学术科研

科研动态

环境学院获批国家重点研发计划“大气污染成因与控制技术研究”专项立项

时间:2016-11-28作者:环境学院

日前,国家科技管理信息系统公示了40余个国家重点研发计划重点专项和试点专项的2016年度项目清单,由我院常化振副教授主持负责的“基于碱性位调控研制NOx净化催化剂及抗中毒技术原理研究”(项目编号:2016YFC0203900,以下简称项目)名列其中,该项目属于“大气污染成因与控制技术研究”试点专项。

氮氧化物(NOx)是造成我国细颗粒物(PM2.5)、臭氧(O3)等大气污染问题的重要前体物。燃煤烟气是NOx排放的重要来源。然而,我国燃煤烟气排放特征复杂,NOx浓度变化大,实现超低排放任务十分艰巨。目前,烟气NOx控制技术中最成熟、应用最广泛的为选择性催化还原(SCR)脱硝技术。但现有SCR催化剂脱硝效率受众多指标制约,且活性温度窗口窄,应用时存在难以满足超低排放标准需求、低温活性差等难题。因此,在传统SCR技术基础上开发NO选择性催化氧化(NO-SCO)技术以及低温选择性催化还原(LT-SCR)技术,应对超低排放需求十分必要。燃煤烟气中常常含有SO2HCl等酸性气体组分。不论是NO-SCO催化剂还是LT-SCR催化剂,均需面对酸性气体中毒问题。催化剂抗酸性气体中毒性能的提高对NOx催化净化和解决上述环境技术问题至关重要。但如何有效解决催化剂面临的酸性气体中毒问题,突破NOx 净化催化剂的技术瓶颈,目前国内外并没有找到切实可行的有效途径。

经教育部推荐,中国人民大学联合福州大学等单位共同承担了本项目。本项目紧密围绕燃煤工业锅炉烟气超低排放的现实需求,提出设计开发具有自主知识产权的、耐硫耐氯性能强、稳定性好的实用型NO-SCOLT-SCR催化剂配方体系及工业化制备工艺包。本项目针对NOx浓度高的烟气开发NO-SCO技术,利用催化剂将SCR后烟气中残余的NO高效氧化为溶解度更高的NO2,并结合脱硫设施将NO2吸收除去,有望显著降低NOx排放浓度,实现烟气NOx超低排放;针对温度较低的烟气,开发LT-SCR技术(100-250℃),研制操作温度窗口更低的低温SCR催化剂,则能很好地满足低温烟气脱硝需求。

项目研究内容主要分为三个部分:

1、催化剂表面酸-碱性调控机制构建——理论基础

催化剂的开发和工艺优化,离不开理论指导与反应机制研究这些“智囊团”的“出谋划策”。本项目以催化剂表面反应为出发点,在现有理论和实验条件下,研究不同氧化物上的酸-碱性分布特征;研究形貌调变对酸-碱性分布的影响;构建催化剂表面酸-碱性调控机制,建立碱性位分布-SO2/HCl 吸附特性之间的响应关系;研究具有不同碱性位特征催化剂的SO2/HCl吸附特性,为后续催化剂设计研制提供理论支撑。

2、抗硫/氯中毒的NO-SCO催化体系开发——先锋队

本着解决实际问题的目的,紧密联系实例,结合现有工艺条件,研究具有不同碱性位特征催化剂的NO吸附特性,将碱性位分布与NO 吸附特性(SO2/HCl存在时)进行关联,建立起碱性位分布与NO吸附特性(SO2/HCl 存在时)之间的定性-定量关系。使得实验实现定性,最好是定量化的预期目标。所谓“擒贼先擒王”,先设计研制NO催化氧化核心组分,再选好催化剂体系并调控其性能,发挥“先锋队”的重要作用。研究催化剂对SO2的氧化性能,通过调变助剂和添加组分抑制SO2氧化率,实现SO2存在时的NO高效选择性催化氧化。

从碱性位控制和微观结构调控两方面优化确定最佳配方体系。选取前述筛选的主要活性组分和助剂,制备优良结构和材料,考察不同结构材料的碱性位分布及结构改变对NO 催化活性的影响。研究SO2HCl以及水蒸气等特征共存污染物对催化活性影响,探索利用结构调控改善催化剂抗硫性的可能性,从而开发稳定实用的NO-SCO催化体系。研究考察利用吸收法除NO2效果,评估实现NOx超低排放的可行性,形成与现有烟气治理技术匹配可行性评估报告。

3、基于碱性位控制策略的新型抗硫LT-SCR催化剂开发——狙击手

如果说催化剂的开发是“先锋队”,那么揭示不同强度碱性位的SO2中毒规律就扮演了“狙击手”的角色,在“定点清除”方面自有其出其不意之处。选取多种活性组分制备低温SCR催化剂,建立碱性位分布征与催化活性、SO2中毒反应速率之间的关系模型,揭示酸碱调控机制下的SO2中毒规律。选择不同活性组分和助剂对催化剂进行掺杂改性,调控表面强碱性位分布,抑制SO2对催化剂的中毒作用。

针对燃煤工业锅炉温度较低的烟气,围绕LT-SCR催化剂易SO2中毒难题,通过碱性位控制策略和材料结构调控合成新型LT-SCR催化剂,改善催化剂抗硫性能,开发出具有自主知识产权的低温高效、抗硫中毒、高稳定性的LT-SCR催化剂,在100-250℃范围实现低温脱硝,并建立实用型催化剂批量制备工艺。

研究H2OSO2共存对催化剂活性影响并提高催化剂烟气适应性。研究H2OSO2共存对催化活性影响,通过调变助剂成份提高催化剂抗水性,开发具有自主知识产权的、耐水耐硫的新型LT-SCR催化剂。基于新型催化剂配方,考察多因素对催化剂活性和稳定性影响,形成具有自主知识产权的新型催化剂配方和制备工艺。


本项目基于催化反应基本理论,构建表面酸-碱性调控机制,针对传统SCR后残余NO开发抗硫/氯中毒的NO-SCO催化体系,针对低温烟气开发新型耐硫LT-SCR技术,力求突破NO 催化氧化及低温SCR中的耐SO2HCl等性能差的技术瓶颈,实现氮氧化物的高效催化净化,形成具有自主知识产权的NO催化氧化和低温SCR脱硝技术,对燃煤工业锅炉深度减排具有重要意义。该项目的实施能够实现一项理论创新和两项技术突破,其中碱性位调控机制可以显著提高工业锅炉烟气催化净化理论水平。NO-SCO结合脱硫设施实现NOx的深度减排为达到超低排放提供一条崭新的思路,抗硫LT-SCR 技术则将有效解决众多工业锅炉低温烟气脱硝难题,后两者将为实现燃煤工业锅炉NOx超低排放提供重要技术支撑。该项目对于控制我国NOx排放,改善大气环境质量必将产生巨大的环境效益和社会效益。

重点专项是国家重点研发计划组织实施的载体,是聚焦国家重大战略任务、围绕解决当前国家发展面临的瓶颈和突出问题、以目标为导向的重大项目群。重点专项下设项目,根据项目不同特点可设任务(课题),指南以项目形式进行征集。按照国发64号文件关于先期启动5-10个试点专项的要求,科技部、财政部、发展改革委会同相关部门凝练形成了“大气污染成因与控制技术研究”等6个试点专项。


责任编辑:张昱蕾

上一篇:我院蓝虹教授解读习主席新年贺词... 下一篇:我院讲座教授Geoffrey ...
分享到: