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非电行业已成为我国最大的工业氮氧化物排放来源，减排形式严峻。氨法选择性催化还原脱硝技术(Selective catalytic reduction of NOx with NH3，NH3-SCR)作为高效的氮氧化物去除技术，已在工业固定源上得到了广泛的应用。目前非电行业(如工业锅炉和炉窑等)排放烟气由于具有负荷多变、排烟温度低以及组分复杂等特点，使得高温窗商用钒基催化剂的应用受到了严重的限制。因此，开发出具有高活性和良好抗干扰组分性能的环境友好型中低温SCR催化剂具有重要的实际应用意义。
首先，论文针对铈基催化剂中低温脱硝活性和抗硫性能不佳等问题，采用了Nb/Sb掺杂以及NbOPO4为载体等手段进行了改性，考察了催化剂改性后的脱硝性能，揭示了内在的构效关系。研究表明，Nb掺杂不仅促进了Cu-Ce氧化物之间的氧化还原循环协同作用以及活性组分的分散性，还可以抑制NH3的过度氧化以及促进NO2的形成，进而有效地拓宽了Cu-Ce-Ti催化剂的反应温窗(最优催化剂T90温窗为180-360℃)。此外，相比于Nb的掺杂改性，NbOPO4载体与活性组分间的强相互作用可以抑制SO2的侵蚀作用，使得催化剂在250℃和100ppmSO2条件下实验10小时后仍具有80%左右的脱硝效率，但是这种强相互作用也一定程度上削弱了催化剂的还原性，从而降低了其低温活性。由此，论文接着采用柠檬酸法合成了Sb改性的CeZr2Ox催化剂来进一步提升催化剂低温脱硝活性和抗硫性能。Sb的引入会在复合金属氧化物之间产生强烈的相互作用，从而导致催化剂比表面积、氧化还原能力和表面酸性的增加，使催化剂在200-360℃的温度范围内获得90%以上的脱硝活性。同时，Sb改性CeZr2Ox催化剂的抗硫性能也得到了明显提升：最优的Sb0.5CZ催化剂在100ppmSO2和5vol.%H2O条件下36小时后仍具有80%左右的脱硝活性。
其次，基于优选的Sb-Ce-Zr催化剂，研究了烟气中干扰组分(SO2、CO/CO2以及不同Zn物种等)对催化剂脱硝性能的影响规律，明晰了不同的作用机制。结果表明，SO2会优先与Sb-O-Ce结构中最活泼的氧物种结合并在Sb位点周围形成规整的硫酸盐基团，从而形成了对SO2的空间位阻作用并保护了大量Ce-O-Ce或Ce-O-Zr结构中的活性氧组分以有效参与SCR反应，进而显著提升CeZr2Ox催化剂的抗硫性能。相比于CO2，CO会对SCZ催化剂的脱硝活性产生更加明显的可逆抑制作用，尤其是在相对高温条件下。1%CO的存在会使SCZ催化剂的脱硝活性在380℃下降低25%左右。CO2对SCZ催化剂致失活的原因主要是碳酸盐的沉积抑制了NOx物种的吸附。而CO致催化剂失活主要有两方面因素：一是CO的存在会与NO竞争利用催化剂表面的活性氧；更重要的是，CO可能会与NH3反应生成NCO物种，使氨的活化及其还原氮氧化物的反应过程受到干扰。除了SO2、CO和CO2外，论文还系统地分析了烟气中复合干扰组分(不同含锌物质以及SO2和HCl等)对SCZ催化剂脱硝性能的影响。研究结果表明，不同锌物种对催化剂的致中毒作用不同，其中ZnCl2和ZnSO4比单纯ZnO的影响更大。锌与锑物种之间的相互作用会破坏Ce-O-Sb结构，从而抑制Ce-Sb之间的氧化还原循环过程并降低催化剂的氧化还原能力。同时，Ce-O-Sb结构的破坏也会使得催化剂表面硫酸盐物种的保护层遭到破坏，以致形成更多的体相硫酸盐，进而限制了催化剂表面活性氧组分的移动性，致使催化剂的抗硫性能下降。
首先，论文针对铈基催化剂中低温脱硝活性和抗硫性能不佳等问题，采用了Nb/Sb掺杂以及NbOPO4为载体等手段进行了改性，考察了催化剂改性后的脱硝性能，揭示了内在的构效关系。研究表明，Nb掺杂不仅促进了Cu-Ce氧化物之间的氧化还原循环协同作用以及活性组分的分散性，还可以抑制NH3的过度氧化以及促进NO2的形成，进而有效地拓宽了Cu-Ce-Ti催化剂的反应温窗(最优催化剂T90温窗为180-360℃)。此外，相比于Nb的掺杂改性，NbOPO4载体与活性组分间的强相互作用可以抑制SO2的侵蚀作用，使得催化剂在250℃和100ppmSO2条件下实验10小时后仍具有80%左右的脱硝效率，但是这种强相互作用也一定程度上削弱了催化剂的还原性，从而降低了其低温活性。由此，论文接着采用柠檬酸法合成了Sb改性的CeZr2Ox催化剂来进一步提升催化剂低温脱硝活性和抗硫性能。Sb的引入会在复合金属氧化物之间产生强烈的相互作用，从而导致催化剂比表面积、氧化还原能力和表面酸性的增加，使催化剂在200-360℃的温度范围内获得90%以上的脱硝活性。同时，Sb改性CeZr2Ox催化剂的抗硫性能也得到了明显提升：最优的Sb0.5CZ催化剂在100ppmSO2和5vol.%H2O条件下36小时后仍具有80%左右的脱硝活性。
其次，基于优选的Sb-Ce-Zr催化剂，研究了烟气中干扰组分(SO2、CO/CO2以及不同Zn物种等)对催化剂脱硝性能的影响规律，明晰了不同的作用机制。结果表明，SO2会优先与Sb-O-Ce结构中最活泼的氧物种结合并在Sb位点周围形成规整的硫酸盐基团，从而形成了对SO2的空间位阻作用并保护了大量Ce-O-Ce或Ce-O-Zr结构中的活性氧组分以有效参与SCR反应，进而显著提升CeZr2Ox催化剂的抗硫性能。相比于CO2，CO会对SCZ催化剂的脱硝活性产生更加明显的可逆抑制作用，尤其是在相对高温条件下。1%CO的存在会使SCZ催化剂的脱硝活性在380℃下降低25%左右。CO2对SCZ催化剂致失活的原因主要是碳酸盐的沉积抑制了NOx物种的吸附。而CO致催化剂失活主要有两方面因素：一是CO的存在会与NO竞争利用催化剂表面的活性氧；更重要的是，CO可能会与NH3反应生成NCO物种，使氨的活化及其还原氮氧化物的反应过程受到干扰。除了SO2、CO和CO2外，论文还系统地分析了烟气中复合干扰组分(不同含锌物质以及SO2和HCl等)对SCZ催化剂脱硝性能的影响。研究结果表明，不同锌物种对催化剂的致中毒作用不同，其中ZnCl2和ZnSO4比单纯ZnO的影响更大。锌与锑物种之间的相互作用会破坏Ce-O-Sb结构，从而抑制Ce-Sb之间的氧化还原循环过程并降低催化剂的氧化还原能力。同时，Ce-O-Sb结构的破坏也会使得催化剂表面硫酸盐物种的保护层遭到破坏，以致形成更多的体相硫酸盐，进而限制了催化剂表面活性氧组分的移动性，致使催化剂的抗硫性能下降。