研发环境友好的脱硝催化剂一直是国际环保的重大需求。南京工业大学沈岳松教授团队联合山东天璨环保科技有限公司完成的“轻稀土基整体蜂窝式烟气脱硝催化剂的关键技术及产业化应用”项目首次提出并成功研制了以轻稀土氧化铈为主活性组分的绿色高效脱硝催化剂，填补了国内外烟气脱硝无毒催化剂技术的空白，实现了大规模工业化应用，近五年新增经济效益达24.5亿元。该项目也因此于近日获得中国化工学会技术发明一等奖。

　　为了打赢“蓝天保护战”和实现“双碳”目标，煤改气成为减污降碳发展的重要举措。然而，煤改气过程中会产生更多的氮氧化物。“大气污染由此开始从硫酸型雾霾转变为硝酸型雾霾，脱硝任务更突出，氮氧化物超低排放成为当前耗能产业亟待解决的关键难题。”沈岳松介绍说，烟气脱硝治理的重点是选择性催化还原高效脱硝催化剂的应用。

　　目前，我国存在贵金属和分子筛两种脱硝催化剂，但贵金属催化剂动辄每立方米近百万元，分子筛脱硝催化剂易发生灰堵等情况。此外，我国前期引进的国外钒基脱硝催化剂技术，虽然部分缓解了氮氧化物的污染，但因其活性组分五氧化二钒属水溶性剧毒物质，威胁环境安全，难以实现绿色可持续发展。

　　“稀土在我国具有高丰度、价廉等特点。”南京工业大学祝社民教授介绍说，开采重稀土时产生的轻稀土废渣即氧化铈，凭借环境友好、强氧化还原特性得以脱颖而出。“但是，氧化铈存在酸性弱、易硫中毒、高温水耐热性差和活性窗口窄等不足，不能直接用于替代五氧化二钒。”祝社民表示。

　　历经多年研究，沈岳松团队首次提出并成功研制了以轻稀土氧化铈为主活性组分的绿色高效脱硝催化剂，通过创建高效铈基复合氧化物脱硝催化剂新体系、发明整体蜂窝式脱硝催化剂的关键制备技术及轻稀土基催化剂的应用与再生利用技术，扬其长补其短，实现了稀土基催化剂全生命周期绿色高效脱硝和大规模工业应用。

　　据项目小组成员陈英文教授介绍，他们创建了高效铈基复合氧化物脱硝催化剂新体系，通过引入锆等助催化元素，提高了催化剂的固体表面酸性，增强了抗水硫中毒和热稳定性，实现了烟气脱硝催化剂的环境友好，为高丰度轻稀土氧化铈高的附加价值利用开辟了新路径。新型稀土基系列催化剂脱硝效率高、活性温度宽、常规使用的寿命长，显著优于商用中温钒基催化剂。

　　“通过化学修饰、纳米改性，我们发明了整体蜂窝式脱硝催化剂的关键制备技术，解决了蜂窝催化剂高活性与高强度难以并存的难题。”项目小组成员、教授级高工王志民介绍，他们提升了材料强度和催化活性，使稀土基催化剂的强度、硬度较之钒基催化剂提高了2~3倍。工程试验运行根据结果得出，稀土基催化剂抗住压力的强度至少可达3兆帕，经历4次爆管依旧完整无损，运行时间超过5年。

　　此外，项目团队还开发了轻稀土基催化剂的应用与再生利用技术。他们研发了失活催化剂负压清灰、超声水洗及活性修复等系列再生新工艺及装备，二次脱硝成本降低40%;发明了废弃稀土催化剂资源化制备多孔陶瓷膜催化剂、钛基纺织瓷及催化胶结电石渣砖等新技术，实现了轻稀土基催化剂的应用与再生利用，引领了稀土催化剂的绿色可持续发展。

　　据项目小组成员李慧远工程师介绍，2016年，稀土基脱硝催化剂被国家三部委指定为钒基脱硝催化剂的替代品，并已建成世界最大脱硝催化剂生产线，在山东天璨环保科技有限公司、内蒙古希捷环保科技有限责任公司实现量产，产能达5万立方米/年。项目成果已在中国华能集团有限公司、中国大唐集团有限公司等全国280多家公司进行应用，近五年新增经济效益24.5亿元。

　　据悉，该项目先后获发明专利授权34件，主导制订了稀土型SCR脱硝催化剂国家标准，入选国际百强环保技术、国家鼓励发展的重大环保技术及工信部《重点新材料首批次应用示范指导目录》，获评中国产学研合作创新成果奖一等奖、中国专利优秀奖等。

　　“打赢‘蓝天保卫战’任重而道远，需要对大气污染的来源、排放特征和工况因素等进行深入研究，涉及氮氧化物与挥发性有机物(VOCs)、PM2.5、臭氧等多污染物协同控制。”沈岳松表示，下一步，他将带领团队就多污染物协同控制进行深入研究，希望可以实现“一键处理”。

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