守護藍天白云——記輕稀土基整體蜂窩式煙氣脫硝催化劑的關鍵技術及產業化應用項目

　　研發環境友好的脫硝催化劑一直是國際環保的重大需求。南京工業大學沈岳松教授團隊聯合山東天璨環?？萍加邢薰就瓿傻摹拜p稀土基整體蜂窩式煙氣脫硝催化劑的關鍵技術及產業化應用”項目首次提出并成功研制了以輕稀土氧化鈰為主活性組分的綠色高效脫硝催化劑，填補了國內外煙氣脫硝無毒催化劑技術的空白，實現了大規模工業化應用，近五年新增經濟效益達24.5億元。該項目也因此于近日獲得中國化工學會技術發明一等獎。

　　脫硝是減污降碳關鍵

　　為了打贏“藍天保護戰”和實現“雙碳”目標，煤改氣成為減污降碳發展的重要舉措。然而，煤改氣過程中會產生更多的氮氧化物?！按髿馕廴居纱碎_始從硫酸型霧霾轉變為硝酸型霧霾，脫硝任務更加突出，氮氧化物超低排放成為當前耗能產業亟待解決的關鍵難題?！鄙蛟浪山榻B說，煙氣脫硝治理的關鍵在于選擇性催化還原高效脫硝催化劑的應用。

　　目前，我國存在貴金屬和分子篩兩種脫硝催化劑，但貴金屬催化劑動輒每立方米近百萬元，分子篩脫硝催化劑易發生灰堵等情況。此外，我國前期引進的國外釩基脫硝催化劑技術，雖然部分緩解了氮氧化物的污染，但因其活性組分五氧化二釩屬水溶性劇毒物質，威脅環境安全，難以實現綠色可持續發展。

　　稀土基催化劑問世

　　“稀土在我國具有高豐度、價廉等特點?！蹦暇┕I大學祝社民教授介紹說，開采重稀土時產生的輕稀土廢渣即氧化鈰，憑借環境友好、強氧化還原特性得以脫穎而出?！暗?，氧化鈰存在酸性弱、易硫中毒、高溫水熱穩定性差和活性窗口窄等不足，不能直接用于替代五氧化二釩?！弊Ｉ缑癖硎?。

　　歷經多年研究，沈岳松團隊首次提出并成功研制了以輕稀土氧化鈰為主活性組分的綠色高效脫硝催化劑，通過創建高效鈰基復合氧化物脫硝催化劑新體系、發明整體蜂窩式脫硝催化劑的關鍵制備技術及輕稀土基催化劑的應用與再生利用技術，揚其長補其短，實現了稀土基催化劑全生命周期綠色高效脫硝和大規模工業應用。

　　據項目團隊成員陳英文教授介紹，他們創建了高效鈰基復合氧化物脫硝催化劑新體系，通過引入鋯等助催化元素，提高了催化劑的固體表面酸性，增強了抗水硫中毒和熱穩定性，實現了煙氣脫硝催化劑的環境友好，為高豐度輕稀土氧化鈰高附加值利用開辟了新路徑。新型稀土基系列催化劑脫硝效率高、活性溫度寬、使用壽命長，顯著優于商用中溫釩基催化劑。

　　“通過化學修飾、納米改性，我們發明了整體蜂窩式脫硝催化劑的關鍵制備技術，解決了蜂窩催化劑高活性與高強度難以并存的難題?！表椖繄F隊成員、教授級高工王志民介紹，他們提升了材料強度和催化活性，使稀土基催化劑的強度、硬度較之釩基催化劑提高了2~3倍。工程試驗運行結果表明，稀土基催化劑抗壓強度至少可達3兆帕，經歷4次爆管依舊完整無損，運行時間超過5年。

　　此外，項目團隊還開發了輕稀土基催化劑的應用與再生利用技術。他們研發了失活催化劑負壓清灰、超聲水洗及活性修復等系列再生新工藝及裝備，二次脫硝成本降低40%;發明了廢棄稀土催化劑資源化制備多孔陶瓷膜催化劑、鈦基紡織瓷及催化膠結電石渣磚等新技術，實現了輕稀土基催化劑的應用與再生利用，引領了稀土催化劑的綠色可持續發展。

　　工業應用效益顯著

　　據項目團隊成員李慧遠工程師介紹，2016年，稀土基脫硝催化劑被國家三部委指定為釩基脫硝催化劑的替代品，并已建成世界最大脫硝催化劑生產線，在山東天璨環?？萍加邢薰?、內蒙古希捷環?？萍加邢挢熑喂緦崿F量產，產能達5萬立方米/年。項目成果已在中國華能集團有限公司、中國大唐集團有限公司等全國280多家企業進行應用，近五年新增經濟效益24.5億元。

　　據悉，該項目先后獲發明專利授權34件，主導制訂了稀土型SCR脫硝催化劑國家標準，入選國際百強環保技術、國家鼓勵發展的重大環保技術及工信部《重點新材料首批次應用示范指導目錄》，獲評中國產學研合作創新成果獎一等獎、中國專利優秀獎等。

　　“打贏‘藍天保衛戰’任重而道遠，需要對大氣污染的來源、排放特征和工況因素等進行深入研究，涉及氮氧化物與揮發性有機化合物(VOCs)、PM2.5、臭氧等多污染物協同控制?！鄙蛟浪杀硎?，下一步，他將帶領團隊就多污染物協同控制進行深入研究，希望能夠實現“一鍵處理”。