目前
，脫硝工程已在中國華能集團有限公司
、中國大唐集團有限公司、中國神華集團有限責任公司等全國280多家火電、建材、化工行業應用，近五年新增經濟效益24.5億元。

◎本報記者 金 鳳 通訊員 楊 芳

“富煤、貧油、少氣的資源稟賦，決定了我國以煤為主的能源結構在很長時間內難以得到根本改變。如何科學地、最大限度地降低煤在燃燒過程中產生的大氣汙染和CO2排放
，是環境科技工作者必須關注和解決的重大問題。”在南京工業大學材料科學與工程學院教授沈嶽鬆看來，“煤改氣”是減汙降碳的重要發展舉措之一。

然而，煤改氣過程中高溫型氮氧化物排放會增加
，而氮氧化物是形成PM2.5、酸雨、霧霾和臭氧等汙染物的重要前體物。因此，氮氧化物治理，也就是“脫硝”是大氣汙染長久治理的重點

，也是“十四五”期間控製PM2.5和臭氧等多汙染物的關鍵。

日前

，由沈嶽鬆主持的項目《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》，在2022年度中國化工學會科學技術獎評審中獲得技術發明獎一等獎。

探索將稀土鈰用於煙氣脫硝

“對於當前的大氣汙染治理來說
，脫硝任務更加突出，氮氧化物超低排放是當前耗能產業亟待解決的難題。”沈嶽鬆介紹，煙氣脫硝治理的關鍵在於應用高效脫硝催化劑。在此方麵，我國前期引進
、xiaohuaxishouleguowaifanjituoxiaocuihuajijishu
，suiranbufenhuanjieledanyanghuawudewuran，danyinqihuoxingzufenwuyanghuaerfanshushuirongxingjuduwuzhi，tabujinzaishengchanshiyongzhong
，erqiezaifeiqihourengjugaoduxing。ruguofeiqi，huiweixiehuanjinganquan，nanyishixianlvsekechixufazhan。

“水溶性五氧化二釩用於脫硝催化劑還存在三個弊端。”沈shen嶽yue鬆song介jie紹shao，五wu氧yang化hua二er釩fan在zai脫tuo硝xiao過guo程cheng中zhong會hui將jiang煙yan氣qi中zhong存cun在zai的de二er氧yang化hua硫liu高gao效xiao催cui化hua氧yang化hua為wei三san氧yang化hua硫liu

，低di溫wen時shi三san氧yang化hua硫liu又you易yi與yu氨an反fan應ying生sheng成cheng大da量liang硫liu銨an鹽yan；其次
，五氧化二釩高溫揮發性會造成二次汙染和催化劑失活
，不適用高溫脫硝；再次
，廢棄有毒釩基催化劑已於2014年被生態環境部列入危廢監管

，無害化處理費用高。

因此，研發環境友好型脫硝催化劑成為全世界環保的共同需求。

南京工業大學材料科學與工程學院教授祝社民介紹，就脫硝催化劑而言，目前有貴金屬、分子篩和金屬氧化物等三大類，但貴金屬催化劑動輒每立方米近百萬元，分子篩脫硝催化劑又易發生灰堵，而金屬氧化物成本低、熱穩定性高

、抗中毒能力強，可以逐步取代貴金屬成為有發展前景的煙氣脫硝催化材料。

“稀土鈰在我國具有高豐度、價廉等特點。”祝社民表示，輕稀土鈰是開采重稀土時產生的廢渣，亟須進行高值化利用。而二氧化鈰的高豐度、環境友好、廉價及其獨特的氧化還原性質，使它進入學者們的研究視野。但二氧化鈰的酸性弱、高溫水熱穩定差和活性窗口窄等缺點
，讓它不能直接用於替代五氧化二釩。

2005年沈嶽鬆攻讀碩士學位時，便在導師祝社民的指導下，開始研究稀土基催化劑，並對稀土鈰“一往情深”。稀土鈰具有脫硝所必備的獨特氧化還原性質，且組分對環境友好，有替代五氧化二釩的可能性。

為(wei)使(shi)稀(xi)土(tu)二(er)氧(yang)化(hua)鈰(shi)既(ji)能(neng)替(ti)代(dai)五(wu)氧(yang)化(hua)二(er)釩(fan)成(cheng)為(wei)脫(tuo)硝(xiao)催(cui)化(hua)劑(ji)，又(you)能(neng)克(ke)服(fu)自(zi)身(shen)弊(bi)端(duan)
，沈(shen)嶽(yue)鬆(song)領(ling)銜(xian)團(tuan)隊(dui)走(zou)上(shang)了(le)化(hua)學(xue)催(cui)化(hua)與(yu)材(cai)料(liao)科(ke)學(xue)融(rong)合(he)創(chuang)新(xin)之(zhi)路(lu)。

三個創新點助稀土基催化劑實現大規模應用

近jin二er十shi年nian的de時shi間jian，沈shen嶽yue鬆song逐zhu漸jian掌zhang握wo稀xi土tu鈰shi的de性xing能neng
，率lv先xian提ti出chu並bing成cheng功gong研yan製zhi了le以yi其qi為wei主zhu活huo性xing組zu分fen的de綠lv色se高gao效xiao脫tuo硝xiao催cui化hua劑ji，通tong過guo三san個ge創chuang新xin發fa明ming點dian揚yang長chang補bu短duan，實shi現xian了le稀xi土tu基ji催cui化hua劑ji全quan生sheng命ming周zhou期qi綠lv色se高gao效xiao脫tuo硝xiao和he大da規gui模mo工gong業ye應ying用yong。

首(shou)先(xian)，團(tuan)隊(dui)創(chuang)建(jian)了(le)高(gao)效(xiao)鈰(shi)基(ji)複(fu)合(he)氧(yang)化(hua)物(wu)脫(tuo)硝(xiao)催(cui)化(hua)劑(ji)新(xin)體(ti)係(xi)，實(shi)現(xian)煙(yan)氣(qi)脫(tuo)硝(xiao)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)環(huan)境(jing)友(you)好(hao)，為(wei)高(gao)豐(feng)度(du)稀(xi)土(tu)鈰(shi)高(gao)附(fu)加(jia)值(zhi)利(li)用(yong)開(kai)辟(pi)了(le)新(xin)路(lu)徑(jing)。

“通tong過guo鋯gao等deng助zhu催cui化hua元yuan素su的de強qiang相xiang互hu作zuo用yong，增zeng強qiang催cui化hua劑ji的de固gu體ti表biao麵mian酸suan性xing，弱ruo化hua了le二er氧yang化hua硫liu的de吸xi附fu與yu轉zhuan化hua，增zeng強qiang了le催cui化hua劑ji抵di抗kang硫liu氧yang化hua物wu毒du化hua的de能neng力li，使shi得de稀xi土tu基ji催cui化hua劑ji較jiao之zhi釩fan基ji催cui化hua劑ji的de二er氧yang化hua硫liu向xiang三san氧yang化hua硫liu的de轉zhuan化hua率lv降jiang低di了le60%。”沈嶽鬆介紹，新型稀土基係列催化劑脫硝效率高，活性溫度寬，使用壽命超過5年，顯著優於商用中溫釩基催化劑。

其(qi)次(ci)
，團(tuan)隊(dui)發(fa)明(ming)了(le)整(zheng)體(ti)蜂(feng)窩(wo)式(shi)脫(tuo)硝(xiao)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)關(guan)鍵(jian)製(zhi)備(bei)技(ji)術(shu)
，解(jie)決(jue)了(le)蜂(feng)窩(wo)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)高(gao)活(huo)性(xing)與(yu)高(gao)強(qiang)度(du)難(nan)以(yi)並(bing)存(cun)的(de)問(wen)題(ti)，實(shi)現(xian)了(le)載(zai)體(ti)鈦(tai)白(bai)粉(fen)的(de)國(guo)產(chan)化(hua)。

“我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。”團隊成員
、教授級高工王誌民介紹，釩基催化劑在脫硝反應器隻能承受小於1.5兆帕壓力，而稀土基催化劑抗壓強度至少可達3兆帕。通過化學修飾、納米改性，團隊提升了國產鈦白粉性能，既解決了其脊性成型難問題，又使原料成本下降了20%。

再(zai)次(ci)
，團(tuan)隊(dui)開(kai)發(fa)了(le)輕(qing)稀(xi)土(tu)基(ji)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)應(ying)用(yong)與(yu)再(zai)生(sheng)利(li)用(yong)技(ji)術(shu)
，實(shi)現(xian)了(le)稀(xi)土(tu)基(ji)催(cui)化(hua)劑(ji)在(zai)不(bu)同(tong)工(gong)況(kuang)下(xia)脫(tuo)硝(xiao)低(di)氨(an)逃(tao)逸(yi)的(de)高(gao)效(xiao)穩(wen)定(ding)運(yun)行(xing)和(he)循(xun)環(huan)再(zai)生(sheng)。

“我們開發了提前響應噴、閉氨的方法，實現了稀土脫硝催化劑在波動工況下儲
、釋氨性能的高效穩定。”沈嶽鬆介紹，他們還研發了失活催化劑負壓清灰、超聲水洗及活性修複等係列再生新工藝及裝備

，二次脫硝成本降低40%。同時，他們將廢棄的稀土催化劑資源化製備成多孔陶瓷膜催化劑
、鈦基紡織瓷及催化膠結電石渣磚等。“為了更好地保護環境，我們變廢為寶
，使廢渣再次發揮作用
，實現了稀土催化劑的全生命周期的綠色可持續發展。”他說。

團隊成員陳英文教授介紹

，2016年，稀土基脫硝催化劑被工業和信息化部、科學技術部和環境保護部三部委聯合指定為釩基脫硝催化劑的替代品
，脫硝工程已在中國華能集團有限公司
、中國大唐集團有限公司、中國神華集團有限責任公司等全國280多家火電、建材、化工行業應用，近五年新增經濟效益24.5億元。