上海大学围绕氮氧化物污染控制在EST上连续发表三篇论文

近期，上海大学理学院/纳米科学与技术研究中心张登松研究团队在环境领域顶级期刊《Environmental Science & Technology》（简称EST）上连续发表三篇研究型论文，该杂志为环境科学与生态学领域最具影响力的顶级学术期刊。

随着工业与交通运输业的发展，氮氧化物（NOx）排放量与日俱增，NOx是造成酸雨、光化学烟雾及雾霾的主要原因，严重危害人类健康，破坏生态环境平衡。目前NH3选择性还原（NH3-SCR）是最有效的NOx控制技术，钒基催化剂已经广泛应用于电厂脱硝工艺中。然而，商业钒基催化剂活性温度窗口窄，很难应用于低温（< 300 oC）脱硝过程，比如工业窑炉、垃圾焚烧等非电行业。此外当烟气含SO2时，催化活性位发生硫化且易生成NH4HSO4覆盖催化剂活性位，导致催化剂中毒失活。尤其低温脱硝过程，沉积的硫酸盐更难分解，造成催化剂不可逆失活。因此，开发新型低温抗硫催化剂是当前环境科学领域的热点与难点。针对当前低温抗硫催化剂所面临的挑战，张登松研究团队提出了三种有效提高低温抗硫性能的策略，即限域结构减弱SO2竞争吸附、抑制活性位点硫化；构筑活性位与硫中毒位分离的新型结构；创立核壳结构抑制硫酸金属盐的沉积、促进NH4HSO4分解。利用该三种设计策略，成功构筑了三类优异的抗硫脱硝催化剂，系统阐明了抗硫中毒机理，三项工作均发表在《Environmental Science & Technology》杂志上。

首先，该团队制备了埃洛石负载的Fe2O3结构限域的CeW催化剂，该催化剂具有优异的SCR活性并且在300 oC拥有良好的抗硫性能。优异的催化性能来源于催化剂表面丰富的活性氧物种和各活性组分之间的协同作用以及更多活泼的活性物种。SO2存在时，由于外层Fe物种对内部Ce-W活性组分的限域保护作用，催化剂中的活性组分不受SO2的影响，使催化剂具有较高的抗硫性能。目前该论文为高被引论文，得到学术界的广泛认可。该团队硕士生康琳和博士后韩璐蓬为共同第一作者，张登松研究员为文章的通讯作者。文章链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.8b05637

依据该团队提出的活性位与硫中毒位分离的抗硫策略，该团队利用蒸汽氧化以及热处理的方法，在金属铝丝网上原位构筑了Al2O3纳米阵列，并负载Fe2O3和CeO2活性组分。该催化剂具有较高的SCR活性并且在270 oC展现了良好的抗硫性能。SO2存在时，CeO2的优先硫化减轻了Fe2O3的硫化，同时维持了NH4+和NH2活性物种的高反应活性。此外，在Eley-Rideal反应机理下，NO不需要与硫酸盐参与竞争吸附就可以与吸附的氨物种反应，因此极大提高了SO2的耐受性。该工作首次提出了Ce牺牲位保护铁活性组分的低温抗硫策略，并采用金属整体式基体实现催化剂的结构强化，为开发低温耐硫SCR催化剂提供了新策略，对低温抗硫脱硝机理的研究以及进一步的实际应用起到了推进作用。该团队博士后韩璐蓬为第一作者，张登松研究员为文章的通讯作者。文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.9b01217

为了实现SCR催化剂的过程强化与低温抗硫性能的有机统一，该团队利用蒸汽氧化以及钛酸酯偶联剂辅助一步自组装法制备了“TiO2@Fe2O3@Al2O3”金属铝基整体式催化剂。该催化剂具有优异脱硝性能的同时，并且在260 oC具有良好的抗硫稳定性。结果表明Fe2O3(核)-TiO2(壳)界面的电子转移加速了氧化还原循环，引发了“快速SCR”反应，拓宽了低温窗口。介孔TiO2壳层对SO2吸附较弱，有效抑制了FeSO4和NH4HSO4的沉积，并促进了NH4HSO4的分解。本工作首次提出了Fe2O3@TiO2核壳结构的低温抗硫机制，为开发低温耐硫SCR催化剂提供了新策略，增深了对低温抗硫脱硝机理的认识，为实现催化剂的实际应用起到促进作用。该团队博士后韩璐蓬为第一作者，张登松研究员为文章的通讯作者。文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.9b00435

这三项工作得到国家科技部、国家自然科学基金委、上海市科委、上海市教委、中国博士后基金等项目的资助。2017年张登松研究员获得国家优秀青年科学基金的资助，张登松研究员牵头的研究成果《燃煤烟气氮氧化物控制关键技术及副产物安全资源化利用》获得2018年上海市科技进步二等奖。在当前大气污染控制成为国家战略的关键时期，张登松研究员所带领的团队正在对NOx、VOC控制等关键科学问题进行更深入的研究，为打赢“蓝天保卫战”贡献力量。

来源 上海大学新闻网