北京(jing)2020年(nian)6月3日 /美(mei)通社/ -- 國家能源(yuan)集團(tuan)北京(jing)低(di)碳清潔能源(yuan)研究院（簡稱低(di)碳院）環保技(ji)術(shu)中心團(tuan)隊最近(jin)在(zai)低(di)溫脫硝(xiao)催(cui)化劑開(kai)發與(yu)機(ji)理(li)研究方(fang)面(mian)取(qu)得重(zhong)要進展，最新研究結果(guo)于5月27日發表于Nature子刊《Communications Chemistry》上(shang)。

氮氧化物（NOx）是主要的大氣污染物之一，包括 NO、 NO₂ 和 N₂O 等。氮氧化物是形成酸雨的重要因子，是生成臭氧和光化學煙霧的重要前驅物之一，也是形成區域PM2.5污染和灰霾的重要原因。作為NOx的主要排放源之一，我國燃煤電廠目前采用了全球最嚴苛的NOx排放限值。氨氣選擇性催化還原（NH₃-SCR）技術是滿足現行標準的最佳技術途徑，目前普遍使用V₂O₅/WO₃-TiO₂脫硝催化劑，其合適的運行溫度為300-420攝氏度。

然而，當前我國60%以上的燃煤機組處于低負荷狀態，煙氣溫度經常低于300攝氏度，此時V-W-Ti催化劑脫硝活性較差。因此，開發在低溫下（<300攝氏度）具(ju)有高活性的(de)脫硝催化劑(ji)，對于(yu)支撐燃(ran)煤電廠配合新能源深度調(diao)峰、實(shi)現全(quan)負荷(he)脫硝具(ju)有重要意義。低溫脫硝技(ji)術在非(fei)電領(ling)域的(de)煙(yan)氣凈化中也有巨大需求。

錳的氧化物是一類常用的低溫脫硝催化劑活性組分。一般認為，MnO₂具有較高的低溫脫硝活性，而Mn₂O₃具有最好的N₂選擇(ze)性(xing)。如何同時(shi)兼顧(gu)脫硝活(huo)性(xing)和選擇(ze)性(xing)成為錳基脫硝催化劑分子(zi)(zi)設(she)計的(de)最大難題。同時(shi)，具有高比(bi)表(biao)面積、豐富孔(kong)道結構的(de)純硅介(jie)孔(kong)分子(zi)(zi)篩載(zai)體卻由于(yu)酸性(xing)低而限制了(le)其在脫硝催化領域的(de)應用。

低碳(tan)院(yuan)脫硝(xiao)團(tuan)隊的研發人員針對(dui)(dui)上(shang)述問(wen)題(ti)，聯合澳大(da)利亞格里(li)菲斯(si)大(da)學(xue)（Griffith University）清(qing)潔環境(jing)與能源中(zhong)心的研究人員，基(ji)于密度泛函理論（DFT）和原位(wei)紅(hong)外(wai)表(biao)征，通過分(fen)子模擬軟件VASP對(dui)(dui)催化(hua)劑活性(xing)(xing)組分(fen)的熱力學(xue)進(jin)行(xing)(xing)了計(ji)算(suan)，對(dui)(dui)催化(hua)劑表(biao)面的反應(ying)物吸(xi)附過程(cheng)進(jin)行(xing)(xing)了研究，首次(ci)發現分(fen)子篩(shai)的酸(suan)性(xing)(xing)對(dui)(dui)活性(xing)(xing)組分(fen)氧(yang)化(hua)還(huan)原性(xing)(xing)能的誘導作用，并揭示(shi)了活性(xing)(xing)位(wei)和酸(suan)性(xing)(xing)位(wei)“雙(shuang)活性(xing)(xing)中(zhong)心”協(xie)同參與的低溫反應(ying)機(ji)理。

在該反應機理的指引下，研究人員利用煤基固廢粉煤灰中的Si和Al元素可控合成了不同骨架Si/Al比的Al-SBA-15介孔分子篩，通過Py-IR結合多種NMR分析測試結果表明，Al的摻雜顯著提高了分子篩的酸性；并通過L酸和B酸的協同效應有效調控了活性組分錳氧化物的晶體生長，得到了最適宜的MnO₂和Mn₂O₃含量比例。

通過XRD、XPS、NH₃-TPD、HAADF-STEM等分析測試表征方法發現，Al的引入不僅誘導活性組分錳氧化物的晶型轉變，而且誘導其晶粒大小及晶體生長位置。實驗結果表明，Fe-Mn/Al-SBA-15催化劑中錳的賦存狀態更有利于NH₃-SCR反應的進行(xing)。

通過對催化劑的NH₃-SCR脫硝活性進行測試，發現低碳院制備的脫硝催化劑在低溫（150-300攝氏度）下(xia)同時具有(you)較高的NOx轉化(hua)率（≥90%）和良(liang)好(hao)的選擇性（≥86%），可望滿足(zu)電(dian)力機組(zu)在低負荷下(xia)達到超低排放水平的要(yao)求(qiu)。

低溫脫硝技術是低碳院正在開展的多項能源環保關鍵技術之一。作為國(guo)家(jia)能源集團的直屬研發機構，低碳院明確將環境保護確立為六大聚焦領域之一，致力于開發創新能源環保技術，以盡可能減少煤基能源生產過程中產生的氣、水、渣等對環境的影響。從煙氣脫硝到廢水零排放，從煤基固廢資源化到碳減排，低碳院始(shi)終將技(ji)術(shu)的創新研發放在首位，助力傳統(tong)能源的清潔化進程，攜手邁(mai)向更環(huan)保的未來。

守護地球環境，建設美麗中國，低碳院一直在努力。