南工大团队研发无钒稀土基脱硝催化剂

脱硝催化剂是工业烟气治理的关键材料，能够帮助氮氧化物转化为无害的氮气和水。然而，长期以来广泛使用的钒基催化剂，其活性组分五氧化二钒却具有毒性，在使用和废弃处置过程中存在环境风险。有没有一种催化剂，既能高效脱硝，又能避免新的环境隐患？ 为了寻找传统钒基催化剂的绿色“替身”，南京工业大学材料科学与工程学院教授沈岳松团队潜心攻关二十余年，成功研发出环境友好型无钒稀土基脱硝催化剂。近日，该成果荣获第26届中国国际工业博览会CIIF创新引领奖，成为本届唯一获奖的江苏高校项目。 2005年，在导师祝社民教授、沈树宝教授的指导下，沈岳松开始探索传统钒基催化剂的替代材料。他和团队深入研究脱硝反应机理，分析不同催化材料的性能特点，最终将目光投向我国资源丰富的轻稀土元素铈。 “为什么是铈？关键在于它独特的氧化还原性能。”沈岳松解释，铈能够在三价和四价之间灵活转换，有利于催化反应中的电子转移，为高效脱硝提供了重要条件。 然而，铈的优势鲜明，不足也同样突出。工业烟气脱硝需要氨气参与反应，而氧化铈表面偏碱性，对氨气的吸附能力不足。此外，烟气中的二氧化硫等还会导致催化剂失活。 经过持续攻关，沈岳松团队通过多组分协同催化设计，将铈与锡、钨等元素相结合，构筑表面酸性较强的铈基复合氧化物，从而改善了氨气吸附能力，提升了催化剂的脱硝性能、抗硫中毒能力和热稳定性，让稀土铈基复合氧化物逐步具备替代传统钒基催化剂的条件。 材料取得突破，只是第一步。要让新材料真正应用于工业生产，还必须解决制造工艺中的难题。“催化剂粉体黏性不足、塑性较差，难以挤成薄壁、多孔的蜂窝式催化剂，干燥、焙烧过程易开裂。”团队成员刘优林介绍，为此，他们研制特种粘结剂和造孔剂，构建珊瑚状微结构，攻克瘠性铈基料难成型瓶颈，开发出高强度蜂窝式催化剂先进智能制造量产技术。最终，稀土基催化剂的强度、硬度较传统钒基催化剂提高2至3倍，使用寿命比钒基长1倍。 如今，团队一步步推动科研成果走向规模化生产，与山东天璨环保科技有限公司合作，建成全球最大的稀土基脱硝催化剂生产基地，年产能达5万立方米。产品成功应用于中国华能、国家能源等五大电力以及中石化、中新钢铁等大型集团600多个脱硝工程，累计减排氮氧化物约300万吨。