Co3O4改性USY分子筛吸附和催化氧化甲苯特性研究

孙静，董一霖，李法齐，李文翔，马晓玲，王文龙

（山东大学能源与动力工程学院，燃煤污染物减排国家工程实验室，环境热工技术教育部工程研究中心，山东省能源碳减排技术与资源化利用重点实验室，山东济南250061）

引 言

臭氧和PM2.5的协同治理是我国“十四五”大气污染防治工作的主线[1]。作为臭氧和PM2.5的重要前体物，挥发性有机物(VOCs)治理是打赢蓝天保卫战的新关键点[2]。深入开展VOCs治理技术对改善空气质量，切实增强人民群众的蓝天幸福感至关重要。

现阶段VOCs治理技术主要以吸附和催化氧化为主[3-4]。吸附法多采用具有丰富孔隙结构的固体吸附剂对废气中VOCs进行吸附，常以碳基和硅基多孔材料为吸附剂[4-5]。碳基(如活性炭、碳纤维)吸附材料通常具有较大的吸附容量，但热稳定性差，易燃烧，再生困难且过程中存在较大的安全隐患；相比而言，硅基吸附材料(如沸石分子筛)因具有优良的热稳定性、安全性和吸附-脱附重复利用性能得到了广泛的研究和应用[6-7]。吸附技术虽然可将废气中的VOCs脱除达到气体净化的目的，但其本质上是将低浓度的VOCs富集而不能彻底将之除去，仍需进一步处置。

催化氧化法是目前公认最有效的彻底消除VOCs的手段，不仅可以将VOCs转化为CO2和H2O，而且反应过程无火焰，兼具能量消耗低、脱除范围广、脱除效果好等优点[8]。常用的VOCs催化剂主要为贵金属[9]、非贵金属氧化物[10]、钙钛矿类催化剂[11-12]及其复合多相催化剂[13]，其中非贵金属催化剂因资源丰富，价格低廉，研究最为广泛，尤其是过渡金属氧化物，因d轨道未填满，存在空穴和未成对电子，外层电子很容易在不同能级之间跃迁，表现出氧化还原特性，成为当前VOCs催化氧化的研究热点[14]。但催化氧化方法处理的有机废气的浓度不能太低，否则有机废气燃烧释放的热量无法维持催化氧化所需的最低温度，需补充外部热能才能维持催化反应的进行。因此，工业上通常将吸附和催化氧化组合起来用于VOCs的治理，取得了不错的效果。

虽然吸附浓缩和催化氧化组合技术成为工业上广泛应用的VOCs治理技术，但是现阶段还停留在采用吸附、催化氧化两套装备，结构庞大，投资费用高，而且操作比较复杂。若能将沸石分子筛吸附剂和性能优良的非贵金属催化剂结合起来制备成具有吸附和催化氧化双功能的复合材料，实现VOCs常温下吸附、低温下催化氧化一体化，可大大降低设备、操作费用，进而降低VOCs废气净化的成本，提高技术经济性。此外，进行沸石分子筛和催化剂复合还会产生很多附加优势：(1)沸石分子筛含有较多的酸位点，具有一定的催化活性，十分适合作为催化剂载体材料[15]。(2)沸石载体可为催化剂提供有效的表面和骨架结构，降低活性组分的团聚提高其分散性。若能将催化材料制成多孔结构，还可大大提高其比表面积和高活性晶面暴露率，有利于反应物分子的扩散和活化吸附，从而提高其对VOCs的完全氧化活性[16-17]。(3)沸石分子筛的吸附作用可为催化氧化提供高浓度污染环境，提高催化剂活性。(4)通过催化氧化反应可实现沸石分子筛的再生及有机物的原位销毁，解决吸附剂再生难题。(5)过渡金属氧化物催化剂具有强烈吸收微波的特性，能够被微波选择性作用而快速升温，启动其催化作用，实现有机污染物的快速脱附和原位降解，形成吸附材料快速再生协同有机物原位降解一体化新技术。然而，目前相关研究还处于起步阶段，大部分研究是将沸石作为催化剂载体来关注催化氧化性能，对复合材料的吸附性能以及实际工程应用普遍存在的水汽对催化氧化性能的影响研究非常欠缺，对微波辅助沸石吸附剂的快速再生协同有机物原位降解的研究更是鲜有报道。

基于上述构思，本文以甲苯为VOCs模拟气体，选用经过水热脱铝方法制备的骨架结构超稳定化、微孔结构丰富的USY分子筛作为吸附剂及载体，确保其在高温、水汽条件下的结构稳定性。大量文献表明，非贵金属催化剂中的过渡金属氧化物Co3O4的活性较高[18-19]，但对其在水汽存在条件下催化VOCs氧化性能的研究比较欠缺，因此本文选用Co3O4作为催化剂，并利用水热合成方法将Co3O4以多孔结构形式嫁接到USY分子筛，制备Co3O4/USY复合材料，考察其对甲苯吸附特性以及干、湿条件下催化甲苯氧化性能及稳定性；同时结合微波对Co3O4的精准加热特性，考察不同负载量Co3O4/USY在微波作用下的升温特性及催化甲苯氧化特性，探讨微波辅助吸附剂快速再生协同有机污染物原位降解的可行性，为实现VOCs富集-催化氧化一体化新技术的研发提供参照。

1 实验材料和方法

1.1 材料

四水合乙酸钴和无水乙醇购自国药集团化学试剂有限公司；USY(SiO2/Al2O3=11)购自南开大学催化剂厂；尿素(纯度99%)购自国药集团化学试剂有限公司；实验用水为去离子水(自行制备)。

1.2 材料制备方法

称取6.725 g Co(CH3COO)2·4H2O于250 ml烧杯中，加入60 ml的去离子水，搅拌均匀。向另一烧杯中加入3.243 g尿素与60 ml的去离子水，搅拌均匀。向上述乙酸钴溶液中滴加所配制的尿素溶液。向混合溶液中加入3 g的USY分子筛，搅拌均匀，超声处理30 min，转移至反应釜中，设置水热温度为110℃，水热时间为6 h。反应结束后进行抽滤，并用去离子水、无水乙醇反复洗涤后置于80℃烘箱中干燥12 h，然后取出样品研磨。将研磨后的样品置于管式炉中，以1℃/min升温速率升至350℃焙烧3 h，然后自然冷却至室温，获得理论上每克USY负载3 mmol Co3O4的复合材料，记作Co3O4/USY-3m。调整原料配比，制备Co3O4/USY-2m和Co3O4/USY-1.5m。

1.3 吸附和催化氧化性能测试实验

吸附/催化氧化实验系统如图1所示。Co3O4/USY吸附甲苯的性能评价是在固定床反应器中进行，所用石英管长度为100 mm，外径为12 mm，内径为10 mm。每次实验，将1 g粒径为20～40目（通常，目数×微米=15000）的样品放入石英反应器中，通入甲苯模拟气体，在吸附床出口处利用手持式VOCs检测仪(PV60001-VOC-A10000S)实时采集出口甲苯的浓度。甲苯模拟气体由VOCs发生器产生，以空气为载气并通过质量流量计控制其流速稳定在600 ml/min，采用微量注射泵将甲苯注入到载气，并通过调整甲苯流速和汽化温度获得浓度为（1760±20）mg/m3的甲苯模拟气体。每次实验前，确保吸附床入口处甲苯模拟气体浓度和流速稳定。

图1 吸附/催化实验系统示意图Fig.1 Schematic diagramof adsorption/catalysis experimental system

Co3O4/USY催化氧化甲苯性能测试同样在固定床反应器中进行，甲苯模拟气体仍采用VOCs发生器提供，与吸附实验不同的是采用长度为550 mm、内径为6 mm的石英管作为反应器。每次实验将0.2 g粒径为20～40目的Co3O4/USY与1 g石英砂均匀混合后放入石英反应器中，采用带程序控制升温功能的管式炉控制催化床层温度，反应器出口气体产物采用气袋收集后利用气相色谱仪(北分瑞利SP-3420A)进行分析。考虑到实际应用中部分场合湿度较大，有必要考察湿度对催化氧化性能的影响，因此，另外在催化实验系统上增加水蒸气发生装置控制相对湿度，如图1（b）中虚线框所示。水蒸气发生同样以空气为载气，气化温度控制在110～120℃，采用微量注射泵将去离子水注入汽化管路进行汽化后与甲苯模化气体在缓冲器中混合，然后通入催化床层。所有催化实验均采用空气作载气(流速为600 ml/min)，通过调整微量注射泵甲苯注入速度和汽化温度，控制甲苯入口浓度为（1430±20）mg/m3；通过调整去离子水注入速度，控制甲苯模拟气体相对湿度。同样地，每次实验确保催化床入口处甲苯模拟气体浓度和流速稳定。

微波辅助Co3O4/USY催化甲苯氧化性能评价是将固定床反应器置于微波反应腔中进行。微波加热装置采用固态微波源(沃特塞恩-1.5 kW)，可实现功率的连续调控，与红外测温耦合联动可实现精准控温加热。不同于常规加热，微波加热过程是微波直接作用于加热介质将微波能转化为热能，升温过程取决于介质吸收的微波能与散热损失(介质向周围环境)之差，要实现物料快速升温需要将物料进行一定程度的聚集，且石英砂作为弱吸波介质会影响整体升温过程，因此，微波催化实验采用长度为170 mm、内径为26 mm、外径为30 mm的石英反应器，每次实验将2 g粒径为20～40目的Co3O4/USY放入石英反应器中，开启微波并设定反应温度进行控温加热，当物料温度稳定在预设反应温度时通入甲苯模拟气体[载气为空气，流速为600 ml/min，甲苯进口浓度为(1430±20)mg/m3]，利用气袋对气体产物进行收集，然后利用气相色谱仪进行成分分析。此外，开展微波催化与常规催化特性对比研究，常规催化所用的Co3O4/USY的质量同样增加到2 g，且不再混合石英砂，其他条件保持一致。

1.4 表征手段

采用X射线衍射(XRD)进行样品物相分析，所用仪器型号为Rigaku D/MAX2500V(日本)，扫描范围为2θ=10°～90°。采用热场发射扫描电子显微镜[SEM，SUPRA™55(德国)]进行样品的表面形貌表征。采用美国Quantachrome/ASIQC0000-3型低温高纯氮气吸附仪和静态体积法测量了催化剂的比表面积和孔径分布。

甲苯吸附容量根据手持式VOCs检测仪在线检测结果采用式(1)进行计算。

式中，q是饱和吸附容量，mg/g；F是流速，ml/min；M是吸附剂的质量，g;C0和Ct分别是进口和出口甲苯浓度，mg/m3；t是饱和时间。

甲苯转化率及CO2选择性在采用气袋取样后进行气相色谱分析确定。气相色谱工作条件为：毛细管柱(30 m×0.32 mm×0.5μm)，柱温恒定为100℃，FID检测器温度为380℃，进样器温度为100℃。甲苯转化率根据式(2)进行计算。

式中，η是甲苯转化率；Toluenein是入口处甲苯浓度；Tolueneout是经过催化剂床层后出口处的甲苯浓度。

CO2选择性根据式(3)进行计算。

式中，S是CO2选择性；ηconversion是甲苯转化率；CCO2是不同催化温度下出口处的CO2浓度；Ctoluenein是入口处甲苯浓度。

2 实验结果与讨论

2.1 Co3O4/USY结构表征

采用XRD对所制备Co3O4/USY进行物相组成分析，如图2所示。负载Co3O4的USY的衍射峰保留了USY分子筛的主要衍射峰，表明在USY分子筛上负载Co3O4组分后并未破坏分子筛的骨架结构；其中Co3O4/USY-2m和Co3O4/USY-3m出现Co3O4的特征衍射峰(与标准卡片PDF#42-1467相对应，无杂峰)，而Co3O4/USY-1.5m由于负载量低Co3O4的特征衍射峰并不明显。XRD结果表明，Co3O4成功负载到USY骨架上，获得Co3O4/USY复合材料。

图2 Co3O4/USY吸附剂XRD谱图Fig.2 XRDpatterns of Co3O4/USY adsorbent

为进一步考察Co3O4的负载情况，对USY及Co3O4/USY的微观形貌进行了SEM表征，结果如图3所示。可以看出，USY分子筛晶体形状为块状，表面相对光滑且具有均匀的晶体分布[图3(a)]。通过水热制备的Co3O4/USY复合材料，USY晶体结构表面生成了片层组成的蜂窝多孔结构，当负载量较低时，Co3O4片层结构围绕单个USY晶体生长，晶体之间仍留有一定的孔道[图3(b)]；随着负载量的增加，USY分子筛的孔道也随处可见Co3O4片层结构。显然，负载Co3O4不可避免地会堵塞一部分孔道，但Co3O4丰富的孔道结构将有利于有机污染物的扩散和增大高活性晶面暴露率，增强催化氧化反应活性。

图3 USY(a)、Co3O4/USY-1.5m(b)、Co3O4/USY-2m(c)及Co3O4/USY-3m(d)的SEM图Fig.3 SEM images of USY(a),Co3O4/USY-1.5m(b),Co3O4/USY-2m(c)and Co3O4/USY-3m(d)

表1列出了USY和所制备的Co3O4/USY复合材料孔隙结构的具体参数，结果显示USY表面的Co3O4蜂窝多孔形貌导致微孔孔容和比表面积降低，表明负载Co3O4导致一部分微孔孔道被堵塞。相比于USY，所制备Co3O4/USY介孔孔容显著增大，由0.16 cm³/g增加到0.39～0.51 cm³/g。比表面积减小而孔容增大表明：负载Co3O4将USY的部分孔道堵住，以致部分微孔之间的孔壁消失，比表面积降低；然而，所形成的蜂窝结构赋予USY表面丰富的介孔结构，致使介孔孔容增加。随着Co3O4负载量的增加，介孔孔容和外表面积呈现先增加后降低的趋势，推测其原因为USY上原位生长的Co3O4蜂窝结构能够在一定程度上增加介孔孔容和外表面积，但是随着负载量的继续增大出现孔的堆叠现象导致产生部分“死孔”或“无效孔”。总体看来，所制备Co3O4/USY形成了微孔复合介孔的结构，将有助于有机物的吸附和原位降解一体化功能的实现。

表1 USY和Co3O4/USY复合材料的BET分析Table 1 BET analysis of USY and Co3O4/USY composite materials

2.2 Co3O4/USY吸附甲苯性能研究

Co3O4/USY吸附甲苯性能如图4所示。可以看出，对USY分子筛而言，甲苯在108 min左右开始穿透吸附床，260 min时USY吸附床达到吸附饱和，其吸附容量为184 mg/g。Co3O4/USY-1.5m对甲苯的吸附在59 min时开始穿透，在125 min时达到吸附饱和，甲苯的吸附容量为85 mg/g；Co3O4/USY-2m对甲苯的吸附在45 min时开始穿透，在98 min时达到吸附饱和，甲苯的吸附容量为64 mg/g；Co3O4/USY-3m对甲苯的吸附在40 min时开始穿透，在94 min时达到吸附饱和，甲苯的吸附容量为58 mg/g。可见，负载Co3O4后不可避免地会损失一部分甲苯吸附容量，且Co3O4负载量越大，甲苯吸附容量越低。这主要是因为甲苯分子的动力学直径为0.59 nm[20]，有研究表明孔径范围0.8～2.4 nm之间的孔容最有利于甲苯的吸附[3]，微孔结构对甲苯的吸附容量贡献较大，而负载Co3O4会损失一部分微孔孔容(表1)，导致甲苯吸附容量降低。

图4 USY及Co3O4/USY复合材料对甲苯的吸附性能Fig.4 Curves of toluene adsorption by USY and Co3O4/USY composite materials

2.3 Co3O4/USY催化甲苯氧化性能研究

2.3.1 温度影响 不同Co3O4负载量改性USY在不同温度下催化甲苯氧化特性如图5所示。可以看出，USY自身对甲苯催化氧化效果较差，CO2的选择性也非常低；负载Co3O4后催化甲苯氧化性能明显提高，负载量越大，相同温度下的甲苯转化效率越高，CO2的选择性也越高。对于Co3O4/USY-2m和Co3O4/USY-3m，T50在250℃左右，T90在300℃左右，CO2的选择性也在300℃最佳；相比而言，相同温度下Co3O4/USY-1.5m的催化氧化效果略差，在300℃达到89%的甲苯转化率，但是CO2选择性较低，CO2选择性在350℃以上才能达到较高水平。文献表明，USY因自身含有较多的酸位点[15,21-22]，具有一定催化活性，在催化裂化领域应用广泛[23]，近年来开始用于VOCs催化降解或作为催化剂载体[22,24-25]，但USY单组分催化VOCs降解容易产生积炭而失活，并且因表面可移动活性氧物质较少而导致CO2选择性不高[22]，这与本文单独采用USY对甲苯进行催化氧化效果较差的结论一致。经过Co3O4改性后的USY，催化甲苯氧化性能显著提升，主要得益于Co3O4较弱的Co—O键和较高的氧结合率[18]，以及Co3O4优良的氧化还原特性和USY催化活性的协同作用。低温条件(250℃以下)，甲苯转化率较低主要是因为低温下催化剂的活性较低。低温条件下CO2选择性相对甲苯转化率滞后表明在低温条件下催化氧化甲苯会产生部分副产物。事实上，过渡金属氧化物催化剂在低温条件下催化甲苯产生副产物的结论早有报道[16]，甲苯氧化 的 主 要 路 径 为：甲 苯→苯 甲 醛→苯 甲 酸→·→H2O和CO2。甲苯氧化为苯甲醛和苯甲酸两步反应过程消耗的氧气量很少且无CO2释放。随着温度的提高，副反应降低，甲苯高效氧化为CO2。

图5 Co3O4/USY催化甲苯氧化特性Fig.5 Catalytic performance of Co3O4/USY for toluene oxidation

2.3.2 湿度影响 由于实际应用环境较为复杂，通常具有一定湿度，因此，有必要对湿态下Co3O4/USY的催化氧化性能予以关注。本文选取Co3O4/USY-1.5m和Co3O4/USY-3m为研究对象，对其在相对湿度为0(干态)和76%(高湿环境)条件下的催化氧化特性进行对比分析，结果如图6所示。可以看出，两种材料在300℃以下的低温区，无论从甲苯转化率还是CO2选择性角度，其在干态下催化甲苯氧化的性能均优于湿态条件下，表明水蒸气的引入对两种Co3O4/USY材料催化氧化甲苯的活性都产生负面的影响。造成湿态下催化活性降低的主要原因为：水蒸气的引入导致体系气氛中的氧气含量变低，造成催化剂表面能够获得的氧气浓度相对减少，从而影响催化剂表面活性氧的循环再生；同时，水分子与甲苯分子在催化剂表面活性位上竞争吸附，阻碍了甲苯分子在活性位上的吸附与反应。但是，当催化温度在325℃以上时，干、湿状态下的催化氧化效果基本一致，湿态下甲苯转化率和CO2选择性均达到90%以上，表明提高催化温度，所制备的Co3O4/USY材料可应用于高湿烟气有机污染物的高效催化氧化。

图6 Co3O4/USY在干、湿条件下催化甲苯氧化特性Fig.6 Catalytic performance of Co3O4/USY for toluene oxidation under dry and wet conditions

2.3.3 稳定性 催化剂的稳定性是衡量催化剂性能的重要指标。本文选取Co3O4/USY-1.5m为测试对象，控制反应的温度为325℃，对其在干态及不同相对湿度条件下的稳定性进行测试，结果如图7所示。可以看出，Co3O4/USY-1.5m在干态下连续运行70 h表现出稳定的催化甲苯氧化性能，转化率均在90%以上；湿态下连续运行32 h也表现出优良的稳定性，仅当相对湿度为76%时，甲苯转化率有小幅度降低，且随着相对湿度的降低甲苯转化率得以恢复。上述结果表明Co3O4/USY具备优良、稳定的催化性能。

图7 Co3O4/USY-1.5m在干态(a)及不同湿度(b)条件下催化甲苯稳定性Fig.7 Co3O4/USY-1.5m catalytic stability for toluene oxidation under dry state(a)and different humidity conditions(b)

2.4 微波辅助Co3O4/USY催化甲苯氧化性能研究

微波对吸波介质具有选择性加热作用，物质吸收微波的能力与物质特性有关，Co3O4作为微波高损耗物质能够强烈吸收微波而被选择性快速加热[26-27]。Co3O4/USY在微波作用下的升温特性如图8所示，负载量为Co3O4/USY-3m的吸波特性优于Co3O4/USY-1.5m，前者在600 W的微波功率下经过1 min左右温度升高至445℃，而后者在微波功率1000 W的微波场中经过2.5 min上升至410℃。可见，Co3O4负载量决定了所制备Co3O4/USY吸收微波能转化为热能的效率，负载量越大微波能到热能的转化效率越高，升温速率越快。整体看来，负载Co3O4的USY能够与微波高效耦合，实现物料的快速加热。

图8 Co3O4/USY在微波作用下的升温特性Fig.8 Heating characteristics of Co3O4/USY under microwave action

对所制备Co3O4/USY-3m和Co3O4/USY-1.5m两种材料在常规加热和微波加热条件下催化甲苯氧化降解特性进行考察，结果对比如图9所示。微波催化实验过程采用具备精准控温加热的固态源微波加热系统，微波与常规催化反应温度均控制在250℃。可以看出，由于单次实验Co3O4/USY使用量的增加(由0.2 g增加到2 g)，甲苯的转化率均在90%以上，常规加热条件下甲苯转化率接近于100%，微波条件下甲苯转化率略低于常规加热。推测其原因主要有两方面：一方面，常规加热是对Co3O4/USY整体进行加热，Co3O4催化剂和USY载体均被加热，二者之间温度梯度小，Co3O4和USY均在250℃条件下催化甲苯降解；而微波选择性加热特性能够将强吸波的Co3O4率先加热，而USY载体因吸波特性不强而升温相对缓慢[4,28]，因Co3O4包覆生长在USY上，进行250℃控温加热的结果可能是Co3O4温度为250℃而USY温度低于250℃，可能导致USY催化活性不高而影响甲苯催化转化。另一方面，微波加热过程采用控制微波源的启停方式进行控温，微波并不是持续作用于物料，微波源不工作时Co3O4不被加热，以致实际催化温度可能因散热损失(尤其是外层物料)低于250℃而影响Co3O4催化甲苯效果。

图9 常规加热(a)和微波加热(b)250℃条件下催化甲苯的对比特性(N表示常规催化；M表示微波催化)Fig.9 Comparison of catalytic toluene under conventional heating(a)and microwave heating conditions(b)at 250℃

微波催化过程CO2选择性明显高于常规催化。这是因为Co3O4存在变价现象，在一定条件下不同价态的离子可以共存在同一晶体中，形成非化学计量比的缺陷结构，从而产生偶极子，一方面，在微波场中会引起能量损耗，造成温度的升高，形成高温位点启动其催化作用；另一方面，微波能够诱导电子从一种价态转移到另一种价态，产生松弛极化效应，增强氧化还原反应活性。另外，微波诱导的“偶极子极化作用”还可以加速甲苯分子键的振动、降低反应活化能而使其更容易被氧化降解[29]。在上述微波特殊机制作用于甲苯和催化剂的双重作用下，CO2选择性更高。

另外，常规加热条件下，随着反应时间的延长，CO2选择性有所降低，而微波作用下CO2选择性更加稳定，这是因为新鲜催化剂的催化氧化效果好，随着反应时间的延长，一些活性位点因产物堆积、积炭等失活，导致氧化效率降低。常规加热条件下CO2选择性较低，表明甲苯催化氧化过程中产生了更多的副产物(如苯甲醛、苯甲酸)，这些副产物可将催化剂活性位点覆盖导致其活性降低；相比而言，微波加热条件下CO2选择性更高，表明微波催化过程导致催化剂失活的副产物少，且有研究表明微波选择性加热对催化剂活性位点的活化有一定帮助[30]，因此CO2选择性更加稳定。综上，所制备Co3O4/USY能够与微波高效耦合，并充分利用微波诱导特殊作用机制，促进甲苯的氧化降解。调整微波功率可快速调整反应温度，因此，所制备Co3O4/USY复合材料具备作为吸附-催化双功能材料吸附甲苯后进行微波再生协同有机污染物高效催化氧化降解的可行性。

3 结 论

本文通过水热合成制备了具有吸附和催化氧化双重功能的Co3O4/USY复合材料，Co3O4主要以介孔结构负载在USY表面，有利于有机污染物的扩散和增大高活性晶面暴露率，增强催化氧化反应活性，实现吸附-催化氧化功能一体化。

实验结果表明，负载Co3O4会堵塞一部分USY微孔结构导致吸附容量降低，但是少量负载后仍保持较高的吸附容量，Co3O4/USY-1.5m/2m/3m对甲苯的吸附容量分别为85、64和58 mg/g。相比USY，所制备Co3O4/USY复合材料催化甲苯氧化特性显著提升，T90在300℃左右，且Co3O4负载量越大，低温催化氧化活性相对越好，CO2选择性越高。此外，当催化温度在325℃以上时，所制备Co3O4/USY复合材料在干、湿状态下均具有较高的甲苯转化率和CO2选择性。对所制备Co3O4/USY-1.5m在干、湿状态下催化特性的稳定性进行考察，发现干态下连续运行70 h表现出稳定的催化性能，湿态下连续运行32 h也表现出优良的稳定性，甲苯转化率均在90%以上，表明所制备的Co3O4/USY材料可应用于不同湿度烟气有机污染物的高效催化氧化。

基于微波与过渡金属氧化物的高效耦合特性，所制备Co3O4/USY复合材料微波作用下升温迅速。通过控制反应温度为250℃，进行微波和常规催化的对比实验研究，结果表明微波诱导催化甲苯氧化过程的CO2选择性及稳定性均优于常规加热，这主要得益于：(1)微波能够诱导Co3O4电子价态的变化，增强催化剂的催化活性；(2)微波诱导的“偶极子极化作用”可以加速甲苯分子键的振动、降低反应活化能；(3)微波选择性加热对催化剂活性位点活化具有促进作用。综上，所制备Co3O4/USY复合材料具备作为吸附-催化双功能材料吸附甲苯进行微波再生协同有机物高效催化氧化降解的可行性。