目前，環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，氮氧化物作為污染源備受關(guān)注，燃煤催化脫硝技術(shù)發(fā)展迅速，其中SCR技術(shù)在200℃以下的反應(yīng)溫度可以有效地將NOx轉(zhuǎn)換為N2。從脫硝技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理出發(fā)，總結(jié)了目前的SCR脫硝技術(shù)，展望了低溫催化脫硝的發(fā)展。

隨著環(huán)境的惡化，相關(guān)部門加強(qiáng)了氮氧化物(NOx)的排放標(biāo)準(zhǔn)，從2021年7月1日開始，要求新鍋爐和原鍋爐的排放參考GB13271-2014標(biāo)準(zhǔn)[1]，對NOx的排放提出了新的排放標(biāo)準(zhǔn)。原鍋爐要求不足400mg/m3，新燃煤鍋爐不足300mg/m3，新燃油鍋爐不足250mg/m3，新燃?xì)忮仩t不足200mg/m3，SCR技術(shù)作為比較成熟的脫硝技術(shù)，具有良好的發(fā)展和運(yùn)用前景。

NOx會(huì)導(dǎo)致酸雨和光化學(xué)煙霧，控制NOx排放勢在必行。從經(jīng)濟(jì)性和適用性上，目前被全世界范圍內(nèi)廣泛接受的是氨選擇催化還原SCR脫硝技術(shù)。NH3-SCR技術(shù)的成熟，廣泛研究其核心催化劑SCR，形成了以V2O5/TiO2系為中心的商業(yè)催化劑，活性溫度為320~450℃，可以避免SO2和NH3反應(yīng)產(chǎn)生的NH4HSO4和(NH4)2S2O7阻塞催化劑的孔結(jié)構(gòu)，催化劑生效。

從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，排煙溫度為120~200℃的高效催化催化劑成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，避免鍋爐改造，加熱煙霧，降低了操作成本和能源消耗。

1SCR法的反應(yīng)機(jī)理

目前，低溫SCR脫硝技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電站的電站鍋爐，其具體原理是通過催化劑將氨、二氧化碳或碳?xì)浠�合物作為還原劑，使空氣中的NOx逐漸恢復(fù)到N2，促進(jìn)脫硝效果的實(shí)現(xiàn)。

自1970年以來，SCR技術(shù)發(fā)展迅速，該反應(yīng)機(jī)理也受到重點(diǎn)研究，目前公認(rèn)的機(jī)理有Eley–Rideal機(jī)理(E–R)和Langrnuir–Hinshelwood機(jī)理(L–H)[2]E–R機(jī)理是指反應(yīng)物中的NH3或NOx通過化學(xué)吸附吸附在催化劑表面，與氣體中的NOx或NH3相互反應(yīng)。

L–H機(jī)理反應(yīng)是反應(yīng)物中的NOx和NH3首先在催化劑表面進(jìn)行化學(xué)吸附，反應(yīng)是通過化學(xué)吸附狀態(tài)組分–NOx和–NH3之間進(jìn)行[3]，其主要化學(xué)反應(yīng)如下:4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

2NH3+NO+2→2N2+3H2O

3NH3+6NO2→7N2+12H2O/p>2催化劑的類型

2.1金屬氧化催化劑

2+2+3H2+3H2O

3+3P>3N+7NO2+7NO2+7N2+12+12+12H2+12O2+2+2+2+2P>2但是，以上被工業(yè)廣泛使用的催化劑反應(yīng)溫度條件高，不符合煙道出口的溫度，能源消耗高。學(xué)者PENA將V、Cr、Mn、Fe等金屬負(fù)荷作為TiO2最催化劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)低溫時(shí)Mn元素在反應(yīng)中呈現(xiàn)出多種價(jià)格狀態(tài)，因此Mn的脫硝效果最好，N2的選擇性高[4-5]。

KANTCHEVA[6]采用insituFTIR技術(shù)研究MnOx/TiO2催化劑低溫時(shí)的脫硝過程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低溫時(shí)Mn元素的價(jià)格狀態(tài)可以吸附不同結(jié)構(gòu)的硝酸鹽，如NO–/NOH和NO2/NO和O2，這些硝酸鹽在催化劑表面熱穩(wěn)定性低，因此低溫脫硝時(shí)效果好。

WU等[7]用共同沉淀法制備MnOx/TiO2，150~250℃時(shí)NO轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%以上，Mn/Ti的摩爾比在0.4以下時(shí)，隨著Mn含量的增加脫硝效率的提高，氧濃度達(dá)到3%時(shí)脫硝效果最好，WU將過渡元素(Fe、Cu、Ni、Cr)添加到MnOx/TiO2催化劑中

燕志勇等[8]利用共同沉淀法制作V2O5-WO3-Moo3/TiO2，V/W/Mo/Ti的摩爾比為0.03、0.15、0.3時(shí)效率最高。學(xué)者發(fā)現(xiàn)過渡元素的混合可以大大提高催化劑的活性，主要代表鐵元素、LONG等[9]將Fe和Mn負(fù)載到TiO2，Mn/Fe為1:1時(shí)，催化劑活性高切N2的選擇性高。

劉偉等[10]用濕法浸泡制成的Ce–Mn/TiO2催化劑在120℃時(shí)，NO轉(zhuǎn)化率保持在95%以上。Al2O3熱穩(wěn)定性高，能夠防止催化劑結(jié)焦，并且表面的面部結(jié)構(gòu)疏松，比表面積大，有利于氮含物的吸附，因此在SCR催化劑研究制備中有著廣泛的應(yīng)用。

RAMIS等制備Fe2O3/Al2O3催化劑，在脫硝反應(yīng)中取得優(yōu)異成果，戴韻將Mn混入Cuo/γ-Al2O3催化劑時(shí)，隨著Mn加入Cuo的分散度也提高，Mn與Cu的相互作用促進(jìn)了氮氧化物的吸附。

2.2分子篩催化劑

分子篩目前應(yīng)用廣泛，具有優(yōu)異的吸附性能，穩(wěn)定性好，催化劑抗毒能力強(qiáng)，大大彌補(bǔ)了金屬氧化物催化劑的缺點(diǎn)，是SCR催化劑研究受歡迎的多孔材料，常見的是ZSM–5、SAPO–34、SBA–15、MCM–41。Masakazu等于1986年發(fā)現(xiàn)，Cu/ZSM–5在低溫下對NO有良好的催化性能，人們開始深入研究ZMS–5。

LONG等利用離子交換法制備Fe/ZSM–5，比Fe/TiO2催化劑具有更好的脫硝活性，NO達(dá)到100%轉(zhuǎn)化率所需的溫度區(qū)間低。根據(jù)ZHOU等[4]的研究，利用浸漬法得到的Fe–Ce–Mn/ZSM–5催化劑，NO在轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%時(shí)溫度區(qū)間為200~400℃。

BIN等研究獲得Cu-ZrZSM–5催化劑，該催化劑在寬溫度區(qū)間(167~452℃)可使NO轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于Cu/ZSM–5。Raquel等利用SAPO–34分子篩，用一步法制作Cu/SAPO–34，研究表明該催化劑在低溫下具有高選擇性和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能。

Zhang等利用SBA-15型分子篩直接合成法制作了一系列雙金屬催化劑-Fe-Mo–SBA-15。研究表明，制作的樣品中，無一例外呈現(xiàn)六邊形中孔結(jié)構(gòu)，而且多金屬催化劑的活性，比單金屬大幅度提高，F(xiàn)e能夠促進(jìn)Mo在分子篩上有效分散的Mo還能夠提高分子篩孔結(jié)構(gòu)的秩序性，兩者相互促進(jìn)，提高活性。

Liang等通過一步法，在SBA-15制作Al-SBA-15催化劑，發(fā)現(xiàn)該催化劑具有較厚的孔壁和較強(qiáng)的酸性，在浸漬法負(fù)載Mn后，Mn/Al-SBA-15具有較好的低溫脫硝活性。近年來，MCM-41也備受矚目，MCM-41的有序介孔材料是一種新型納米結(jié)構(gòu)材料，具有孔六方有序排列、大小均勻、孔徑2~10nm連續(xù)調(diào)節(jié)、比表面積大等特點(diǎn)。

Qiu等采用水熱合成和浸漬法制作Cu/MCM–41，當(dāng)Cu負(fù)荷達(dá)到10%時(shí)，發(fā)現(xiàn)催化劑脫硝效果最好。綜上可見，分子篩具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、排列有序、比表面積大等特點(diǎn)，金屬在分子篩中分散度好，所以在催化脫硝中，具有良好的表現(xiàn)。

2.3碳材料催化劑

碳原子在自然界中有多種特異結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出出色的延展性，比表面積大，導(dǎo)熱性能優(yōu)良等特點(diǎn)，因此被利用作為SCR催化劑載體，目前主要有活性炭纖維，活性炭碳納米管等形式。MUNIZ等[13]研究表明，聚丙烯酰胺基ACF(PAN-ACF)的脫硝效果最好，ACF比表面積減少時(shí)SCR活性最高。

YOSHIKAWA等[14]Mn2O3/ACF脫硝活性最高，150℃氮氧化物轉(zhuǎn)化率達(dá)92%。GREGORIO等將VCRNI分別負(fù)載在ACF上，活性順序?yàn)镕e>的Mn>；V>；Cr>；Ni。

3總結(jié)與展望

主要總結(jié)了一些脫硝催化劑的優(yōu)缺點(diǎn)，低溫SCR技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景，但目前SCR技術(shù)投資和運(yùn)行成本高，成為我國發(fā)展SCR技術(shù)的難關(guān)。隨著學(xué)者們的不懈努力，相關(guān)研究的深入，低溫SCR脫硝催化劑的制備一定會(huì)有很大的發(fā)展，技術(shù)成本也會(huì)相應(yīng)降低。