乙醇浸渍提升低温脱硝催化剂活性

钱伯章 2026-11-06

研究团队以乙醇替代水浸渍制备活性炭负载锰催化剂，150℃、空速20000 h⁻¹下NOx转化率达96.3%（水系对照82.9%）；最优条件为8%锰负载、200℃空气煅烧，有望降低低温烟气再热能耗。

一个研究团队于2026年3月11日报告了一种新的催化剂制备策略：在浸渍步骤中以乙醇替代水，可显著提升用于工业废气脱硝的碳基催化剂低温性能。该工作针对氨选择性催化还原（NH₃-SCR）过程，这一工艺可将氮氧化物转化为氮气和水。

氮氧化物（NOx）是发电厂和重工业燃烧化石燃料过程中产生的有害空气污染物，会导致烟雾、酸雨以及一系列环境与健康影响，因此许多设施在排放前采用氨选择性催化还原系统控制排放。传统催化剂通常在约300至400摄氏度之间效果最佳，但钢铁、水泥和玻璃等行业的废气温度通常较低，往往需要重新加热才能达到催化剂的运行温度范围。

为克服这一局限，研究人员开发了负载在活性炭上的锰氧化物催化剂。活性炭因比表面积高、吸附能力强被选作载体；方法上的关键变化是，在将锰前体沉积到碳载体的浸渍步骤中，以乙醇而非水作为溶剂。测试表明，乙醇的极性和表面张力低于水，能更有效地润湿碳表面并深入孔隙，使活性组分分布更均匀、避免局部聚集。该制备方法结合乙醇辅助浸渍与低温煅烧：通过调整煅烧温度和气氛，团队调控了材料表面化学性质，使锰更多地以Mn⁴⁺形态存在，并增加直接参与氧化还原步骤的活性表面氧。Mn⁴⁺这一氧化态在氨选择性催化还原条件下对氮氧化物的催化还原起关键作用。

实验室测试显示，在150摄氏度、气体体积空速20000 h⁻¹条件下，以乙醇为浸渍溶剂制备的活性炭负载锰氧化物催化剂，NOx转化效率达到96.3%；以水为浸渍溶剂制备的同类催化剂在相同条件下为82.9%。团队还确定了最佳制备参数：锰负载量8%、在200摄氏度空气中煅烧。在该条件下，材料中Mn⁴⁺比例较高、表面氧活性较强，两者被认为是推动氨选择性催化还原反应的关键因素。

除性能指标外，作者强调，乙醇辅助路线不需要复杂的新型设备或特殊加工步骤，只需少量改动即可整合到现有催化剂生产线，有助于降低商业应用门槛。较低的运行温度也意味着节能潜力，废气或无需过多额外加热即可达到有效反应温度。对于钢铁、水泥和玻璃等行业中处理相对低温废气的环节，该催化剂设计有望提供一种更高效的废气处理方案。

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