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氮氧化物（NOx）作为大气主要污染物之一,对人体健康和生态环境造成严重损害。氨选择性催化还原技术（NH3-SCR）是实现NOx减排最为有效的技术之一,其核心是催化剂。近年来,由于NOx排放主力从电力热力行业转移到非电行业和移动源,NH3-SCR技术的应用面临诸多新的问题,如部分非电行业脱硝工况温度较燃煤电厂偏低、垃圾焚烧和石油化工行业的烟气存在二噁英和氯代烃类等有毒有机物、柴油机车尾气含有高浓度水蒸气等,这对催化剂的适应性提出新的要求。基于上述背景,本文从适应中低温环境SCR催化剂设计优化、适应协同减排二噁英SCR催化剂机理探索和适应高湿环境SCR催化剂性能调控三个方面展开研究,主要研究成果如下:（1）针对适应中低温环境的低成本SCR催化剂研制,本文以工业炼铝废弃物赤泥作为原料,采用选择性酸溶解提炼α-Fe2O3活性组分并结合稀土元素Ce构筑氧化位点,探究了 Ce前驱体对催化剂氧化还原性能的调控作用与低温脱硝活性改善的内在关系。研究发现,Ce（NO3）3和Ce（NH4）2（NO3）6改性赤泥（RMcn和RMcan）的活性温度窗口（脱硝效率＞90%）较于酸溶解处理赤泥（RM）分别向低温方向拓展70℃和50℃,而Ce（SO4）2改性赤泥（RMcs）的中低温脱硝活性恶化;这归因于RMcn和RMcan中CeOx物种和界面处的Fe-O-Ce桥键提升了表面晶格氧O2-迁移率从而改善催化剂氧化性能,而RMcs表面由硫酸盐产生的Br（?）nsted酸位点诱使惰性氨吸附物种形成,且硫酸盐毒化Fe位点使得NO吸附受阻,同时抑制了 SCR反应按E-R机理和L-H机理进行。（2）为厘清适应协同减排二噁英SCR催化剂的反应机理,本文基于典型SCR催化剂V205-WO3/TiO2,以氯苯为二噁英的模型分子,考察了氯苯对SCR反应物种吸附行为和反应活性的影响机制并阐明了 SCR脱硝环境下氯苯的演化过程。结果表明,由氯苯亲核取代产生的Cl物种与V原子结合形成氯化盐,提升了 V-OH-Ti桥联羟基中H的活性从而增强了表面Br（?）nsted酸度;脱氯后苯环键合于V=O位点,削弱了 NO吸附物种成键强度从而不利于活性cis-N2O22-形成;此外,提出了氯苯催化氧化路径,并发现NO和O2的存在有利于氯苯深度氧化而NH3表现为抑制作用。（3）对于适应高湿环境的SCR催化剂开发,本文首先采用选择性硅溶解处理ZSM-5型分子筛构建富铝表层,增强表面电荷密度以促进Cu离子锚定和功能化;在此基础上,应用磷修饰优化表面Cu离子配位环境,在高湿度环境中促使Cu离子转化形成具有高SCR活性的Cu水合物,提升了催化剂的高湿适应能力。研究显示,选择性硅溶解处理暴露出分子筛骨架中[AlO4]中心,提高了离子交换过程中Cu离子率和活性[Cu（OH）]+-Z含量,确定0.2 M为选择性硅溶解中NaOH水溶液的最优浓度,由此制备的CZ（0.2）在＜300℃具有最佳的脱硝活性,温度窗口较未处理的催化剂拓宽了 75℃;磷在高湿环境中与水协同作用推动了 Cu物种的迁移重构形成[Cu（OH）（H2O）x]+PO3-水合物,降低了NH3摘氢活化和NH2NO分解的反应能垒,因此磷修饰制备的CPZ（0.2）在200 ℃高湿度环境中NO转化率较于干燥环境中增加了 27.9%。本文提供了 SCR中低温活性位点的构筑方案、SCR脱硝耦合CB催化氧化双功能催化剂的研发指导和适应高湿环境催化剂的调控策略,具有较大的理论价值和工业应用价值。

关键词：氮氧化物 SCR催化剂中低温协同减排高湿环境 DFT计算

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