郝吉明院士：控制氮氧化物排放是改善空气质量关键

郝吉明

■我们的记者龙久尊

中国许多城市目前正遭受严重的空气污染，氮氧化物被认为是空气污染的主要原因。原因是氮氧化物排放造成的二次污染会产生各种环境影响:酸沉降、水体富营养化、臭氧、PM2.5、气候变化...

"因此，控制氮氧化物排放是改善我国空气质量的关键."近日，中国工程院院士、清华大学教授郝吉明在贵阳召开的第七届全国环境化学大会报告中表示。

氮氧化物主要来自发电厂的燃煤烟气和汽车尾气。郝吉明表示，仅通过优化锅炉燃烧和内部净化来控制氮氧化物远未达到日益严格的排放标准，“而氮氧化物的选择性催化还原(SCR)是最有效的净化方法”。

这种方法需要脱硝催化剂——其功能是促进还原剂与烟气中的氮氧化物选择性反应。郝吉明表示，关键在于高效低成本脱硝催化剂的设计。目前，该领域主要关注“高性能催化系统设计和复杂环境下的技术适应性”。

选择性催化还原催化剂可分为两类催化剂:主要用于燃煤烟气脱硝的金属氧化物和用于柴油车尾气氮氧化物控制的分子筛。

郝吉明表示，我国燃煤烟气脱硝的主流技术是NH3-SCR，但该技术存在高温选择性差、抗中毒能力弱、工作温度窗口窄等问题。在我国复杂的烟气排放特性(高灰、高钙、高硫)和不同负荷、宽工作温度下，很难满足脱硝的要求。

然而，脱硝催化剂的氧化还原和酸性是影响催化剂选择性、抗中毒和温度窗口的关键因素。

因此，郝吉明提出通过合理调整催化剂的氧化还原和酸性来设计新的催化剂体系，最终解决上述问题。

对于我国2003年以前建成的电厂，由于没有预留脱硝空间，烟气脱硝装置是在除尘或脱硫后安装的。此时，烟气温度已降至200℃以下。在这样的低温条件下将氮氧化物还原成氮是国内外学术界和工业界面临的一个挑战。

郝吉明认为，解决这个问题的关键仍然是探索新的活性成分。由于锰具有良好的低温活性，研究者将二氧化锰应用于低温脱硝领域，最终发明了锰铈锡三元复合氧化物催化剂体系。目前，该团队已经完成了从原料到脱硝催化剂制造的整个产业链工作，并先后完成了中试、中试和工业应用的全过程。

在分子筛研究方面，目前国际上的重点主要是小孔高硅CHA分子筛。郝吉明研究团队发现，铜/钙分子筛具有优异的脱硝活性和氮选择性，铜含量的增加将有效提高低温活性，并具有优异的抗水热老化和抗积碳性能，成为柴油车尾气净化的关键催化材料。

郝吉明表示，下一步需要对不同排放源的氮氧化物进行污染控制，但关键脱硝催化剂材料的研究和应用仍面临三大挑战。

一是如何回收再生和废弃的催化剂。“十二五”期间，脱硝装置将大规模安装。脱硝催化剂市场好坏参半。很难保证所有脱硝催化剂都能达到设计寿命。因此，脱硝催化剂的使用寿命和稳定性仍然是一个挑战。此外，今后如何再利用大量的废催化剂是下一个研究课题。

二是促进烟气中多种污染物的协调控制。零价汞是一种全球大气污染物。燃煤烟气是汞排放的主要来源之一。燃煤烟气汞排放控制已成为亟待解决的问题。研究了在高效脱氮的同时如何氧化汞。

第三，研发高效低成本的分子筛脱硝催化剂。对于柴油车尾气中氮氧化物的控制，虽然小孔分子筛负载铜的催化剂体系具有良好的脱硝性能、较高的热稳定性和抗积碳性，但对于国产劣质柴油，催化剂的抗硫性仍需解决。

此外，替代燃料车辆的废气排放控制也面临困难。含氧替代燃料会导致尾气中氮氧化物的排放增加，从而增加脱硝难度。非常规污染物(醛类、酸类等)的排放和危害。)在不同燃料汽车的尾气中也成为环境化学家必须关注的问题。

中国科学新闻(2013-10-22，第一版集锦)