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我国火电厂烟气脱硝装置基本全部采用高温SCR脱硝催化剂，但在应用中面临着工程建设成本高、催化剂堵塞中毒现象严重、催化剂寿命短等诸多问题，而低温SCR脱硝催化剂具有工程建设成本低、运行工况温和、催化剂寿命长等优势。近年来，低温SCR脱硝催化剂已成为脱硝 催化剂领域的研究热点，由于低温SCR脱硝催化剂的组分、结构，以及运行工况都不同于高温SCR脱硝催化剂，因此，低温SCR脱硝催化剂的反应机理也不同于高温SCR脱硝催化剂。本文详细介绍了当前低温SCR脱硝催化剂的种类以及低温SCR反应机理，总结了低温SCR脱硝催化剂的研究进展。
1、SCR反应基本原理
目前最具代表性的SCR反应是以NH3作为还原剂，V2O5/TiO作为催化剂的NO选择性催化还原为N2的反应。当有O2存在和NH3摩尔比接近1以及反应温度<400度时，SCR烟气脱硝系统最主要的化学反应式为：
4NH3+4NO+O2—4N2+6H2O （1）
同位素标记试验证实V2O5/TiO2催化剂催化SCR反应所生成的N2分子中的两个N原子分别来自于NO和NH3。通过在不同条件下对反应产物的分析结果表明，SCR反应过程中还存在如下三个主要反应：
4NH3+2NH2+O2—3N2+6H2O （2）
4NH3+6NO—5N2+6H2O （3）
4NH3+4NH+3O2—4N2O+6H2O （4）
在SCR反应过程中，除了上述的主要反应之外，还存在一些副反应。
2、高温SCR催化剂运行中面临的问题
目前工业SCR脱硝系统所用V2O5-WO/TiO2和V2O5-MoO3/TiO2催化剂的活性温度区间为300度-400度，属于高温SCR催化剂，具有优良的脱硝能力和抗SO2中毒性能，但在整个脱硝系统的使用过程中存在以下问题：
（1）受催化剂工作温度的限制，该类催化剂必须布置在省煤器与空气预热器之间的高温高尘段。此段烟气中含有大量的粉尘、碱性金属、As化合物和高浓度SO2，极易导致SCR催化剂中毒。另一方面，由于SCR脱硝系统的应用在我国起步较晚，已建火电机在锅炉和空气预热之间未预留SCR脱硝装置空间，这给我国已建火电系统的脱硝工程改造带来了困难，工程改造复杂、投资巨大。
（2）我国火电行业燃煤机组所用燃煤来源广泛，总体品质不高，燃煤飞灰对布置在高温高尘段的SCR装置和催化剂腐蚀严重，并且碱性金属和As化合物极易导致SCR催化剂中毒失活。一般情况下，催化剂在运行3-5年后必须更换，极大地增加了SCR系统的运行成本。
3、低温SCR催化剂
3.1 负载型MnOx/TiO催化剂
Kapteijn等研究了不同晶型、不同价态、不同表面积MnOx物种的SCR活性，结果表明其活性大小为：MnO2>Mn5O8>Mn2O3>Mn3O4>MnO。Smirniotis等以Hombikat TiO为载体制备了负载型MnOx/TiO2催化剂，结果发现其低温SCR活性要明显高于以V、Cr、Ni、Cu氧化物为活性组分的催化剂和工业V2O5/TiO2催化剂。Pena等认为负载型MnOx/TiO2催化剂优良的低温SCR活性与其表面大量存在的Lewis酸位和MnO2物种较高的 可还原性紧密相关。Qi等研究发现随MnOx负载量的增加，NO转化率增大，在负载量为10%时达到极大值，其后渐趋平缓。Ettireddy等研究发现NO转化率和N2选择性都随MnOx负载量增加而增加，在MnOx的负载量接近分散容量时活性达到极大值。他们还发现高度分散在TiO2表面的MnO2物种比低分散度的Mn2O3物种具有更高的低温SCR活性。Qi等研究表明，添加Fe氧化物可以提高MnOx/TiO2的低温活性，但Sreekanth等的研究结果表明添加Cu或Cr氧化物会导致MnOx/TiO2催化剂的低温活性下降。
3.2 MnOx-TiO2复合氧化物催化剂
负载型MnOx/TiO2催化剂表面MnOx物种的分散状态对其低温SCR活性有重要的影响。由于受制备方法和TiO2载体表面积的限制，提高MnOx物种分散度有一定的困难。近年研究结果表明，溶胶一凝胶法制备的MnOx-TiO2复合氧化物催化剂活性明显高于浸渍法制备的负载型 MnOx/TiO2催化剂。Wu等人研究认为溶胶一凝胶法制备的MnOx-TiO2复合氧化物催化剂较大的表面积和较高的无定形MnOx物种表面浓度是其具有较高SCR活性的主要原因。Kim等注意到在溶胶-凝胶法制备的MnOx-TiO2复合氧化物催化剂中Mn离子可能进入到TiO2晶格，提高了MnOx物种的分散度和催化剂的低温SCR活性。Wu等还研究了添加Fe、Cu、Ni、Cr、Ce等氧化物对MnOx-TiO2复合氧化物低温SCR活性的影响。
4、低温SCR反应机理
随着对低温SCR反应研究的深入，催化剂表面发生SCR反应的基元过程和反应机理备受关注。由于所用催化剂的不同和SCR反应的复杂性，目前对低温SCR反应机理仍有不同看法，但比较普遍地认为NH3和NO在催化剂表面的吸附、活化和反应遵循Langmuir-Hinshelwood（L-H）机 理或Eley-Rideal（E-R）机理。
Pena等详细研究了MnOx/TiO2催化剂表面SCR反应的过程，他们的研究结果表明NH3首先吸附在Mn的Lewis酸中心上形成配位态NH3，然后被氧化活化形成活性铵基基团，其后再与气态中的NO反应生成中间产物NH2NO，最后分解为N2和H2O同时催化剂表面被O2氧化到初始状态，进行下一次循环反应。此种SCR反应过程为典型的Eley-Rideal反应类型。
Qi等人详细研究了MnOx-CeOx复合氧化物催化剂的SCR反应历程，他们的研究结果则表明在MnOx-CeO2催化剂表面发生的SCR反应有两种途径：一是气相NH3首先吸附到催化剂表面形成配位态NH3并进一步活化成NH3同时NO也吸附到催化剂表面并氧化成硝酸或亚硝酸基团，然后NH2与NO反应生成NH2NO中间产物最后分解为NO2后形成HNO2，该物质与NH3发生反应生成NH4NO2，最后分解为N2和H2O。Wu等人研究了采用溶胶-凝胶方法制备的MnOx-TiO2催化剂以及Fe掺杂的FeOx-MnOx-TiO2催化剂的低温SCR反应过程，其研究结果表明，MnOx-TiO2催化剂表面的SCR反应过程是典型的Eley-Rideal反应类型，而Fe掺杂的FeOx-TiO2催化剂表面的SCR反应过程则与之不同，其中NO会先被氧化形成双齿硝酸盐类物质，该物质与NH3反应生成单齿硝酸盐和NH4，然后再完成SCR反应过程生成N2和H2O。
5、结语
综上所述，低温SCR脱硝催化剂所具有的活性温度低，使用寿命长等诸多优点使其成为脱硝催化剂的发展方向。近年来的研究结果表明，低温SCR脱硝催化剂的活性已经能够满足火力发电企业对脱硝性能的需求，并且研究者对低温SCR脱硝反应的机理也有了充分的了解。然而，目前低温SCR脱硝催化剂的反应温度使得其反应装置需安置在脱硫装置之前，因此低温SCR脱硝催化剂的抗SO2中毒能力必须是影响其寿命的重要因素，而目前文献中报道的低温SCR脱硝催化剂的抗SO2中毒能力仍然不尽如人意。可以预见，今后针对低温SCR脱硝催化剂的研究工作将主要集中在提高催化剂的抗SO2中毒能力。
