《能源环境保护》“废气治理技术”虚拟专题

来源：能源环境保护

废气治理技术是环境保护领域中的一项重要议题，氮氧化物（NOx）、挥发性有机物（VOCs）、细颗粒物等有害物质是影响大气环境质量的污染因子，对其进行有效治理不仅关乎环境保护和人类健康，还是实现“双碳”目标的有效途径。深入研发废气污染物零排放，高效催化净化，资源化利用等关键技术，不仅能够直接减少污染物排放、改善空气质量，还能对促进经济转型、推动绿色发展起到积极作用。《能源环境保护》编辑部整理了2023年已发表的20篇关于废气治理技术的论文作为虚拟专题，以期为相关研究人员提供参考。

行业视野: 环境保护
类别; 87个
关键词; 104位
专家; 20篇
论文; 3150IP
点击量; 1819次
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氮氧化物与挥发性有机物协同催化净化进展

作者(Author)：陈阿玲, 张登松

摘要：将垃圾焚烧、钢铁冶炼等典型行业烟气处理中的 NH3-SCR 脱硝与 VOCs 净化模块耦合,发展多污染物协同控制理论和技术,协同催化净化 NOx与 VOCs,不仅具有重要的科学意义,还具有重大的生态环境和经济效益。目前,NOx与 VOCs 协同催化净化技术已在环境催化领域引起广泛关注,已报道相关研究主要聚焦于协同催化剂性能的考察,但该项研究仍处于初步探索阶段,尚未获得满足实际应用需求的高效协同催化剂,且相关反应机制有待深入考察。未来 NOx与 VOCs 协同净化催化剂技术的发展需解决 3 个关键难题:协同净化催化剂酸 / 氧化还原双核活性位的构建及调控、协同净化催化剂上酸 / 氧化还原双循环反应路径的理解、协同净化过程中催化剂的抗中毒能力提升。解决这些关键科学问题的第一步仍是设计并制备高活性、高稳定性、抗中毒的协同净化催化剂;然后探究催化剂的化学组成、结构特点和理化性质,解析催化剂双核活性位的微化学环境;进一步利用原位测试手段、表面反应技术以及理论模拟计算,解析催化剂结构与性能的构效关系,阐释催化净化过程高效协同机制和催化剂抗中毒机制,最终形成 NOx与 VOCs 协同催化净化的关键技术。该综述总结了现有 NOx与 VOCs 协同催化净化技术研究的进展,提出了该项技术面临的发展瓶颈,分析了研究中的关键科学难题,并对相应的解决策略进行了展望,以期为大气污染控制领域 NOx与 VOCs 等多污染物的协同净化提供参考。

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能源环境保护

2023年第01期

431

397
温室气体四氟化碳处理技术研究进展

作者(Author)：朱烨林, 郑谐, 陈世杰, 刘菀凝, 艾曼, 沈锋华, 向开松, 刘恢

摘要：四氟化碳(CF4)是《京都协议书》规定与管控的典型非二氧化碳超强温室气体之一。随着铝电解、半导体等工业活动规模的不断扩大,CF4排放量持续增加,加剧了全球气候变化,影响着人类赖以生存的环境质量,同时阻碍了相关产业的可持续发展。随着碳达峰行动方案的落实,加大 CF4等非二氧化碳温室气体的控制力度已成为我国“碳达峰碳中和” 战略目标达成的重要支撑。本文对 CF4的来源进行了系统地分析,阐述了 CF4主要行业来源、排放特征与生成机制。在综述了 CF4源头减排措施的基础上,分析了 CF4源头减排的局限性与末端处理的必然趋势。重点针对 CF4的末端处理,从物理和化学处理技术两大类方向总结了深冷分离、吸附法、膜分离、热力燃烧、热催化分解、等离子体高能分解、电催化分解等七种末端处理技术,阐述了相关方法的基本原理、应用案例和技术发展现状;根据各项技术的分解效率、温度、产物、能耗等参数,对比分析了技术间的优缺点;基于末端处理技术的行业需求和应用场景,研判了 CF4末端处理技术的未来挑战。

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能源环境保护

2023年第02期

135

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贵金属中毒对Cu-SSZ-13分子筛NH3-SCR性能的影响

作者(Author)：薛森, 丁文庆, 韩学旺, 曹贺贺, 张燕, 余运波, 单玉龙, 单文坡

摘要：柴油车排放的氮氧化物(NOx) 对我国大气污染具有重要贡献。 NH3选择性催化还原 NOx(NH3-SCR)是目前柴油车广泛采用的 NOx净化技术,而 Cu-SSZ-13 催化剂由于兼具优异的 NH3-SCR 活性和水热稳定性而被用于国六柴油车 NOx排放控制。在柴油车后处理系统中,氧化催化剂的贵金属迁移会造成 Cu-SSZ-13 催化剂中毒,进而影响其活性和选择性等性能。本研究系统考察了不同贵金属种类和富集浓度对 Cu-SSZ-13 催化剂性能的影响,以及水热老化对贵金属中毒的再生作用。当贵金属中毒达到一定程度时,Cu-SSZ-13 的催化性能(尤其是高温活性)会受到较大影响;水热老化会一定程度恢复贵金属中毒催化剂的 NOx 净化性能,但可以促进副产物N2O 的生成;贵金属 Pt 和 Pd 对 Cu-SSZ-13 活性影响程度和中毒机制相似。 XRD(X 射线衍射)、N2物理吸附表征结果表明,贵金属对 Cu-SSZ-13 的结构影响不大,但会轻微降低催化剂的比表面积和孔容;通过 NH3 氧化和 NO 氧化实验可知,贵金属会促进副反应的发生,额外消耗NH3-SCR 体系中的还原剂 NH3,从而降低 Cu-SSZ-13 的 NOx净化性能。本研究有助于理解贵金属对 Cu-SSZ-13 催化剂的中毒作用及其机制。

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能源环境保护

2023年第06期

94

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协同脱除燃煤电厂烟气中NO和VOCs的SCR催化剂研究进展

作者(Author)：陈银, 廖艳芬, 马晓茜

摘要：燃煤电厂的 NOx和 VOCs 排放量占人为源排放量的近三成,是大气环境治理面临的严峻挑战。在燃煤电厂的 SCR 区域协同脱除烟气中 NO 和 VOCs,可以有效降低处理成本,具有重要的科学价值和环境效益。本文概述了近年来协同脱除燃煤电厂烟气中 NO 和 VOCs 的 SCR 催化剂的研究进展。当前研究主要采用浸渍法、共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、模板法等方法制备多功能催化剂,掺杂过渡金属/ 贵金属或选择合适的载体会明显提高催化剂表面酸性位点数量和表面活性氧浓度,使催化剂协同脱除能力大幅攀升。然而,实际烟气中多种污染物会在催化剂表面相互影响,多种反应物的相互作用机理以及反应条件对协同去除率的影响也被重点讨论。针对当前研究存在的问题和挑战,可利用原位技术和 DFT 两个有力的工具,探究催化剂协同催化反应路径和失活机理,从而指导设计结构稳定、氧化还原活性好、副产物少、抗毒性强、可再生的协同脱除 NO 和 VOCs 的 SCR 催化剂。当前协同脱除 NO 和 VOCs 的研究还停留在实验室规模,未来要完善多污染物协同控制理论,实现复杂烟气中 NOx和 VOCs 协同脱除的实际工程应用。

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能源环境保护

2023年第02期

90

97
钯基催化剂氧化低浓度甲烷的研究进展

作者(Author)：赵旭腾, 侯进, 王一男, 桂煜, 张毅然, 李珂, 陈婷, 林赫

摘要：甲烷(CH4)是一种重要的温室气体,其引发温室效应的能力是等量 CO2的 25 倍。船用天然气发动机排气中存在低浓度(0.05%~0.5%)CH4泄露。 CH4化学结构稳定,起燃温度高,低浓度 CH4难以被捕集利用,催化氧化是去除尾气中低浓度 CH4的主要方式。贵金属钯(Pd)是完全氧化低浓度CH4性能良好的催化材料。针对 Pd 基催化剂低温活性、可靠性以及研发成本等问题,本文介绍了目前 Pd 基催化剂主要研究进展。首先明晰了催化剂的 Pd 粒径和价态分布、Pd 分散状态、载体种类以及强金属-载体间相互作用(SMSI)等对甲烷氧化活性的影响规律;其次,总结了目前公认的 Pd基催化剂表面甲烷氧化机理和反应路径;之后,详细阐述了 Pd 基催化剂运行过程中高温烧结、水中毒及硫中毒等多种失活机制;最后,总结了当前低浓度甲烷完全氧化面临的主要挑战以及未来甲烷氧化催化剂的发展方向,并简要提出了 Pd 基催化剂的性能改善策略。

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能源环境保护

2023年第02期

120

89
TiO2/g-C3N4水吸收耦合光催化降解异丙醇废气

作者(Author)：金丽丽, 王文洁, 周瑛, 於建明, 陈建孟, 卢晗锋

摘要：异丙醇作为一种典型的挥发性有机化合物释放到大气中,会对环境和人体健康造成危害,水相吸收和光催化耦合可以实现异丙醇废气的有效治理。本研究以 TiO2 / g-C3 N4 为催化剂材料,考察了其在气液固三相体系中光催化降解异丙醇的性能。发现将 TiO2与 g-C3N4复合后,可见光诱导的异丙醇的光催化降解率显著提高,其中负载量为质量分数 40%-TiO2 / g-C3N4在可见光照射 70 min 时得到了 29.3%的最佳降解性能,分别比单一的 TiO2和 g-C3N4的光催化性能高4.24倍和 1.9 倍。在水吸收耦合光催化剂降解连续净化异丙醇废气中,40%-TiO2 / g-C3N4在可见光光照 180 min 时对异丙醇废气的净化率达到 61.7%,较纯水提高了 10.6%。经过 5 个周期的实验,净化率保持在 60%以上,表明化学稳定性良好。

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能源环境保护

2023年第06期

103

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甲烷燃烧催化剂研究进展

作者(Author)：蔡洁莹, 李杰, 张燕, 单文坡

摘要：甲烷是天然气的主要成分,广泛应用于电厂、天然气车和各种化学品合成等领域。但由于其具有强温室效应,使用过程中的甲烷泄露和排放会对环境造成重大影响。甲烷直接燃烧净化所需的反应温度高,常伴随高温副产物 NOx等,对环境危害较大。催化燃烧是一种更为高效清洁的处理技术,而该技术的核心是高效稳定的催化剂。文章综述了近年来国内外用于甲烷燃烧的贵金属和非贵金属催化剂研究进展。两类催化剂各有特点,其中贵金属催化剂低温活性优异,载体选择丰富,但是成本较高和易发生高温团聚成为制约其工业应用的重要原因。非贵金属催化剂成本低,热稳定性优异,但起燃温度较高,仅适用于高温工况。工业尾气中常含有大量水蒸气和微量 SO2,为了满足长期稳定的工业应用需求,无论贵金属还是非贵金属催化剂,其抗中毒能力仍需改进提升。此外,文章总结了贵金属和非贵金属催化剂活性物种、反应机理研究进展,以及工业化应用的可行性,并展望了该领域未来可能的发展方向。

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能源环境保护

2023年第02期

101

92
贵金属(Pt、Pd和Ru)基催化剂在含氯挥发性有机物催化降解中的研究进展

作者(Author)：杨沁, 徐晗, 赵亚若, 田明姣, 何炽

摘要：含氯挥发性有机物(Chlorine-containing volatile organic compounds,CVOCs)由于存在来源广泛、生物/ 环境毒性高、易使催化剂 Cl 中毒失活等问题,是当前 VOCs 控制领域的研究重点和难点。催化降解技术具有能耗低、效率高、二次副产物少等显著优点被认为是最有效的 CVOCs 排放控制技术之一。高性能催化剂是该技术的核心。目前,CVOCs 降解催化剂主要以 Al2O3、TiO2、MgO、CeO2等单一或复合金属氧化物为载体,以 Pt、Pd、Ru 等为反应活性中心。在 CVOCs 氧化反应中,贵金属在低温下易与 Cl 作用,覆盖/ 惰化活性位,导致催化剂低温活性下降。常用的提升负载型贵金属催化剂 CVOCs 催化性能的策略有金属助剂掺杂、活性中心状态优化、载体性质调控、反应条件调节等。本文综述了贵金属(Pt、Pd 和 Ru) 基催化剂在 CVOCs 催化氧化中的研究进展,主要集中于过渡金属引入、载体本征性质调变、反应条件调节等在 CVOCs 转化效率及催化剂性能改善中的作用。此外,对 CVOCs 催化净化催化剂的发展方向提出了展望。

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能源环境保护

2023年第03期

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