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中国科学报:何洪:心系催化促减排

作者:彭科峰 时间:2016-12-16
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学术界普遍认为,氮氧化物(NOx)是化学工业、建材工业、电力工业以及锅炉和内燃机等排放气体中有毒物质之一,是造成大气污染的主要污染源之一,也是直接导致我国各地阴霾天、臭氧层破坏、空气污染的重大因素。

如果有人能够通过新技术来降低工业锅炉、汽车内燃机的氮氧化物的排放量,那么,无疑就能为控制雾霾作出巨大的贡献。事实上,作为北京工业大学环境与能源工程学院化学化工系副主任、催化化学与纳米科学研究室主任何洪的主要工作正是如此。

多年来,他潜心于选择性催化还原法(SCR)的创新,研发出了整体蜂窝型低温SCR脱硝催化剂,能够大幅削减燃煤、燃气锅炉的氮氧化物排放量,有效阻止氮氧化物转化为PM2.5,并成功实现了工程化应用。

从兰州到北京

“应该说,从本科开始,我就已经开始对工业催化行业有一定的了解”,何洪告诉《中国科学报》记者,上世纪80年代,他考入兰州大学,在该校物理化学专业就读,本科毕业后,他来到北京工业大学攻读硕士,开始环境催化和催化科学的系统研究。之后,又去香港浸会大学继续深造,师从时任校长吴清辉,在工业催化剂方面继续钻研。

烯烃,特别是乙烯是现代工业最重要的原材料之一。一般都是由石油经催化裂解反应提炼出烯烃,再生产出其他下游产品。“应该说,在香港期间,我当时的工作是放在甲烷氧化偶联制乙烯催化剂的研发方面,也取得了一定的成就。中科院大化所的同行们后来就在这方面取得很大成绩”,何洪回忆,香港的教育受英国的影响较大,教授都十分严谨,这对他后来的科研受益匪浅。

1996年,何洪返回大陆,1998年进入北京工业大学,从事催化化学领域的教学和研究。

神奇的催化剂

众所周知,西方国家对氮氧化物排放的控制非常严格,通过一系列技术将氮氧化物净化,这个过程被称为“脱硝”,但国内的“脱硝”工艺近几年才刚刚开始。何洪应该是国内最早从事这方面研究的学者之一。

选择性催化还原法的原理是使用适当的催化剂,在一定条件下,用氨作为催化反应的还原剂,使氮氧化物转化为无害的氮气和水蒸汽。由于此法效率较高,它是目前能找到的最好的可以广泛应用于固定源氮氧化物治理的技术。

“但传统的技术要求烟气温度在300℃以上才能完成催化还原反应。而目前非电力行业的工业锅(窑)炉烟气温度普遍在100℃~300℃之间,因此开发低温SCR技术成为了当务之急。此外,SCR技术主要应用电厂锅炉等大型锅炉的NOx排放控制,在我们开始研究时,国内工业锅(窑)炉的低温SCR烟气脱硝尚无实际应用的案例,这也给我们的研究带来困难”。

经过四五年的深入研究,2008年,何洪团队完成了低温SCR催化剂配方的基础研究工作,又经过2~3年的蜂窝成型技术开发和完善,终于成功开发出可以应用于工业锅(窑)炉氮氧化物排放控制的低温SCR催化剂,并掌握了SCR蜂窝形整体催化剂的制备技术。

“我们的创新在于,这种催化剂具有很好的低温活性,摄氏100多度的温度下也能发挥脱硝作用,在160℃和一定工况条件下,氮氧化物的去除效率保持在90%以上。”何洪说。

从2014年以来,这项技术和催化剂已经逐步得到推广。目前已经有近30个脱硝工程使用了该技术,运行效果良好。

为优化环境贡献力量

“在大气污染防治十条中,国家指出要全面整治燃煤小锅炉,加快重点行业脱硫脱硝除尘改造。利用我们的技术,可有效减少氮氧化物的排放,极大地缓解我国日益严重的大气环境污染问题。”何洪说。

那么,这样的低温脱硝技术,能不能用在其他领域呢?

“当然可以。比如我们正在研发柴油车尾气脱硝的技术”,何洪介绍,他的课题组一开始研究汽油车尾气排放催化控制技术,最近,也开始研发柴油车的尾气净化技术,“之前,我还参加了基金委的‘柴油车尾气催化净化过程中的重要基础化学问题研究’的重点项目”。

2015年,何洪团队还接受北京市科委的资助,研究出租汽车尾气处理控制技术。目前,这项技术已经基本研发完成。

何洪介绍,在汽车尾气催化剂中含有贵金属铑元素,其价格非常昂贵并资源缺乏。何洪团队用一种全新的方法制备了系列纳米催化剂,该催化剂三效催化活性与铑十分接近。三效催化剂的铑含量可借此降低65%以上,有助于提高我国该产业的核心竞争力。

面对未来,何洪表示,将继续在纳米催化及应用领域技术不断深入研究,在继续降低成本的基础上提高低温脱硝催化剂的效率,“同时,也希望为我国的环境保护事业作出更大的贡献”。

中国科学报2016年12月16日第2版:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2016/12/318881.shtm

编辑:张宇庆
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