低溫SCR脫硝催化劑 給鍋爐戴上防PM2.5的“口罩”

  從7日開(kāi)始，北(běi)京再度陷入了“霧霾模式”，伴随而來的是個重污染紅色預警的啓動。現在正值供暖季節，全市燃煤、天然氣供暖鍋爐排放(fàng)大(dà)量污染物(wù)，直接或間接轉換成了近年來我(wǒ)們所熟悉而又(yòu)厭(yàn)惡的細顆粒物(wù)PM2.5。根據之前的追根溯源，燃煤排放(fàng)貢獻了北(běi)京近1/4的PM2.5，如果能把這部分(fēn)PM2.5“解決”掉，無疑對“北(běi)京藍(lán)”意義重大(dà)。

記者從北(běi)京工(gōng)業大(dà)學了解到，該校環境與能源工(gōng)程學院何洪、李堅兩位教授帶科研團隊潛心研究多年，研發出了整體(tǐ)蜂窩型低溫SCR脫硝催化劑，能夠大(dà)幅削減燃煤、燃氣鍋爐的氮氧化物(wù)排放(fàng)量，有效阻止氮氧化物(wù)轉化爲PM2.5。塊塊蜂窩型催化劑材料拼裝在起，等于給鍋爐戴上了個防PM2.5的“口罩”。

不同域專家聯手幹“副業”

1998年，北(běi)京共遭遇76個煙霧日，不利于大(dà)氣污染物(wù)擴散的穩定類型天氣出現頻(pín)率高達40.4%，氮氧化物(wù)比上年升高14%。爲應對嚴峻的大(dà)氣污染形勢，當年底北(běi)京市政府采取了控制煤煙型污染、機動車(chē)排氣污染和揚塵污染18項緊急措施。

就在這年秋天，何洪正式來到北(běi)京工(gōng)業大(dà)學，從事催化化學域的教學和研究。“作爲土生(shēng)土長的北(běi)京人，我(wǒ)太了解北(běi)京的空氣質量是如何轉差的了，經濟高速發展伴随着根根煙囪拔地而起，處理不淨的二氧化硫、氮氧化物(wù)等污染物(wù)直接排放(fàng)進入大(dà)氣。”何洪說，1993年到1996年他在香港浸會大(dà)學攻讀博士學位時就知(zhī)道西方對氮氧化物(wù)排放(fàng)的控制直非常嚴格，通過系列技術将氮氧化物(wù)淨化，這個過程被稱爲“脫硝”，但環顧内地，“脫硝”工(gōng)藝近幾年才剛剛開(kāi)始。

對着化學元素周期表找材料

2004年，兩人帶着科研團隊開(kāi)始做基礎配方。相比别的科研項目立項、審批、答辯、評獎，步步“光明正大(dà)”，何洪和李堅的項目在初的幾年完全屬于“暗箱操作”。沒有任何立項，沒有研究終點，也沒有科研經費(fèi)，甚至連學校導都不知(zhī)道。“我(wǒ)們就想努力嘗試，看能做出低多少溫度的催化劑材料。”李堅說，當時他倆都想好了，旦成功，就直接把實驗室成果做到能應用的工(gōng)業化産品，“實打實來，不弄花邊科研。”

兩人分(fēn)工(gōng)明确，何洪帶學生(shēng)負責催化劑材料的研究、制備，李堅帶學生(shēng)負責催化劑模塊的成型制作及其工(gōng)程應用。尋找合适的低溫催化劑材料，并不是件容易的事。何洪說，他們對着元素周期表，鈉、鎂、鋁、鐵、鋅、銅……樣樣找來，不斷比對、試驗，除了少數幾種放(fàng)射性元素外(wài)，嘗試了幾乎所有元素周期表的元素。

“那時候我(wǒ)們有各自的研究課題，教學、研究的任務也很重，但都悄悄地把這項研究堅持了下(xià)來。”何洪說，自己的實驗室在五樓，李堅的實驗室在樓，每天兩人就樓上樓下(xià)串着跑，“這在當時可減肥了。”他笑道。

這麽大(dà)的項目，又(yòu)涉及到具體(tǐ)産品制備，沒有經費(fèi)難以想象。何洪坦言，當時做研究隻能節約再節約，真不行了兩人就從其他科研項目中(zhōng)“蹭”有富餘的經費(fèi)接濟下(xià)，或者用些其他項目剩下(xià)來的設備。“雖然現在看來這非常不規範，但在當時的确是不得已的辦法。”何洪說。

2008年，兩組團隊的研究取得突破性進展，種名叫釩钼钛的材料大(dà)大(dà)提高了蜂窩催化劑的低溫适應性。“實驗室裏，這種材料在160℃都能保證催化效果。開(kāi)始，我(wǒ)們都難以相信，用了很長時間進行反複驗證。”何洪說。

污染物(wù)被還原爲氮氣和水

材料研發取得重大(dà)突破，但距離(lí)産品依然遙遠。李堅告訴記者，實驗室出來的是催化劑材料的粉體(tǐ)，需要通過擠出、成形等多道工(gōng)藝才能變成終的産品，這其中(zhōng)的加工(gōng)技術對于保證材料的終效果至關重要。

功夫不負有心人，他們在天津武清找到了家企業做工(gōng)業實驗，然後在山東淄博找到了願意加工(gōng)催化劑材料的工(gōng)廠。于是幾乎每周，兩人都得從北(běi)京趕赴山東，“那時候去(qù)淄博的鐵路遠沒有現在方便，隻能開(kāi)車(chē)過去(qù)。”何洪說，經過不懈努力，他們加工(gōng)出了30孔、40孔等規格的催化劑材料，“40孔材料因爲加工(gōng)難度很大(dà)，在國際上非常罕見，它對于淨化天然氣鍋爐排放(fàng)氮氧化物(wù)具有更好的效果，适合北(běi)京等大(dà)城市的污染減排。”

日前記者在北(běi)京工(gōng)業大(dà)學的棟實驗樓裏見到了這兩種催化劑材料的樣品。粗看，它們就是長方體(tǐ)，隻是在中(zhōng)間密密麻麻分(fēn)布着小(xiǎo)孔，“長方體(tǐ)橫截面邊長爲15厘米，40孔意味着這個橫截面有40個小(xiǎo)孔，這段材料有40條煙氣通道。”李堅解釋道，從鍋爐裏排放(fàng)的二氧化氮、氧化氮等污染氣體(tǐ)加氨後通過這些催化劑材料，會發生(shēng)還原反應，變成氮氣和水，“氮氣是地球大(dà)氣主要的成分(fēn)，和水樣對生(shēng)物(wù)有益無害。”李堅說。

在李堅的實驗室裏，記者目睹了這種蜂窩材料發揮神奇的作用。煙氣通過材料後，氮氧化物(wù)的濃度被神奇地降到了6.83毫克/立方米，“遠遠低于北(běi)京現在對于鍋爐排放(fàng)氮氧化物(wù)的标準限值。”李堅說。

有望助力北(běi)京熱電(diàn)企業減排

有了好的技術和産品，自然要推向市場，這是何洪、李堅初的目标。這項技術通過北(běi)京的家科技有限公司實現了成果轉化，但在推廣之初卻遇到了不少困難。“大(dà)家用慣了國外(wài)的産品，不信任我(wǒ)們的技術。”何洪說，有次他帶着材料去(qù)湖北(běi)武漢的家企業，廠方以爲他就是位供銷員(yuán)，草草打發，“連杯水都沒給喝(hē)。”何洪說，但後來随着他們的産品被行業所熟知(zhī)，再去(qù)企業時連當地環保局導都會全程陪同，希望能用上這項新技術。

李堅告訴記者，整體(tǐ)蜂窩型低溫SCR脫硝催化劑有着廣泛的應用前景。台20蒸噸的燃煤鍋爐，隻需要10立方米的催化劑材料進行組合後裝進脫硝反應器裏，就能有效淨化氮氧化物(wù)。這種催化劑材料已經在北(běi)京多個供暖小(xiǎo)區投入使用，他們還在和承擔重要供電(diàn)使命的京西南(nán)熱電(diàn)中(zhōng)心洽談，先進的催化劑材料有望在北(běi)京環保、先進的熱電(diàn)中(zhōng)心投入使用。

在推廣應用的過程中(zhōng)，他們的産品也遇到了“劣币驅逐良币”的困難。些國内的廠商(shāng)推出号稱也能實現脫硝功能的催化劑材料，以低的價格攪動市場，“他們每立方米才1萬元，這根本不可能，成本都不夠。除非添加了不明材料，但這對實際減少排放(fàng)毫無意義。”何洪說，他們未來也會進步加大(dà)技術攻關，降低材料成本，同時也希望有關部門能加大(dà)監管，“這也是對我(wǒ)們科研積性的保護”