改性柱撐黏土用于煙氣脫硝的研究進(jìn)展

楊建成，張芹，沈伯雄，袁世磊，王詩(shī)寧

（1河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，天津300401；2 天津市清潔能源利用與污染物控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300401）

我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，煤炭預(yù)估儲(chǔ)量達(dá)到1145 億噸，占據(jù)世界總儲(chǔ)量的13.3%。2017 年，煤炭在我國(guó)能源消費(fèi)中約占60.4%，煤炭消耗總量約271196 萬(wàn)噸[1]，近幾年我國(guó)煤炭消耗量如圖1所示。煤炭在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的NOx，NOx的排放給自然環(huán)境和人類生產(chǎn)、活動(dòng)帶來(lái)嚴(yán)重的危害，包括對(duì)人體的致毒作用、對(duì)植物的損害作用、形成酸雨或酸霧、與碳?xì)浠衔镄纬晒饣瘜W(xué)煙霧、破壞臭氧層以及作為霧霾的前體而加劇空氣污染等，因此控制NOx的排放勢(shì)在必行。GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)NOx排放濃度提出嚴(yán)格要求，應(yīng)盡快完善脫硝技術(shù)的提升和系統(tǒng)的建設(shè)。

圖1 我國(guó)煤炭消耗量

選擇性催化還原（selective catalytic reduction，SCR）是目前應(yīng)用最廣泛的脫硝技術(shù)之一[2]，其中，SCR 催化劑的選擇十分重要，V2O5-WO3/TiO2和V2O5-MoO3/TiO2是當(dāng)前使用最多的商業(yè)催化劑，然而該類催化劑中的釩有毒，對(duì)人和動(dòng)物有一定的傷害，且脫硝溫度較高（300～450℃），成本較大。柱撐黏土（pillared clays，PILC）是一種廉價(jià)易得的新型無(wú)機(jī)非金屬材料，具有大的比表面積和發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，作為催化材料已備受關(guān)注，重點(diǎn)應(yīng)用于中溫（150～350℃）和低溫（＜200℃）SCR 技術(shù)[3]。改性的PILC作為一種新型催化劑，具有較高的熱穩(wěn)定性和可調(diào)控的孔結(jié)構(gòu)，有利于反應(yīng)物發(fā)生晶體內(nèi)部催化，提高脫硝效率[4]。Shen及其團(tuán)隊(duì)[5-7]的相關(guān)研究表明，通過(guò)摻雜少量過(guò)渡金屬離子或氧化物可大大提高PILC 的催化性能，這方面實(shí)驗(yàn)研究較為廣泛，但目前仍缺乏較全面的總結(jié)。

1 柱撐黏土

1.1 柱撐黏土基本特性

柱撐黏土（如圖2）又稱為層柱黏土、撐柱黏土、交聯(lián)黏土等，是一類以蒙脫石礦物為基質(zhì)黏土的柱撐材料，具有大小可調(diào)節(jié)的孔徑和大的孔道容量，成為近年來(lái)備受重視的無(wú)機(jī)材料之一。1955年Barrer和Mcleod采用季胺鹽離子（四烷基銨）取代蒙脫石層間域中的堿金屬離子，從而得到的膨脹黏土作為吸附有機(jī)大分子的分子篩，成功合成PILC[8]。PILC 具有二維通道孔結(jié)構(gòu)，層間距可達(dá)0.9～5.2nm，且比表面積較大，為化學(xué)反應(yīng)、吸附等提供了較大的接觸空間[9]。PILC材料的熱穩(wěn)定性反映出孔結(jié)構(gòu)以及反應(yīng)接觸面的穩(wěn)定情況，PILC的熱穩(wěn)定性可根據(jù)不同溫度下其層間距的大小變化來(lái)判定，通常情況下，有機(jī)PILC 的熱穩(wěn)定較差，無(wú)機(jī)PILC 材料在300～400℃下是穩(wěn)定的。PILC 材料具有Br?nsted 酸性位和Lewis酸性位，Lewis 酸性位比Br?nsted酸性位的熱穩(wěn)定性高[10]。

圖2 柱撐黏土

1.2 改性柱撐黏土基本特性

PILC因其大小可調(diào)節(jié)的孔徑和大的孔道容量，在孔徑中可添加柱撐物對(duì)其進(jìn)行改性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者一直致力于研究制備新的類型和種類的前體和柱撐物，改性PILC 相較于原PILC 在NOx脫除方面具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。金屬元素作為前體的PILC 材料是作為催化劑的主要類型。Bahranowski等[11]合成了混合鈦鋯柱撐黏土[Ti，Zr]-PILC，表征結(jié)果顯示混合的[Ti，Zr]-PILC 具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和表面酸堿性質(zhì)，在吸附和催化方面具有廣闊的應(yīng)用前景。蔣月秀等[12]實(shí)驗(yàn)制備了鋁基柱撐黏土，表征發(fā)現(xiàn)合成出的PILC 具有比表面積大、孔徑分布集中、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。王琪瑩等[13]針對(duì)無(wú)機(jī)鈦柱撐黏土的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)改性催化劑在300～400℃熱穩(wěn)定性提高很多。He 等[14]制備了Ti-PILC，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于未經(jīng)改性的原黏土而言，Ti-PILC 的比表面積由原黏土77.37m2/g 增大到136.85m2/g，孔體積由0.1322cm3/g 增大到0.1506cm3/g。由此可見(jiàn)，對(duì)PILC作必要的改性，可以很好地提高其表面性質(zhì)，為PILC材料的廣泛應(yīng)用提供了途徑。

不同柱撐物對(duì)PILC的催化活性有不同的影響，帶有正電荷的離子或者基團(tuán)往往被用來(lái)作柱撐物，如金屬氧化物、金屬簇、有機(jī)金屬陽(yáng)離子等（圖3），國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)混合氧化物柱撐物也有廣泛研究。Chae 等[15]制 備 了Al-PILC、Ti-PILC 和Zr-PILC，并深入分析了PILC 的理化特性，發(fā)現(xiàn)Al-PILC 相對(duì)于Zr-PILC 和Ti-PILC 具有較高的微孔率和表面酸性，但Al-PILC的熱穩(wěn)定性要弱于其他的PILC，將鑭（La）、鈰（Ce）或釔（Y）作為第二金屬成分添加到Al-PILC，與其他第二金屬相比，添加Y 可顯著提高所產(chǎn)生的PILC 的熱穩(wěn)定性，且酸度變化不大。Gonzalez 等[16]將Cu2+、Fe3+或Cr3+摻雜進(jìn)Ti-PILC 中，發(fā)現(xiàn)摻雜后的Ti-PILC 比表面積較大，表面酸性較強(qiáng)。

圖3 PILC層間結(jié)構(gòu)示意圖

表1 PILC的孔結(jié)構(gòu)及比表面積

如表1所示，黏土經(jīng)過(guò)添加前體和柱撐物改性后，比表面積和孔體積均有所增大，因此更加有利于吸附及化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。PILC 的孔結(jié)構(gòu)和比表面積所反映的是PILC 類催化劑物理化學(xué)性能的好壞，孔結(jié)構(gòu)和比表面積越大，PILC 類催化劑的性能越好，更適合工業(yè)生產(chǎn)中高效脫硝。

如上所述，針對(duì)改性PILC 的研究主要集中在前體和柱撐物方面，不同前體和柱撐物對(duì)PILC 的結(jié)構(gòu)和催化活性均有一定影響。目前，PILC 研究快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大，如在催化、吸附和分離等領(lǐng)域的研究都獲得了一定的進(jìn)展，尤其將PILC 應(yīng)用到選擇性催化還原NOx上，更是為PILC的發(fā)展開(kāi)拓了新的研究方向。

2 改性柱撐黏土脫硝研究進(jìn)展

PILC因其孔隙大、高比表面積、便宜易得的特點(diǎn)，已經(jīng)成為備受重視的催化劑。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)基于柱撐黏土的催化劑脫硝展開(kāi)了廣泛的研究。

2.1 Ti-PILC

在改性PILC 脫除NOx的研究方面，以Ti-PILC為催化劑并負(fù)載其他金屬元素進(jìn)行脫硝的研究越來(lái)越受到廣泛關(guān)注，相比于其他無(wú)機(jī)金屬柱撐黏土材料，Ti-PILC 具有更大的孔徑和比表面積、更高的熱穩(wěn)定性和表面酸性、更強(qiáng)的抗SO2中毒特性，脫硝效率也相對(duì)較高[25-28]。近年來(lái)，在催化劑改性過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)在Ti-PILC催化劑上加入活性物質(zhì)以提高催化劑的催化活性及拓寬催化劑的反應(yīng)溫度進(jìn)行了研究分析[28-37]。

Qi 等[25]研究了用Pd(NO3)2水溶液浸漬不同PILC，氫氣和一氧化碳在過(guò)量氧存在下催化NOx的還原反應(yīng)，結(jié)果表明，Pd/Ti-PILC催化劑在低溫范圍內(nèi)具有較高的NO轉(zhuǎn)化率和極高的N2選擇性，其在140℃下的N2選擇性達(dá)到90%，其中比表面積測(cè)定（BET）結(jié)果表明，催化劑的高活性可能是由于PdO 的高度分散所致。馬宏卿等[26-27]制備鈦基交聯(lián)黏土（Ti-PILC），并通過(guò)浸漬法負(fù)載錳氧化物后得到MnOx/Ti-PILC，BET 和XRD 表征表明，煅燒溫度達(dá)到300℃的10%MnOx/Ti-PILC，只存在信號(hào)較弱的MnO2衍射峰，晶體分散性較好，200℃時(shí)可脫除90%以上的NO。沈伯雄團(tuán)隊(duì)[17,28-29]針對(duì)催化劑Ti-PILC，通過(guò)浸漬法將活性物質(zhì)（Mn、Ce）以氧化物形式負(fù)載在催化劑上，研究低溫SCR 催化劑性能的影響因素，Mn-CeOx/Ti-PILC 催化劑在180℃時(shí)脫硝率達(dá)到83.1%；MnOx-CeO2/Ti-PILC 催化劑在200℃且nTi/mclay=15mmol/g時(shí)脫硝率高達(dá)95%以上，BET 和XRD 表征表明，MnOx和CeOx在催化劑Ti-PILC 表面高度分散，而NH3-TPD 表明，MnOx和CeOx改變了催化劑表面的酸性，進(jìn)而影響了催化劑的活性。Zhong 等[30]深入研究了Cr1-xCex/Ti-PILC 催化劑上氧化鉻和氧化鈰在結(jié)構(gòu)性能、氧化還原性能和表面物種方面的協(xié)同作用，發(fā)現(xiàn)CrOx有利于NO的吸附和活化，形成NO+，生成硝酸鹽，同時(shí)氧化鈰通過(guò)氧空位激活O2生成硝酸鹽。

文獻(xiàn)[31-32]深入研究了以Ti-PILC為催化劑負(fù)載釩（V）進(jìn)行氨選擇性催化還原NO 的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)摻雜適量V對(duì)NO的轉(zhuǎn)化有促進(jìn)作用。Cheng等[32]在研究用NH3(NH3-SCR)選擇性催化還原NOx時(shí)，對(duì)比研究原黏土、Ti-PILC、4Ce/Ti-PILC、1V/Ti-PILC、1V4Ce/Ti-PILC 和1V4Ce/Clay 對(duì)NO 的催化活性（圖4），不難看出，V和Ce的添加均使得Ti-PILC 的催化活性提高，且Ce 的負(fù)載比V 的負(fù)載對(duì)促進(jìn)NO 的轉(zhuǎn)換更有利。此外，NO 在催化劑1V4Ce/Ti-PILC上的轉(zhuǎn)化率最高，表明V和Ce共同促進(jìn)催化劑的催化活性，而V的負(fù)載過(guò)量反而造成NO 轉(zhuǎn)換率下降。因此，通過(guò)負(fù)載活性物質(zhì)對(duì)Ti-PILC 進(jìn)行改性后，催化劑的活性明顯提升，但活性物質(zhì)的負(fù)載量要適量，過(guò)量反而造成材料浪費(fèi)且催化劑的催化活性下降。

圖4 NH3-SCR反應(yīng)的催化活性

近年來(lái)，人們對(duì)烴類選擇性催化還原（hydrocarbons selective catalytic reduction，HC-SCR）進(jìn)行廣泛研究[33]，PILC可作為該催化體系重要的催化劑載體之一。李新勇等[34]通過(guò)制備銅/鈦柱撐黏土（Cu-Ti-PILC），對(duì)C3H6選擇性催化還原NO 進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，鈦的加入可以顯著改善催化劑的層間距、表面積和分離Cu2+的數(shù)量，同時(shí)Cu2+更容易吸附NO 形成硝酸鹽的中間體。陸光等[35]通過(guò)浸漬法研究了Ag對(duì)Cu-Ti-PILC 在C3H6選擇性催化過(guò)程中的影響機(jī)制，Ag的添加破壞了Ti-PILC的有序排列性，對(duì)Ti-PILC 的層間結(jié)構(gòu)和Cu 的分散度未產(chǎn)生影響，但提高了催化劑表面Cu2+的比例，提高了催化劑對(duì)NO的化學(xué)吸附，進(jìn)而提高脫硝效率。Valverde 等[36]研究了銅離子交換鈦基柱撐黏土（Cu-Ti-PILC）對(duì)NO 的吸附，以了解在氧氣存在下C3H6選擇性催化還原過(guò)程的反應(yīng)中間體，結(jié)果表明，Cu2+、 OH 基團(tuán)與硝基反應(yīng)形成硝酸鹽，C3H6在催化劑活性部位的吸附比NO 吸附高且強(qiáng)；C3H6在活性中心反應(yīng)生成烴類中間體（有機(jī)硝基化合物和乙酸鹽），并負(fù)責(zé)NO的還原。文焱炳等[37]將鈰鈦共交聯(lián)劑對(duì)蒙脫土進(jìn)行柱撐，制備了鈰鈦共交聯(lián)黏土（Ce-Ti-PILC）用于C3H6選擇還原NO，結(jié)果表明，Ce的添加使催化劑具有更高的比表面積、大孔容、均勻的孔徑分布和良好的熱穩(wěn)定性，之后采用浸漬法制備出Cu/Ce-Ti-PILC，發(fā)現(xiàn)Cu的分散性較好，負(fù)載量為3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），溫度為250℃時(shí)，NO轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大值71.21%。

綜上所述，研究者們通過(guò)對(duì)NH3-SCR 和HCSCR 催化劑脫硝效率進(jìn)行研究，改性Ti-PILC 催化劑的研究已經(jīng)趨近于成熟，脫硝效率越來(lái)越高，但對(duì)NH3-SCR 和HC-SCR 反應(yīng)過(guò)程及催化劑改性的機(jī)理研究較少。活性物質(zhì)的添加可增強(qiáng)催化劑的活性，但活性物質(zhì)過(guò)量不利于NOx的吸附和轉(zhuǎn)換。因此，應(yīng)注意活性物質(zhì)的選擇及用量，同時(shí)也要增加對(duì)脫硝反應(yīng)機(jī)理的探究。

2.2 Al-PILC

林綺純等[38]利用浸漬法制備了以鋁柱撐黏土（Al-PILC）為載體的Cu/Al-PILC，用于C3H6選擇還原NO，研究表明，催化劑Cu/Al-PILC 操作溫度范圍較寬，高溫活性較好，在350℃時(shí)，NO轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大值52%（3%Cu/Al-PILC）。該類催化劑催化還原NO 的效率相對(duì)較低，但有研究表明，C3H6在金屬鐵表面還原NO 的效率較高。錢(qián)文燕等[39]采用浸漬法制備了鐵基催化劑（Fe/Al-PILC），測(cè)試其C3H6選擇性催化還原NO的性能，表征發(fā)現(xiàn)鐵氧化物高度分散在催化劑表面，催化劑的比表面積和孔容變大，鐵氧化物的還原性決定催化劑的活性，9%Fe/Al-PILC 的脫硝效果最佳，在400～550℃可還原98%以上的NO，且SO2和水蒸氣對(duì)該催化劑的影響很小。如圖5 所示，朱斌等[40]采用旋蒸-浸漬法分別制備了催化劑Cu/Al-PILC、Fe/Al-PILC和CuFe/Al-PILC，表征結(jié)果表明，催化劑CuFe/Al-PILC的催化活性最高，其活性組分之間有較強(qiáng)的協(xié)同作用，在載體表面高度分散，提高了催化劑的比表面積和孔容，并改善了催化劑氧化還原性能，在290～450℃的寬溫區(qū)NO 脫除效率保持90%以上，380℃下的最高脫硝效率可達(dá)97%。

圖5 催化劑在不同溫度下的NO脫除效率

Al-PILC 是一類無(wú)機(jī)金屬柱撐黏土材料，該材料的制備工藝已經(jīng)相對(duì)成熟，并大量投入工廠使用。改性Al-PILC催化劑雖然在一定程度上提高了NO 的轉(zhuǎn)化率，但反應(yīng)溫度較高，投入工廠使用的成本較高，造成資源浪費(fèi)。

2.3 其他-PILC

林綺純等[41]以浸漬法制備了銅基交聯(lián)黏土催化劑Cu/Al-Ce-PILC 用于C3H6選擇性還原NO，考察了Cu 含量以及反應(yīng)條件對(duì)催化劑性能的影響，結(jié)果表明，Cu 的添加改變了催化劑的表面酸性，w(Cu)=2%時(shí)，催化劑具有較高的催化活性和較寬的操作溫度范圍，350℃條件下，NO 轉(zhuǎn)化率可達(dá)56.4%。李前程等[42]研究了Fe-PILC 在貧燃條件下丙烯選擇性催化還原NO，表征表明，鐵氧化物的添加增大了催化劑的比表面積和孔容，提高了表面酸性和還原能力，1.0Fe-PILC 在450～600℃時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%以上，N2的選擇性可達(dá)97%以上，且抗水蒸氣和SO2的能力較強(qiáng)。Chen 等[19]研究了Al-Cr柱狀蒙脫土作為一種新型SCR催化劑載體的協(xié)同催化效果，合成了一系列Al∶Cr 摩爾比為0∶4～4∶0的AlCr-PILC，并采用浸漬法負(fù)載活性物質(zhì)錳和鈰，結(jié)果顯示，AlCr-PILC的協(xié)同催化效應(yīng)是通過(guò)MnCe與AlCr-PILC的強(qiáng)相互作用而產(chǎn)生的。

上述研究結(jié)果表明，Al 和Ce 共同柱撐的PILC的脫硝效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Ti 和Zr 共同柱撐的PILC 的脫硝效率，F(xiàn)e-PILC的脫硝活性雖然較高，但反應(yīng)溫度也較高。因此，金屬前體的選擇對(duì)PILC 的改性起重要作用。

綜上所述，眾多學(xué)者致力于以改性PILC 為催化劑的煙氣NOx脫除研究，NOx脫除效率也在不斷提高。另外，Al-PILC 和Fe-PILC 的脫硝溫度高于Ti-PILC，整體來(lái)看，以改性Ti-PILC 為催化劑進(jìn)行脫硝具有更大的經(jīng)濟(jì)效益。但脫硝過(guò)程的反應(yīng)機(jī)理較為復(fù)雜，且催化劑改性過(guò)程中活性物質(zhì)的添加及催化劑的再生問(wèn)題無(wú)法表征出來(lái)，因此，需要引入機(jī)理研究對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行深入探討。

3 改性柱撐黏土DFT研究進(jìn)展

密度泛函理論（density functional theory，DFT）是一種研究多電子體系電子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)方法。近年來(lái)，DFT計(jì)算的發(fā)展從電子原子尺度上使認(rèn)識(shí)催化劑的微觀結(jié)構(gòu)與反應(yīng)機(jī)理成為可能，已經(jīng)成為研究化學(xué)體系微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的重要輔助手段。目前，DFT計(jì)算已被廣泛應(yīng)用于探究分子的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)、能譜、反應(yīng)機(jī)理、過(guò)渡態(tài)結(jié)構(gòu)和電荷轉(zhuǎn)移等方面。文獻(xiàn)調(diào)研表明，尚未發(fā)現(xiàn)有學(xué)者開(kāi)展基于DFT 理論的改性柱撐黏土NOx脫除機(jī)理研究，但對(duì)改性PILC 材料吸附其他小分子（如H2O、重金屬原子等）的方面已有較多研究。

Peng 等[43]利用DFT 理論研究了鈉基蒙脫石（Na-MMT）基底表面(001)和邊緣表面(010)對(duì)單水分子的吸附，深入探究了水與Na-MMT 表面的相互作用，結(jié)果表明，水分子主要通過(guò)與Na+的靜電相互作用吸附在Na-MMT(001)基底表面，通過(guò)水分子與 OH 或 OH2基團(tuán)的氫鍵吸附在(010)邊緣表面。Peng 等[44]還利用DFT 理論研究了鈉基蒙脫石（Na-MMT） 基 底 表 面(001)和 邊 緣 表 面(010)對(duì)CaOH+的吸附并計(jì)算了其吸附能。Pan 等[45]利用DFT 研究了砷對(duì)鐵改性凹凸棒石（Fe/ATP）的吸附，計(jì)算結(jié)果表明As(V)在Fe/ATP上的吸附是由于單齒配合物的形成所致。Khaled 等[46]以蒙脫石（MMT）和半胱氨酸為基礎(chǔ)制備了用于重金屬去除的綠色復(fù)合材料，分別對(duì)Cd2+、Hg2+、Pb2+、Co2+、Zn2+等重金屬陽(yáng)離子進(jìn)行了無(wú)機(jī)-有機(jī)混合材料與純蒙脫土的吸附性能比較，計(jì)算結(jié)果表明，該復(fù)合材料具有螯合重金屬離子的能力。Yang 等[47]利用DFT研究了3-氯-2-羥丙基三甲銨（CHPTA）在蒙脫石表面的吸附機(jī)理，系統(tǒng)地分析了CHPTA、H2O和MMT的相互作用，發(fā)現(xiàn)CHPTA主要通過(guò)氫鍵吸附，Na+和H2O 的存在有利于CHPTA 在Na-(001)表面的吸附。Zhao等[48]利用密度泛函理論，采用廣義梯度近似和超細(xì)胞方法，研究了重金屬Cd、Cu、Hg 和Ni(II)原子在高嶺石羥基化(001)表面的吸附，并系統(tǒng)地研究了不同覆蓋范圍[0.11～1.0 單分子層(ML)]和吸附位點(diǎn)的吸附結(jié)構(gòu)和能量隨覆蓋度的變化，發(fā)現(xiàn)高嶺土對(duì)重金屬原子的吸附能力依次為Ni＞Cu＞Cd＞Hg。

上述研究結(jié)果表明，DFT計(jì)算方法應(yīng)用于以改性PILC 為催化劑的脫硝研究是可行的，且研究的內(nèi)容具有多樣性。實(shí)驗(yàn)研究只是從宏觀上對(duì)反應(yīng)進(jìn)行分析，無(wú)法深入探究其反應(yīng)機(jī)理，這就使得引入分子模擬成為必要。DFT計(jì)算可以為吸附分子與表面在分子水平上的相互作用和吸附結(jié)構(gòu)提供深入的見(jiàn)解，近年來(lái)DFT 在分子模擬方面取得的重大成就，將該理論引入改性PILC 材料脫硝研究，以闡明其脫硝機(jī)理，對(duì)改性PILC 材料在煙氣污染物脫除領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

4 結(jié)論

目前，NOx的脫除是亟需解決的重大環(huán)境污染問(wèn)題之一。NOx在催化劑表面的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物具有多樣性且反應(yīng)活性和穩(wěn)定性不同，提高NOx向具有高反應(yīng)活性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，是提高催化劑催化活性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵，為低溫SCR脫硝效率提供良好思路。

PILC 是一類以蒙脫石礦物為基質(zhì)黏土的柱撐材料，具有大小可調(diào)節(jié)的孔徑和大的孔道容量，在其孔道內(nèi)可柱撐柱化劑，經(jīng)改性后催化劑的催化活性得到明顯的改善，比表面積和孔體積均增大、表面酸性和熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。改性PILC 因其以上優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于脫硝研究，將Ti-PILC、Al-PILC 等改性PILC 的脫硝效率及反應(yīng)溫度進(jìn)行對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，改性Ti-PILC明顯具有更大經(jīng)濟(jì)效益。

PILC 材料的改性是提高其脫硝效率的關(guān)鍵，而其改性策略的確定是建立在較為明確的反應(yīng)機(jī)理基礎(chǔ)之上的。密度泛函理論（DFT）作為一種重要的量子化學(xué)理論，是理解改性PILC 材料選擇性催化還原NOx機(jī)理的有效工具，原子尺度的進(jìn)一步研究可為PILC材料的改性提供指導(dǎo)。