非熱等離子體催化還原柴油機(jī)NOx 研究進(jìn)展

劉 鋒，丁 帥，張 星

（1.蘇州科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009；2.城市生活污水資源化利用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇蘇州 215009）

近年來，我國(guó)移動(dòng)源污染防治取得積極成效。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《中國(guó)移動(dòng)源環(huán)境管理年報(bào)（2022）》顯示，2021 年全國(guó)機(jī)動(dòng)車四項(xiàng)污染物（CO、HC、NOx、PM）排放總量為1 557.7 萬(wàn)t，隨著新能源汽車銷量的增加，2021 年柴油車NOx排放總量降低至582.1 萬(wàn)t，相比2020 年626.3 萬(wàn)t 降低了7%，但柴油車NOx排放量依舊超過汽車排放總量的80%。除此之外，非道路移動(dòng)源（工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械和船舶等）NOx排放總量與機(jī)動(dòng)車NOx排放總量相當(dāng)，由此可見柴油機(jī)NOx污染形勢(shì)嚴(yán)峻[1-4]。柴油機(jī)NOx容易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成二次污染物進(jìn)而形成灰霾和光化學(xué)煙霧，隨著大氣污染治理工作全面深入開展，柴油機(jī)污染治理成為打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要環(huán)節(jié)[5-6]。

柴油機(jī)采用稀薄燃燒技術(shù)，空燃比高，過量氧氣使得燃料充分燃燒，CO、HC 污染物排放量少，但由于油氣混合均勻程度低，局部生成更多NOx和PM，且NOx與PM 之間存在trade-off 效應(yīng)，兩者濃度此升彼降，凈化機(jī)制相互制約，即NOx需被還原為N2，而PM 則需被氧化為CO2和H2O，三元催化技術(shù)（TWC）難以在富氧條件下還原NOx[7]。針對(duì)柴油機(jī)NOx污染控制難題，筆者論述了柴油機(jī)NOx排放特征，對(duì)比研究了柴油機(jī)NOx現(xiàn)有控制技術(shù)，梳理總結(jié)了優(yōu)缺點(diǎn)，詳細(xì)分析了氨氣選擇性催化還原（NH3-SCR）凈化柴油機(jī)NOx現(xiàn)狀，介紹了非熱等離子體協(xié)同SCR 催化柴油機(jī)NOx進(jìn)展，期望為促進(jìn)柴油機(jī)NOx控制和推動(dòng)移動(dòng)源尾氣治理提供技術(shù)儲(chǔ)備和理論支持。

1 柴油機(jī)NOx 排放與控制

1.1 排放特征

柴油機(jī)NOx排放呈現(xiàn)波動(dòng)性大、擴(kuò)散性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特征，其濃度隨負(fù)荷增加而增大，且與柴油機(jī)工作溫度密切相關(guān)，按照生成機(jī)理分為熱力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx，見表1。研究表明柴油機(jī)燃料氮含量介于0.005%～0.08%，因此燃料型NOx含量少，熱力型NOx生成量較高，其中NO 占比達(dá)到95%以上，N2O、NO2、N2O5等污染物濃度較低[8-10]。尹航等[11]采用車載排放測(cè)試系統(tǒng)（PEMS）分析不同工況下內(nèi)河船舶柴油機(jī)污染物實(shí)際排放特征，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)柴油機(jī)穩(wěn)定在高負(fù)荷時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒溫度高導(dǎo)致熱力型NO 生成量大，NOx排放總量比低負(fù)荷下增加44.72%。邢輝等[12]采用臺(tái)架測(cè)試基于燃油消耗和船舶活動(dòng)兩種方法對(duì)船用母型機(jī)尾氣排放進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明不同類型柴油機(jī)NOx基于燃油和做功排放因子分別為30.67～76.55 kg·t-1、6.83～13.64 g·（kW·h）-1，并且做功排放因子與柴油機(jī)負(fù)荷密切相關(guān)，其可用冪函數(shù)等量化表達(dá)。冀樹德等[13]基于多因素神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型通過優(yōu)化隱層節(jié)點(diǎn)和迭代次數(shù)構(gòu)建NOx排放預(yù)測(cè)模型，結(jié)合臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型泛化能力，預(yù)測(cè)精度高達(dá)98.5%，分析發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、循環(huán)油耗、中冷進(jìn)氣溫度和排氣背壓對(duì)柴油機(jī)NOx排放影響相對(duì)較高。

表1 柴油機(jī)NOx 生成機(jī)理

1.2 控制技術(shù)

柴油機(jī)NOx控制技術(shù)包括燃油品質(zhì)改善、機(jī)內(nèi)凈化和機(jī)外凈化3 類。通過調(diào)控柴油十六烷值、降低芳烴含量和添加乳化劑等措施提高燃油品質(zhì)，源頭降低柴油機(jī)NOx生成量以減輕后處理凈化壓力。機(jī)內(nèi)凈化是指控制柴油機(jī)進(jìn)排氣頻率、噴油壓力時(shí)間等改善缸內(nèi)燃燒環(huán)境使燃料充分燃燒，機(jī)內(nèi)凈化可在一定程度減少柴油機(jī)NOx排放。在機(jī)外凈化技術(shù)中，NH3-SCR 由于具有凈化效率高、運(yùn)行性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是控制柴油機(jī)NOx最有效的技術(shù)。此外，非熱等離子體作為一種能量利用效率較高的技術(shù)，其末端破壞性特點(diǎn)對(duì)NOx具有高效降解能力[14-15]。柴油機(jī)NOx控制技術(shù)原理和性能比較見表2[16-18]。機(jī)內(nèi)凈化相比機(jī)外凈化節(jié)省空間，但柴油機(jī)不均勻油氣混合壓縮自燃方式使得機(jī)內(nèi)凈化存在局限性，僅采用機(jī)內(nèi)凈化無法有效控制柴油機(jī)NOx，因此需與機(jī)外凈化結(jié)合方能實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)NOx深度凈化目標(biāo)[19]。

2 NH3-SCR 凈化柴油機(jī)NOx 現(xiàn)狀

2.1 機(jī)理分析

根據(jù)柴油機(jī)NOx排放特征，對(duì)比柴油機(jī)NOx現(xiàn)有控制技術(shù)，發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)NOx凈化主要使用NH3-SCR 技術(shù)，其在富氧條件下噴入NH3作為還原劑，在催化劑作用下被選擇性催化還原為N2和H2O，由于配備NH3儲(chǔ)罐具有危險(xiǎn)性，實(shí)際通常使用尿素水溶液作為NH3儲(chǔ)存劑[20]。典型柴油機(jī)尾氣控制系統(tǒng)整體構(gòu)成如圖1 所示，包括氧化型催化器（DOC）、顆粒物捕集器（DPF）、選擇性催化還原反應(yīng)器（SCR）和氨氧化催化器（ASC），具體分為預(yù)氧化階段、尿素水熱分解階段、NOx催化反應(yīng)階段和NH3氧化反應(yīng)階段，

圖1 典型柴油機(jī)尾氣控制系統(tǒng)整體構(gòu)成示意圖

在NOx催化反應(yīng)階段，NO 直接被NH3還原的反應(yīng)稱為標(biāo)準(zhǔn)SCR 反應(yīng)。當(dāng)NO 與NO2摩爾比為1∶1 時(shí)，NO 反應(yīng)速率遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)SCR 反應(yīng)，且低溫條件下NO 轉(zhuǎn)化效率大幅度提升，該反應(yīng)被稱為快速SCR 反應(yīng)，因此通過設(shè)置DOC 增大NO2比例可以提高NO 轉(zhuǎn)化效率和低溫催化活性，但NO2含量不宜過高，否則需要消耗NH3凈化NO2[21]。NH3-SCR 屬于多相催化反應(yīng)，涉及催化劑表面反應(yīng)物和產(chǎn)物之間化學(xué)鍵斷裂與形成，其主要遵循兩種反應(yīng)機(jī)理，即Eley-Rideal（E-R）機(jī)理和Langmuir-Hinshelwood（L-H）機(jī)理，具體如圖2 所示。E-R 機(jī)理認(rèn)為吸附態(tài)NH3與氣相NOx反應(yīng)生成N2和H2O；L-H 機(jī)理認(rèn)為吸附在相同或相鄰活性位上的NH3和NOx反應(yīng)生成N2和H2O[22]。在E-R 機(jī)理和L-H 機(jī)理中，O2均參與催化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)催化劑儲(chǔ)、釋氧循環(huán)過程。CHEN 等[23]研究表明影響NH3-SCR 反應(yīng)效率的關(guān)鍵因素是催化劑表面儲(chǔ)、釋氧能力和催化劑表面酸性位。催化劑表面儲(chǔ)、釋氧能力與活性金屬價(jià)態(tài)變化相關(guān)，催化劑表面酸性位分為L(zhǎng)ewis 酸性位和Br?nsted 酸性位，其中Lewis 酸性位接受電子，與NH3結(jié)合形成-NH2基團(tuán)，Br?nsted 酸性位提供質(zhì)子，與NH3結(jié)合形成吸附態(tài)NH4+。

圖2 NH3-SCR 反應(yīng)機(jī)理示意圖

2.2 催化劑研究

催化劑是NH3-SCR 系統(tǒng)核心與關(guān)鍵，主要分為貴金屬類、金屬氧化物類和分子篩類，其性能對(duì)比見表3[24]。此外，類水滑石（LDH）基和金屬有機(jī)骨架材料（MOFs）基SCR 催化劑表現(xiàn)出優(yōu)良脫硝性能[25-26]。閻清華等[27]利用類水滑石材料金屬陽(yáng)離子可調(diào)控特性，通過調(diào)控目標(biāo)活性金屬陽(yáng)離子構(gòu)建類水滑石衍生銅基SCR 催化劑，結(jié)果表明金屬摻雜引起的電子轉(zhuǎn)移促進(jìn)快速SCR 反應(yīng)發(fā)生，并且呈現(xiàn)較寬的活性溫度窗口和優(yōu)異的抗硫性能。YU 等[28]采用原位生長(zhǎng)法分別以CuO 和Cu3（BTC）2為核和殼合成CuO@Cu3（BTC）2催化劑，研究發(fā)現(xiàn)脫硝效率高于單獨(dú)使用CuO 或Cu3（BTC）2，當(dāng)溫度為240 ℃時(shí)脫硝效率高達(dá)95%。SCR 催化劑脫硝性能不僅與化學(xué)組成密切相關(guān)，比表面積、微觀形貌、晶型結(jié)構(gòu)、表面物化性質(zhì)等因素直接影響反應(yīng)效率，較大的比表面積可使活性位點(diǎn)均勻分布，增強(qiáng)氣相分子吸附趨勢(shì)進(jìn)而提升催化性能；微觀形貌影響催化劑表面暴露的晶面，活潑性強(qiáng)的晶面表現(xiàn)出較高的催化活性；晶型結(jié)構(gòu)決定活性組分的數(shù)量和分布；表面酸性強(qiáng)利于NH3吸附，氧化還原性強(qiáng)利于NO 活化，增強(qiáng)表面酸性和氧化還原性可以有效提高催化劑整體反應(yīng)性能[29-31]。

表3 SCR 催化劑性能對(duì)比

柴油機(jī)NOx凈化主要使用金屬氧化物類和分子篩類SCR 催化劑，其中船用柴油機(jī)負(fù)荷范圍寬，尾氣溫度波動(dòng)范圍大，所用燃料多以劣質(zhì)柴油、重油甚至渣油為主，耗油量高，燃燒條件惡劣，污染物排放量大，尾氣中二氧化硫濃度較高，通常使用釩基金屬氧化物類SCR 催化劑，但釩基催化劑反應(yīng)溫度窗口窄，低溫催化活性差，并且釩具有生物毒性，高溫下易揮發(fā)，隨著排放標(biāo)準(zhǔn)日趨提高，低溫抗硫SCR 催化劑亟待開發(fā)[32-33]。分子篩類SCR 催化劑在重型柴油機(jī)NOx凈化方面展現(xiàn)廣闊應(yīng)用前景，其中CHA 型分子篩催化劑具有較高低溫活性和優(yōu)異水熱穩(wěn)定性，受制于市場(chǎng)化進(jìn)程，國(guó)際催化劑公司基本完成CHA 型分子篩負(fù)載過度金屬催化劑專利布局，構(gòu)建嚴(yán)密知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘，因此迫切需要研發(fā)新型分子篩類SCR 催化劑，為國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)全面實(shí)施提供自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)催化材料。

3 非熱等離子體凈化柴油機(jī)NOx 研究

3.1 技術(shù)概述

等離子體（Plasma）由大量自由電子、高能離子和中性粒子（如分子、原子和自由基）等組成導(dǎo)電性流體，宏觀呈現(xiàn)電中性，根據(jù)熱力學(xué)平衡狀態(tài)分為熱平衡等離子體（Thermal Plasma）和非熱平衡等離子體（簡(jiǎn)稱非熱等離子體，Non-thermal Plasma，NTP）。在非熱等離子體中，電子溫度Te達(dá)到104 K 遠(yuǎn)高于離子溫度Ti，表觀溫度介于100～1 000 K，整體呈現(xiàn)低溫狀態(tài)[34-36]。非熱平衡等離子體電子溫度Te和離子溫度Ti熱力學(xué)具有不一致性，大量高能離子和活性基團(tuán)處于激發(fā)狀態(tài)，可為化學(xué)反應(yīng)提供足夠高的活化能，使常溫下難以發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)得以進(jìn)行。非熱等離子體主要通過氣體高壓放電產(chǎn)生，即在外加電場(chǎng)作用下使氣體電離，氣相分子在高能離子和活性粒子作用下化學(xué)鍵斷裂進(jìn)而發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)。

非熱等離子體產(chǎn)生方式主要有電子束放電、介質(zhì)阻擋放電和脈沖電暈放電，具體氣體放電物理參數(shù)見表4[37]。由表4 可知，電子束放電產(chǎn)生的電子能量和等離子體密度最大，遠(yuǎn)高于氣體電離所需能量，因此能耗較高。脈沖電暈放電雖能產(chǎn)生高密度等離子體，但難以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，容易產(chǎn)生拉弧打火。相比而言，介質(zhì)阻擋放電可以在低電壓下產(chǎn)生較高的電子能量和等離子體密度，并且安全系數(shù)較高，因此廣泛用于控制氣態(tài)污染物。介質(zhì)阻擋放電是將絕緣介質(zhì)插入電極之間，通過外加電壓產(chǎn)生等離體子體，絕緣介質(zhì)可以維持氣體放電通道穩(wěn)定性，防止電極之間形成弧光和火花，使得氣體放電更加均勻穩(wěn)定[38-39]。

表4 非熱等離子體氣體放電物理參數(shù)

3.2 反應(yīng)機(jī)理

非熱等離子體凈化NOx反應(yīng)機(jī)理是氣相物質(zhì)通過高壓電離生成大量活性粒子，如·OH、·N、·O 等，進(jìn)而與NOx發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成N2和H2O[40-41]。研究表明非熱等離子體脫除柴油機(jī)NOx存在兩種反應(yīng)路徑：一種為柴油機(jī)NOx被氧化生成高價(jià)態(tài)氧化物，如NO2、N2O5等；另一種為柴油機(jī)NOx發(fā)生還原反應(yīng)生成N2和O2。由于柴油機(jī)屬于富氧燃燒，排氣中含有大量N2（≈76%）和O2（≈14%），且N2離解能（9.8 eV·mol-1）高于O2離解能（5.2 eV·mol-1），當(dāng)單獨(dú)使用非熱等離子體技術(shù)時(shí)，柴油機(jī)尾氣中O2更易轉(zhuǎn)化為強(qiáng)氧化性的·O 和O3使得柴油機(jī)NOx還原反應(yīng)難以發(fā)生，在非熱等離子體反應(yīng)中，能量傳遞過程如下[42]：

（1）高壓電場(chǎng)+自由電子→高能電子；

（2）高能電子+分子（或原子）→活性基團(tuán)（受激原子、受激基團(tuán)、游離基團(tuán)）；

（3）活性基團(tuán)+分子（或原子）→生成物+熱量；

（4）活性基團(tuán)+活性基團(tuán)→生成物+熱量。

從能量角度可以看出，在非熱等離子體中首先形成大量高能電子，然后高能電子與氣相分子發(fā)生碰撞形成活性基團(tuán)，最后活性基團(tuán)與氣體分子之間或者活性基團(tuán)彼此之間相互作用生成最終產(chǎn)物[43-44]。

4 非熱等離子體協(xié)同SCR 技術(shù)分析

單獨(dú)使用非熱等離子體技術(shù)凈化柴油機(jī)NOx雖然反應(yīng)活性高但N2選擇性差，反應(yīng)副產(chǎn)物難以控制，整體凈化效率低，因此通常聯(lián)合其他技術(shù)進(jìn)行耦合增效和過程強(qiáng)化實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)NOx深度治理。非熱等離子體協(xié)同SCR 催化柴油機(jī)NOx：一方面可以利用非熱等離子體高能量密度和高反應(yīng)活性促進(jìn)SCR 催化反應(yīng)進(jìn)程，使脫硝反應(yīng)在常溫常壓下進(jìn)行；另一方面可以利用SCR 催化性能提高反應(yīng)選擇性使反應(yīng)定向發(fā)生，減少反應(yīng)副產(chǎn)物生成。根據(jù)非熱等離子體與SCR 催化劑結(jié)合形式具體分為等離子體驅(qū)動(dòng)催化（Plasma-Driven Catalysis，PDC）和等離子體增強(qiáng)催化（Plasma-Enhanced Catalysis，PEC）[45]。

4.1 等離子體驅(qū)動(dòng)催化

等離子體驅(qū)動(dòng)催化是指將催化劑設(shè)置于放電區(qū)域，具體形式包括催化劑負(fù)載在電極上、催化劑涂覆在反應(yīng)器內(nèi)表面、催化劑放置于電極空隙之間，氣相物質(zhì)在流經(jīng)催化劑的同時(shí)進(jìn)行氣體放電將污染物脫除，如圖3 所示。等離子體驅(qū)動(dòng)催化的優(yōu)點(diǎn)是短壽命活性粒子在未湮滅時(shí)可以迅速與催化劑活性組分緊密結(jié)合，提高活性物種利用效率，使催化反應(yīng)向生成目標(biāo)產(chǎn)物方向進(jìn)行，但在等離子體氣體放電氛圍中，催化劑表面微觀結(jié)構(gòu)受高壓放電影響發(fā)生不可控變化進(jìn)而影響催化反應(yīng)效率，此外反應(yīng)副產(chǎn)物容易泄露產(chǎn)生二次污染[46]。

圖3 等離子體驅(qū)動(dòng)催化示意圖

等離子體驅(qū)動(dòng)催化應(yīng)用在柴油機(jī)NOx凈化過程通常需要營(yíng)造NH3還原性氣體氛圍，通過調(diào)控系統(tǒng)能量密度等工況參數(shù)實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)NOx高效降解。沈慶嶺等[47]將MnFeCe/γ-Al2O3催化劑放置于等離子體放電區(qū)域，結(jié)果表明當(dāng)煙氣溫度為60 ℃，輸入功率為30 W 時(shí)，NO 轉(zhuǎn)化效率高于單獨(dú)使用SCR 催化劑達(dá)到94.5%，并隨功率增大NO 轉(zhuǎn)化效率穩(wěn)定在接近100%水平。ZHU 等[48]將介質(zhì)阻擋放電等離子體與Mn-Cu/ZSM5 結(jié)合構(gòu)建PDC 反應(yīng)體系，通過模擬柴油機(jī)尾氣氛圍研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)能量密度穩(wěn)定在500 J·L-1時(shí)，經(jīng)過25 h 長(zhǎng)周期穩(wěn)定性測(cè)試N2選擇性接近99%。FAN 等[49]在填充床介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中引入V2O5-MoO3/TiO2催化劑，控制NO 氣流關(guān)啟分別實(shí)現(xiàn)尿素水解和NH3-SCR 反應(yīng)，通過程序升溫實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)非熱等離子體一方面可以促使尿素低溫分解，另一方面可以強(qiáng)化NH3-SCR 低溫脫除NOx。

4.2 等離子體增強(qiáng)催化

等離子體增強(qiáng)催化是指將催化劑設(shè)置于放電區(qū)域后端，氣相物質(zhì)首先經(jīng)過等離子體處理生成活性較高的中間產(chǎn)物然后進(jìn)行催化反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)分兩步獨(dú)立進(jìn)行，如圖4 所示。等離子體增強(qiáng)催化優(yōu)點(diǎn)是具有高活性的中間產(chǎn)物以及反應(yīng)副產(chǎn)物到達(dá)催化劑表面進(jìn)行催化反應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)氣態(tài)污染物降解，避免產(chǎn)生二次污染，但短壽命活性粒子易湮滅，前端反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物易沉積在催化劑表面導(dǎo)致催化劑失活[50]。

圖4 等離子體增強(qiáng)催化示意圖

等離子體增強(qiáng)催化在柴油機(jī)NOx凈化方面同時(shí)發(fā)揮預(yù)氧化效用，通過控制氧化程度提高NO2比例，促使快速SCR 反應(yīng)在后端還原裝置發(fā)生。趙爽等[51]采用水熱合成法制備Cu-Mn/SAPO-34 催化劑，與介質(zhì)阻擋放電等離子體結(jié)合構(gòu)建PEC 反應(yīng)體系，研究發(fā)現(xiàn)等離子體與Cu-Mn/SAPO-34 結(jié)合有效提高100～180 ℃溫度下NOx轉(zhuǎn)化效率，且反應(yīng)過程中未檢測(cè)到N2O 和N2O5副產(chǎn)物生成，N2選擇性保持在100%。OSKOOEI 等[52]基于柴油機(jī)NOx凈化運(yùn)行工況利用計(jì)算流體力學(xué)模擬非熱等離子體和V2O5/TiO2催化劑之間的協(xié)同效應(yīng)，驗(yàn)證非熱等離子體協(xié)同SCR 可用于凈化柴油機(jī)冷啟動(dòng)排氣。以上研究表明非熱等離子體協(xié)同SCR 催化柴油機(jī)NOx凈化效果優(yōu)于單獨(dú)使用非熱等離子體或SCR 催化劑，兩者有機(jī)結(jié)合克服單獨(dú)使用非熱等離子體和SCR 催化劑的缺陷，產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)顯著提高NOx轉(zhuǎn)化效率，抑制副產(chǎn)物生成表現(xiàn)出較高的N2選擇性。

5 結(jié)語(yǔ)

移動(dòng)源尾氣作為我國(guó)大氣污染的重要來源，對(duì)區(qū)域空氣質(zhì)量產(chǎn)生多重環(huán)境效應(yīng)，隨著生態(tài)文明制度體系日益完善和美麗中國(guó)建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，移動(dòng)源污染控制進(jìn)入深化治理階段。目前，NH3-SCR 廣泛用于治理柴油機(jī)NOx，但該技術(shù)存在反應(yīng)溫度窗口窄、低溫下催化活性差等問題，CHA 型分子篩催化劑具有較高低溫活性和優(yōu)異水熱穩(wěn)定性，但是國(guó)際催化劑公司基本完成CHA 型分子篩負(fù)載過度金屬催化劑專利布局，SCR 催化劑的開發(fā)需要結(jié)合柴油機(jī)NOx實(shí)際工況條件拓寬反應(yīng)溫度窗口，利用計(jì)算化學(xué)等先進(jìn)分析手段加強(qiáng)微觀反應(yīng)過程解釋，探究催化劑中毒失活因素，揭示催化影響機(jī)制、構(gòu)效關(guān)系和摻雜改性機(jī)理，開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的柴油機(jī)NOx催化材料。

非熱等離子體協(xié)同SCR 催化柴油機(jī)NOx展現(xiàn)廣闊應(yīng)用前景，利用非熱等離子體高能量密度和高反應(yīng)活性，促進(jìn)SCR 反應(yīng)在低溫下發(fā)生，使其達(dá)到較高轉(zhuǎn)化效率和N2選擇性，解決富氧環(huán)境NOx還原性能差問題，克服冷啟動(dòng)或怠速工況條件下NOx凈化效率降低弊端。此外，在非熱等離子體體系中存在大量正負(fù)自由電子和強(qiáng)氧化性活性粒子，可使柴油機(jī)尾氣中PM 荷電凝并從而在DPF 中被捕集，并對(duì)CO 和HC 氧化使其轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。未來，非熱等離子體協(xié)同SCR 催化技術(shù)需要在反應(yīng)機(jī)理、作用機(jī)制、結(jié)合形式和催化劑匹配設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行深入系統(tǒng)研究，經(jīng)過廣泛實(shí)踐檢驗(yàn)后可為柴油機(jī)NOx治理提供新的解決方案。