摘 要：催化剂失活是在选择性催化还原（SCR）技术实际运行过程中遇到的一个复杂问题，它会导致催化剂脱硝活性和选择性随时间而降低。为探究碱金属及碱土金属对催化剂主要活性组分V6O15分子团簇的影响，应用量子化学计算加入金属原子K、Na、Ca后钒基的分子结构参数、吸附能、LUMO轨道能量和加氢反应放热量，得出金属原子对钒基催化剂的作用机理和影响规律。结果表明：催化剂在掺入K、Na、Ca金属原子后催化活性下降。V6O15团簇中毒影响顺序为：K掺杂>Na掺杂>Ca掺杂>未掺杂。研究碱金属及碱土金属对催化剂的影响对提高脱硝效率及催化剂抗中毒能力具有一定指导意义。
关键词：V6O15；碱金属；碱土金属；量子化学计算；中毒机理
近年来，我国的电力事业迅速发展，由此带来的污染物排放问题日趋严峻,其中氮氧化物排放量也呈迅速增长的趋势[1]。我国以煤为主要能源，煤炭在一次能源消费中的比例高达70%，大气中氮氧化物的排放主要来自于煤的燃烧[2]。十三五阶段，煤电仍将承担国家大气污染物减排的重任，煤电大气污染物将长期被列为国家重点控制对象之一，因此，煤电大气污染物控制技术的发展对全国大气污染控制具有深远的意义[3]。
目前以NH3为还原剂的选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术应用最为广泛且最高效[4]。由于钒基催化剂具有良好的脱硝效率和催化选择性以及较强的抗中毒能力，且其最佳的活性温度范围与燃烧过程中产生的烟气温度也较匹配，因此目前燃煤电厂SCR催化剂采用以TiO2为载体、V2O5为主要活性组分的氧化物催化剂[5]。
烟气中组分如碱金属(Na、K)、碱土金属(Ca)、重金属(Hg、Pb)、磷、卤代氢等在钒基表面活性位上发生化学吸附或反应，导致活性中心反应力下降。电厂所使用的锅炉炉型及燃烧煤种决定了烟气中会含有大量的碱金属和碱土金属元素，主要为钾、钠、钙和镁。为了降低SCR催化剂活性衰减速率、延长其使用寿命、降低脱硝成本，SCR烟气脱硝技术实现工程应用以来，世界各国学者一直致力于对催化剂失活的规律和机制的探索和研究[6]。
盘思伟等人[7]以V205-WO3/TiO2催化剂为研究对象，用XRD、H2-TPR及FT-IR对催化剂吸附NH3进行表征，研究Ca和Mg对催化剂活性影响。结果表明，Ca和Mg的掺入抑制V2O5的还原能力；影响催化剂表面B酸位对NH3的吸附能力；杜振等人[8]以钒钛SCR催化剂为研究对象,研究了相同含量下K、Na、Ca、Pb的氧化物对钒钛催化剂NO转化率的影响，结果表明K2O和Na2O的掺入会抑制钒钛催化剂上V2O5的还原能力,而CaO和PbO的掺入对钒钛催化剂上V2O5的还原能力影响较小。
作者：高正阳