近年來，霧霾已經(jīng)成為大家茶余飯后最主要的談資。最近一個月，北方地區(qū)的霧霾污染更是每況愈下，京津冀及周邊地區(qū)多達44個城市，先后實施了空氣重污染應(yīng)急措施，多個城市啟動空氣重污染紅色預(yù)警。而常態(tài)化霧霾天氣的“元兇”，則是以PM2.5為代表的顆粒物污染，顆粒物數(shù)值越大，說明污染物越多，污染就越嚴(yán)重。

近日，復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系唐幸福教授環(huán)境催化課題組研發(fā)出了同時抗堿金屬和抗SO2的新型脫硝催化劑。據(jù)國內(nèi)外研究數(shù)據(jù)表明，與一次來源相比，二次生成的組分在PM2.5中占有一半以上的比重，并且在灰霾發(fā)生時比例更高，而這項技術(shù)可以有效地控制PM2.5前體物NOx的排放，對減少大氣中NOx轉(zhuǎn)化形成的二次顆粒污染物有著重要的積極作用。

2015年12月，相關(guān)研究鎢基抗堿金屬抗硫的新型脫硝催化劑以題“Alkali- and Sulfur-Resistant Tungsten-Based Catalysts for NOx Emissions Control”發(fā)表于Environmental Science &

Technology 期刊(Environ. Sci. Technol. 2015, 49, 14460–14465)上，該論文第一作者為復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系2014級博士生黃志偉。

早在17年前，因申奧治理大氣污染而成立的北京“藍天工程”課題組就已預(yù)見到，PM2.5將是未來大氣污染控制面臨的難點問題。當(dāng)時的科學(xué)家普遍認(rèn)為煙氣脫硫可以解決大氣污染，大力發(fā)展脫硫技術(shù)，但灰霾現(xiàn)象并沒未明顯改善。經(jīng)過進一步的研究，科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)氮氧化物也是大氣顆粒物的重要來源之一，要解決霧霾問題，必須要脫硫脫硝雙管齊下，協(xié)同控制，從源頭上控制污染物的排放。因此，在“十二五”期間，國家將NOx列入了節(jié)能減排的總量控制范圍。

那么如何才能控制NOx的排放?唐幸福教授告訴記者，通俗地說，控制NOx排放就是“脫硝”，就是將有害的NOx轉(zhuǎn)化為無毒無害的氮氣的過程。研究證明，選擇性催化還原NOx的煙氣脫硝技術(shù)(SCR)以脫硝效率高而得到了最廣泛的應(yīng)用，成為“脫硝技術(shù)”的主流的技術(shù)。它利用氨對NOx的還原功能，在催化劑的作用下將NOx(主要是NO)還原為對大氣沒有影響的氮氣和水，催化劑的開發(fā)是其核心。

據(jù)唐幸福教授介紹，催化劑上存在有活性位，在理想環(huán)境下氨和NOx在活性位上發(fā)生反應(yīng)，生成氮氣和水，但在實際煙氣環(huán)境要復(fù)雜很多。煙氣環(huán)境中的堿金屬和二氧化硫(SO2)是SCR催化劑兩種最主要的毒物，在固定源和移動源中均大量存在。一但催化劑的活性位被這些毒物占據(jù)，SCR反應(yīng)就不會再繼續(xù)，催化劑就會表現(xiàn)出“中毒”。催化劑“中毒”后就會失活，喪失作用。當(dāng)脫硝效率達不到排放標(biāo)準(zhǔn)時，就必須更換或再生催化劑。

從新催化劑開始使用到被更換這段時間被稱為“催化劑壽命”。傳統(tǒng)催化劑在毒物濃度非常高的情況下，容易失活，壽命下降，需要經(jīng)常更換。在現(xiàn)有的商品化催化劑中，還沒有既能夠有效地抗堿金屬又能夠抗SO2中毒的產(chǎn)品。

唐幸福課題組于2015年初建立了本征的堿金屬離子交換—配位型中毒機理，經(jīng)過不懈的摸索研究，終于突破了傳統(tǒng)脫硝催化劑難以應(yīng)用于高堿或堿土金屬燃煤或生物質(zhì)燃料煙氣脫硝技術(shù)的瓶頸，研發(fā)出了同時抗堿金屬和抗SO2的新型脫硝催化劑。區(qū)別于傳統(tǒng)催化劑，課題組在新型脫硝催化劑上同時設(shè)計了催化活性位和堿金屬捕獲位: 堿金屬捕獲位能捕獲堿金屬顆粒，即使催化劑毒物堿金屬預(yù)先占用了活性位，由于新型催化劑的特性，堿金屬也會自發(fā)遷移到捕獲位上，并重新釋放催化活性位。此外，堿金屬與的捕獲位結(jié)合十分穩(wěn)定，脫硝反應(yīng)則仍將在活性位上進行。唐幸福課題組在對催化劑結(jié)構(gòu)進行重新設(shè)計后，在堿金屬和SO2濃度非常高的場所中，新型催化劑比傳統(tǒng)催化劑壽命提高10倍以上;特別是在傳統(tǒng)催化劑無法發(fā)揮作用的燃煤工業(yè)鍋爐和特種鍋爐的NOx排放控制，也依然可以保持較高的活性。據(jù)介紹，該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于火電廠、重工業(yè)、汽車等源頭的NOx排放控制。

美國化學(xué)會周刊化學(xué)化工新聞Chemical & Engineering News(C&EN)和環(huán)保汽車協(xié)會Green Car Congress(GCC)第一時間轉(zhuǎn)載報道了這項技術(shù)。C&EN報道中引用美國康涅狄格大學(xué)的Gao教授的評價，認(rèn)為這樣的設(shè)計為徹底解決催化劑穩(wěn)定性的問題給出了一種可行的選擇。GCC報道中對比了美國田納西大學(xué)Knoxville教授和國立橡樹嶺研究所的研究結(jié)果，對復(fù)旦大學(xué)這項新的技術(shù)給予了高度評價。

據(jù)悉，正是新型脫硝催化劑不可比擬的巨大優(yōu)勢，這項技術(shù)甫一問世便于有關(guān)公司開展了合作，目前已經(jīng)建立規(guī)?；a(chǎn)中心，產(chǎn)品已在兩個工業(yè)領(lǐng)域中投放使用，為改善區(qū)域空氣質(zhì)量，減少因PM2.5而產(chǎn)生的灰霾天氣發(fā)揮積極重要的作用。