摘要：傳統的選擇性催化還原法(SCR)脫硝技術反應溫度在300℃以上，不適用溫度較低的廢氣處理工藝，而新型的低溫SCR煙氣脫硝技術可利用催化劑將溫度降到300℃以下，是現在工業中低溫脫硝技術的主流工藝。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，并就目前的技術問題簡要分析技術發展方向。

       我國的能源結構中，煤炭占總能源消費的比重達60%以上，燃煤發電工業是氮氧化物的主要來源，近年來在節能減排等戰略的調整下，燃煤電廠的煙氣脫硝技術已經逐漸成熟。但結構轉型升級中非電力行業比例逐漸上升，而其中的部分行業排放的煙氣溫度較低，因此研究高效的低溫脫硝技術是目前脫硝工藝的重要方向。

　　低溫SCR脫硝技術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℃以下工業的需求，若采用再加熱后脫硝的工藝，則會導致能源消耗增大。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、避免煙氣再加熱，從而提高能效、節約運行成本。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用于煙氣脫硝領域的催化劑。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。其催化機理是NO和O₂反應首先生成過渡的中間產物，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的比例，以及反應溫度來提高催化效率。如在貴金屬催化劑Ag/Al₂O₃中摻雜負載量7%MgO、溫度為350℃時，NOx的轉化率高達98%。該型催化劑由于需求的反應溫度較窄，且投資成本高等原因限制了其規模化應用。

　　(2)金屬氧化物催化劑是目前低溫SCR工藝中應用較多主流之一。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，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域的研究熱點。幾類錳基催化劑中，MnO2表現的活性最高，如20 wt.% MnOx/TiO₂擁有豐富的Mn⁴⁺，其具備最優異的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向低溫過度。分子篩催化劑具有孔結構明顯、比表面積大，具有較強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。該技術相對成熟的低溫催化劑反應溫度還在300℃以上，穩定的應用于低溫SCR中還需進一步研究。

　　(4)碳材料催化劑效率高但易失效，且應用需進一步降低成本。碳材料催化劑具有比表面積大、導熱性能良好、吸附性強和化學穩定性等特點，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的發電、焚燒爐等有一些實際應用，但運行中還有反應氣體流速過高轉化效率降低、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，在低溫環境下易與催化劑或NH₃反應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，與催化劑反應造成的失活屬于不可逆失活，與NH₃反應造成的失活可通過加熱，使硫酸銨鹽分解恢復活性，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吸附干擾反應，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，其導致的催化劑活性降低是可以通過去除水蒸氣而恢復的，屬于可逆型的物理失活;化學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。低溫脫硝技術的難點在于水蒸氣和硫對催化劑的干擾，通過提高催化劑的抗SO₂和抗水性能來提高穩定性，同時降低催化劑成本，是煙氣脫硝技術研究、開發和應用的主要方向。