摘要：傳統(tǒng)的選擇性催化還原法(SCR)脫硝技術(shù)反應(yīng)溫度在300℃以上，不適用溫度較低的廢氣處理工藝，而新型的低溫SCR煙氣脫硝技術(shù)可利用催化劑將溫度降到300℃以下，是現(xiàn)在工業(yè)中低溫脫硝技術(shù)的主流工藝。低溫SCR脫硝催化劑是整個低溫SCR脫硝過程中的核心，本文主要介紹四類低溫SCR脫硝催化劑，并就目前的技術(shù)問題簡要分析技術(shù)發(fā)展方向。

       我國的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占總能源消費(fèi)的比重達(dá)60%以上，燃煤發(fā)電工業(yè)是氮氧化物的主要來源，近年來在節(jié)能減排等戰(zhàn)略的調(diào)整下，燃煤電廠的煙氣脫硝技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟。但結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級中非電力行業(yè)比例逐漸上升，而其中的部分行業(yè)排放的煙氣溫度較低，因此研究高效的低溫脫硝技術(shù)是目前脫硝工藝的重要方向。

　　低溫SCR脫硝技術(shù)可省去煙氣再加熱過程，提高能效

　　目前成熟的脫硝催化劑工作溫度約在300～400 ℃之間，不能滿足排放煙氣溫度在300℃以下工業(yè)的需求，若采用再加熱后脫硝的工藝，則會導(dǎo)致能源消耗增大。利用低溫SCR脫硝可以將脫硝工藝放在除塵或脫硫工藝之后，減少煙塵對催化劑的磨損和中毒效應(yīng)、避免煙氣再加熱，從而提高能效、節(jié)約運(yùn)行成本。因此，研究高效的低溫脫硝催化劑性能對低溫脫硝行業(yè)有著十分重要的意義。

　　四類催化劑中，金屬氧化物和碳材料是主要研究方向

　　目前的低溫SCR脫硝催化劑分為貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、分子篩催化劑和碳材料催化劑四類。

　　(1)貴金屬催化劑是最早應(yīng)用于煙氣脫硝領(lǐng)域的催化劑。貴金屬催化劑具有良好的低溫脫硝活性，通常以Pt、Au、Ag、Rh等貴金屬作為催化劑的活性組分，以氧化鋁等整體式陶瓷作為載體。其催化機(jī)理是NO和O₂反應(yīng)首先生成過渡的中間產(chǎn)物，再分解生成NO₂，以此提高脫硝的效率。催化劑分為HC-SCR和NH₃-SCR兩類，方向主要是通過控制添加不同的金屬氧化物或單質(zhì)的比例，以及反應(yīng)溫度來提高催化效率。如在貴金屬催化劑Ag/Al₂O₃中摻雜負(fù)載量7%MgO、溫度為350℃時，NOx的轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%。該型催化劑由于需求的反應(yīng)溫度較窄，且投資成本高等原因限制了其規(guī)模化應(yīng)用。

　　(2)金屬氧化物催化劑是目前低溫SCR工藝中應(yīng)用較多主流之一。金屬氧化物催化劑主要有錳基(MnO_x)、釩基(V₂O₅)、鈰基(CeO₂)、鐵基(FeO_x)、銅基(CuO)等，其中錳基催化劑的氧化還原性能強(qiáng)，且在低溫下可以保持較高的脫硝活性，是目前低溫脫硝催化劑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。幾類錳基催化劑中，MnO2表現(xiàn)的活性最高，如20 wt.% MnOx/TiO₂擁有豐富的Mn⁴⁺，其具備最優(yōu)異的SCR脫硝活性和N₂選擇性。目前錳基(MnO_x)催化劑的研究方向是摻雜其他金屬，從而提高催化劑的脫硝活性，已有的錳基復(fù)合催化劑有Mn-Ce、Mn-Co、Mn-Cu、Mn-Nb、Mn-Fe、Mn-Sn、Mn-Ni、Mn-Li和Mn-Eu等。

　　(3)分子篩催化劑的研究從中高溫區(qū)向低溫過度。分子篩催化劑具有孔結(jié)構(gòu)明顯、比表面積大，具有較強(qiáng)的吸附能力和離子交換能力，比較常用的 Y、β、SBA、ZSM-5、SAPO-34等催化劑，均是利用不同的金屬(Mn、Fe、Co和Cu) 和載體(Al₂O₃、ZSM-5和SAPO-34)組合制備而成。該技術(shù)相對成熟的低溫催化劑反應(yīng)溫度還在300℃以上，穩(wěn)定的應(yīng)用于低溫SCR中還需進(jìn)一步研究。

　　(4)碳材料催化劑效率高但易失效，且應(yīng)用需進(jìn)一步降低成本。碳材料催化劑具有比表面積大、導(dǎo)熱性能良好、吸附性強(qiáng)和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，主要有碳納米管(CNTs)、活性炭纖維(ACF)、活性炭(AC)、石墨烯(GE)等三類，對其表面處理或作為Mn、V、Ce、Fe的載體可以獲得較高的催化活性。目前該類催化劑已在國內(nèi)的發(fā)電、焚燒爐等有一些實(shí)際應(yīng)用，但運(yùn)行中還有反應(yīng)氣體流速過高轉(zhuǎn)化效率降低、催化劑易被氧化、活性炭纖維價格過高等問題。

　　催化劑還需提高抗SO₂、抗水的性能以提升穩(wěn)定性

　　(1)低溫SCR脫硝催化劑的活性部分易被硫化生成硫酸鹽，在表面積累后堵塞催化劑孔隙使得催化活性逐漸降低。雖然低溫脫硝工藝中，一般順序排在脫硫之后，但煙氣中仍會含有的少量的SO₂，在低溫環(huán)境下易與催化劑或NH₃反應(yīng)生成硫酸鹽附著在催化劑表面，堵塞孔隙、減少比表面積，降低催化劑的氮氧化物吸附量使得催化活性降低。其中，與催化劑反應(yīng)造成的失活屬于不可逆失活，與NH₃反應(yīng)造成的失活可通過加熱，使硫酸銨鹽分解恢復(fù)活性，屬于可逆失活。

　　(2)低溫SCR脫硝過程中，煙氣中存在的水蒸氣，會通過物理競爭吸附和化學(xué)吸附干擾反應(yīng)，影響催化劑的脫硝效率。物理競爭吸附是水蒸氣“搶走”了本該吸附在催化劑表面的NO，其導(dǎo)致的催化劑活性降低是可以通過去除水蒸氣而恢復(fù)的，屬于可逆型的物理失活;化學(xué)吸附則是由于催化劑被水蒸氣破壞掉了表面上的羥基，屬于不可逆型失活。

　　結(jié)語

　　高效的低溫脫硝催化劑是對低溫廢氣脫硝工藝的重要支撐，四類催化劑中，金屬氧化物和碳材料是主要研究方向。低溫脫硝技術(shù)的難點(diǎn)在于水蒸氣和硫?qū)Υ呋瘎┑母蓴_，通過提高催化劑的抗SO₂和抗水性能來提高穩(wěn)定性，同時降低催化劑成本，是煙氣脫硝技術(shù)研究、開發(fā)和應(yīng)用的主要方向。