.
[97] R. Ma, Y. Li, G. Wu, Y. He, J. Feng, Y. Zhao, D. Li, Chin. J. Catal., 2018, 39, 1384-1394.