挥发性有机化合物（VOCs）作为全球型的污染物所带来的大气环境污染问题已经引起了人们的广泛关注。我国生态环境部近来已经印发了《2019年全国大气污染防治工作要点》,指出要加快推进重点行业VOCs治理工作。催化氧化技术可在低温条件下将有毒有害的VOCs氧化为CO₂、H₂O等物质而被认为是最有前景的处理方法之一。锰基氧化物作为一种廉价且环境友好型的过渡金属氧化物催化剂对苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯和氯苯等芳香类VOCs分子具有高效的低温催化氧化活性。然而,目前的催化体系依然存在催化剂的低温活性不高、制备工艺复杂、催化反应机理研究不足、催化剂稳定性评估时间过短和反应气氛理想化等问题,限制了该技术的进一步应用。对此,本文研究开发了可低温催化氧化芳香类VOCs的锰基催化剂及其简化可扩展的制备工艺,考察了复杂反应条件对锰基催化剂的催化活性影响,并借助各种表征手段,探究了锰基催化剂的微观结构与催化剂活性之间的构效关系,揭示了锰基催化剂与探针污染物之间的作用机理。本论文的主要研究结果如下:（1）研发了熔融聚合法简单制备锰基催化剂的新合成方法,即以熔融金属盐作为溶剂,柠檬酸作为金属分散调配剂,通过直接一步煅烧制备了钙钛矿型SmMnO₃氧化物,相比于共沉淀法、溶胶凝胶法和浸渍法等传统制备方法,该方法制备的SmMnO₃催化剂有更高的Mn⁴⁺/Mn³⁺和O_latt/O_ads比值、更好的低温还原能力以及催化氧化甲苯活性。在48000ml·g^-1·h^-1空速下,熔融聚合法制备的SmMnO₃催化剂对甲苯氧化反应的T_50%和T_90%值达到了250°C和278°C。连续催化氧化甲苯活性评价表明,熔融聚合法制备的SmMnO₃催化剂具有较高的催化稳定性。（2）以熔融聚合法制备了块状、多孔网络状和类球状三种不同形貌的SmMnO₃催化剂并应用于对甲苯的催化氧化。实验结果表明形貌对甲苯去除效果有显著影响,多孔网络状SmMnO₃的催化氧化活性明显高于类球型颗粒状,块状的SmMnO₃则表现出了最低的甲苯催化氧化活性;最优活性的SmMnO₃对不同种类VOCs的催化矿化能力也存在差异,甲苯最容易被矿化（240oC）,苯（270oC）和邻二甲苯（300oC）则相对较难被矿化;SmMnO₃催化矿化甲苯的效率受到水蒸汽的影响,提高湿度会导致二氧化碳收率出现显著下降,但是当湿度恢复到原始值时,甲苯矿化效率也会恢复;通过机理研究发现SmMnO₃中的晶格氧参与了VOCs的催化氧化反应,高的表面晶格氧含量和Mn⁴⁺/Mn³⁺比值,有利于催化活性的提高。（3）为了进一步强化熔融聚合法所制备催化剂的活性,通过原位刻蚀法制备了γ-MnO₂/SmMnO₃催化剂,并将其应用于甲苯、苯、乙苯和邻二甲苯的催化氧化过程,探究了复合催化剂之间的协同机制。改性后催化剂的还原能力得到了强化,Mn⁴⁺/Mn³⁺和O_latt/O_ads比值也分别从1.02增加到1.28和从2.17增大到2.68;与SmMnO₃和γ-MnO₂的催化氧化甲苯性能相比,γ-MnO₂/SmMnO₃催化作用下可以获得更好的甲苯总氧化效果和矿化效果,其催化氧化甲苯的转化率和矿化率的表观活化能值分别可低至55.0 kJ·mol^-1和81.9 kJ·mol^-1;γ-MnO₂/SmMnO₃对不同种类VOCs的催化氧化能力存在差异,在高温和低温下均表现出很高的甲苯转化和矿化效果,对乙苯的催化氧化效果则次之,同时催化剂对催化苯矿化的效果要好于邻二甲苯;利用原位红外漫反射光谱分析确定了四种污染物氧化过程的中间产物均含有羧基官能团,并通过GC-MS技术检测到了低转化率条件下的甲苯氧化主要的副产物为:苯甲醛、苯甲酸、2（5H）-呋喃酮、柠檬酸和乙酸;乙苯氧化的主要副产物为:苯甲醛、苯甲酸、柠檬酸和乙酸;苯氧化的副产物为苯酚、苹果酸、5-乙烯醇、乙二酸、正丁酸、乙酸;邻二甲苯氧化的主要副产物为邻苯二甲酸酐、柠檬酸、正丁酸和乙酸。在120000 ml·g^-1·hr^-1的高空速下,γ-MnO₂/SmMnO₃可于260°C下将甲苯完全矿化,湿度的变化不影响催化剂的稳定性,但高湿度不利于甲苯的矿化。（4）为了提高锰基催化剂表面的吸附氧浓度,采用熔融聚合法制备了Sm和Mn复合的高缺陷双金属氧化物并应用于对甲苯和氯苯的催化氧化;Sm和Mn复合生成了无定型氧化物Mn_ySm_2-yO₃,过量的Mn以MnO_x形式分散于催化剂Mn_ySm_2-yO₃表面;与Cu对比,Sm的引入更能让锰基催化剂出现高表面缺陷和多氧空位,高的吸附氧含量进一步强化了锰基催化剂催化氧化能力;Sm含量对催化剂的微观结构有较大影响,Sm含量的提升有利于催化剂表面Mn⁴⁺的增加,少量的Sm有利于提高催化剂的还原能力,过多引入Sm则会降低催化剂的可还原性,Mn/Sm摩尔比为4时催化剂具有更优越的还原能力、更高的表面Mn分散度和更好的催化氧化活性。催化剂催化氧化氯苯的主要产物为Cl₂、HCl、CO、CO₂和H₂O,高的催化反应温度可以降低CO和HCl的收率而增加Cl₂产量;低反应温度下氯苯氧化过程中出了苯酚、对二苯酚和草酸等其他机副产物;依据结构表征和性能测试,推测催化剂表面吸附的氯离子可通过两种途径去除,一种由体相晶格氧将其从氧空位中推出转化为Cl₂,另一种为表层被氢化的晶格氧将其从氧空位中挤出转化为HCl;催化剂稳定性探究表明,水蒸气对氯苯氧化起到促进作用,氯离子在催化剂表面的吸附是造成催化剂活性衰减的主要原因,经350°C的高温反应处理,催化剂对氯苯氧化活性趋于稳定。（5）为了研究低离子半径金属掺杂对锰基催化剂的结构与催化活性的影响,选择了低廉的铁作为掺杂剂,采用熔融聚合法合成了Mn_3-xFe_xO₄尖晶石催化剂并用于VOCs的催化氧化。研究结果表明,Mn_3-xFe_xO₄比Mn₃O₄有更高的甲苯氧化活性,而γ-Fe₂O₃没表现出明显的甲苯氧化活性;Fe在Mn₃O₄尖晶石晶格的插入能够引起晶格结构畸变,给催化剂表面制造较多的氧缺陷,进而增大氧空位含量,提高表面活性氧浓度;铁插入量的改变对催化剂的结构及其催化能力有显著影响,根据表征结果分析可知,Mn_2.6Fe_0.4O₄具有更高的表面吸附氧(O_ads/O_latt=0.89)、更好的低温还原能力和更高的表面Mn分散度(D_Mn=56%),以及最优越的甲苯氧化效率;对120 hr连续不间断催化反应后样品的晶体结构进行测试表明Mn_2.6Fe_0.4O₄尖晶石具有高的结构稳定性。此外,含Sm的催化剂均比纯锰氧化物更容易因SO₂中毒而失活,而铁的插入可以有效抑制锰基氧化物的失活。