柴油车尾气中NOx净化的催化剂
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NH3-SCR 催化剂是 SCR 技术应用过程中重要的组成部分，其催化性能直接影响到 SCR 系统的整体脱硝效率。NH3-SCR 催化剂的投资占据了 SCR 系统初期建设成本的 20%，运营 期催化剂的更换与还原剂的消耗是 SCR 系统运行费用的最主要来源。从目前研究和应用情 况来看，机动车尾气净化中使用的 SCR 催化剂主要包括两类催化剂：金属氧化物催化剂和 分子筛催化剂。
表1. SCR催化剂的特性
低温性能 (气体中只含NO) NO2对性能的影响
热稳定性
钒基催化剂
好
对SCR性能有一定改 善，但是实际应用时
并不需要。 好。但是在600oC以上 时，活性下降很快。
抗硫性
好
铜基催化剂 很好
NO2可以略微改善 SCR性能。
高 差
铁基催化剂
差 NO2可以显著改善 SCR性能，最高时可 以提高50%以上。
金属氧化物催化剂在 NH3-SCR 反应中表现出了较好的催化活性，燃煤电站装配的 NH3-SCR 催化剂一般将 V2O5 负载于具有锐钛矿结构的 TiO2 上，并掺杂 WO3 或 MoO3 进行 改性，以 V2O5-WO3/TiO2 研究及应用较多。由于在固定源 SCR 技术中的成功应用，研究者 期待能将 V2O5-WO3/TiO2 催化剂用于柴油车尾气 NOx 净化。柴油车尾气净化中普遍采用颗 粒物捕集器（DPF）以去除碳烟颗粒物，DPF 一般采用电加热法进行再生，而再生时碳烟燃 烧会导致尾气温度达到 800℃以上。这样的高温情况下，V2O5/TiO2 催化剂的性能往往发生 一定变化，从而限制了其在柴油车尾气 NOx 净化的实际应用。比如 V2O5/TiO2 催化剂易氧 化 SO2 生成 SO3，主要活性组分矾为剧毒物质在 650℃以上时易挥发形成二次污染、550℃ 以上时催化剂载体二氧化钛晶形发生转变导致催化剂失活和选择性降低等。
分子筛催化剂，特别是Fe-ZSM-5、Cu-ZSM-5等催化剂，表现出了较高的NH3-SCR反应 活性、较好的抗水抗硫性能和稳定性，被看作是最有可能在机动车上广泛应用的催化剂之一。 尽管如此，研究者期待Fe-ZSM-5和Cu-ZSM-5催化剂的活性窗口能进一步拓宽，以满足机动 车尾气排放控制的需要。一般认为，Fe-ZSM-5在300℃以下的活性，Cu-ZSM-5在350℃以上 的活性仍有较大的提升空间。我们课题组对不同分子筛载体的催化剂反应性能进行初步探 索，发现Fe/Beta和Fe/MOR催化剂具有最好的反应活性和最宽的温度窗口（见图1）。可以看 出，Fe/Beta和Fe/MOR也是极有发展潜力的柴油车尾气中NO净化的SCR催化剂。表1汇总了 钒基、铜基和铁基SCR催化剂的基本特征。 附录 表1. SCR催化剂的特性 图1. 不同分子筛催化剂上NH3-SCR反应活性
柴油车尾气中 NOx 净化的催化剂简介
清华大学环境科学与工程系 李俊华教授研究组 （仅供内部交流使用！）
国内外关于柴油车尾气中NOx的净化方法主要是采用外加还原剂的选择性催化还原 NOx技术，可以分为碳氢选择性催化还原（HC-SCR）、氨气选择性催化还原（NH3-SCR）。 尽管经过长期的研究，几乎所有HC-SCR催化剂仍然存在净化效率低、温度窗口窄和稳定性 差等问题。目前来看，NH3-SCR仍然是最有希望在柴油车尾气NOx净化中得到广泛应用的技 术。由于该技术在柴油车上应用时氨气由尿素水解制得，所以该技术也称为尿素选择性催化 还原技术（Urea-SCR）。
高
好
100
80
NOx转化率 / %
60
40ຫໍສະໝຸດ Baidu
Fe-ZSM-5
Fe-Beta
20
Fe-Mordenite
Fe-Ferrierite
Fe-Y
0
Fe-4A
100
200
300
400
500
600
温度 / oC
图1. 不同分子筛催化剂上NH3-SCR反应活性
反应条件：NH3 1000 ppm, NO 1000ppm, O2 5%, He为平衡气，空速1.9×105 h-1。
表1. SCR催化剂的特性
低温性能 (气体中只含NO) NO2对性能的影响
热稳定性
钒基催化剂
好
对SCR性能有一定改 善，但是实际应用时
并不需要。 好。但是在600oC以上 时，活性下降很快。
抗硫性
好
铜基催化剂 很好
NO2可以略微改善 SCR性能。
高 差
铁基催化剂
差 NO2可以显著改善 SCR性能，最高时可 以提高50%以上。
金属氧化物催化剂在 NH3-SCR 反应中表现出了较好的催化活性，燃煤电站装配的 NH3-SCR 催化剂一般将 V2O5 负载于具有锐钛矿结构的 TiO2 上，并掺杂 WO3 或 MoO3 进行 改性，以 V2O5-WO3/TiO2 研究及应用较多。由于在固定源 SCR 技术中的成功应用，研究者 期待能将 V2O5-WO3/TiO2 催化剂用于柴油车尾气 NOx 净化。柴油车尾气净化中普遍采用颗 粒物捕集器（DPF）以去除碳烟颗粒物，DPF 一般采用电加热法进行再生，而再生时碳烟燃 烧会导致尾气温度达到 800℃以上。这样的高温情况下，V2O5/TiO2 催化剂的性能往往发生 一定变化，从而限制了其在柴油车尾气 NOx 净化的实际应用。比如 V2O5/TiO2 催化剂易氧 化 SO2 生成 SO3，主要活性组分矾为剧毒物质在 650℃以上时易挥发形成二次污染、550℃ 以上时催化剂载体二氧化钛晶形发生转变导致催化剂失活和选择性降低等。
分子筛催化剂，特别是Fe-ZSM-5、Cu-ZSM-5等催化剂，表现出了较高的NH3-SCR反应 活性、较好的抗水抗硫性能和稳定性，被看作是最有可能在机动车上广泛应用的催化剂之一。 尽管如此，研究者期待Fe-ZSM-5和Cu-ZSM-5催化剂的活性窗口能进一步拓宽，以满足机动 车尾气排放控制的需要。一般认为，Fe-ZSM-5在300℃以下的活性，Cu-ZSM-5在350℃以上 的活性仍有较大的提升空间。我们课题组对不同分子筛载体的催化剂反应性能进行初步探 索，发现Fe/Beta和Fe/MOR催化剂具有最好的反应活性和最宽的温度窗口（见图1）。可以看 出，Fe/Beta和Fe/MOR也是极有发展潜力的柴油车尾气中NO净化的SCR催化剂。表1汇总了 钒基、铜基和铁基SCR催化剂的基本特征。 附录 表1. SCR催化剂的特性 图1. 不同分子筛催化剂上NH3-SCR反应活性
柴油车尾气中 NOx 净化的催化剂简介
清华大学环境科学与工程系 李俊华教授研究组 （仅供内部交流使用！）
国内外关于柴油车尾气中NOx的净化方法主要是采用外加还原剂的选择性催化还原 NOx技术，可以分为碳氢选择性催化还原（HC-SCR）、氨气选择性催化还原（NH3-SCR）。 尽管经过长期的研究，几乎所有HC-SCR催化剂仍然存在净化效率低、温度窗口窄和稳定性 差等问题。目前来看，NH3-SCR仍然是最有希望在柴油车尾气NOx净化中得到广泛应用的技 术。由于该技术在柴油车上应用时氨气由尿素水解制得，所以该技术也称为尿素选择性催化 还原技术（Urea-SCR）。
高
好
100
80
NOx转化率 / %
60
40ຫໍສະໝຸດ Baidu
Fe-ZSM-5
Fe-Beta
20
Fe-Mordenite
Fe-Ferrierite
Fe-Y
0
Fe-4A
100
200
300
400
500
600
温度 / oC
图1. 不同分子筛催化剂上NH3-SCR反应活性
反应条件：NH3 1000 ppm, NO 1000ppm, O2 5%, He为平衡气，空速1.9×105 h-1。