锰负载火山岩基NH3-SCR脱硝催化剂的高值化利用：性能机制与工业应用潜力

研究人员针对工业烟气低温脱硝难题，以天然火山岩为载体，通过酸化-浸渍-煅烧工艺开发了锰负载催化剂AVR-10Mn-450，在175°C、25000 h-1条件下实现90%以上脱硝效率，揭示了Eley-Rideal和Langmuir-Hinshelwood双反应路径，为降低贵金属催化剂成本及火山岩高值化利用提供新策略。

　　

随着全球对氮氧化物(NO_x)排放的严格管控，氨选择性催化还原(NH₃-SCR)技术因其高效安全特性成为主流解决方案。然而商用V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂存在生物毒性高、温度窗口窄等问题，而纳米催化剂成本居高不下。与此同时，火山岩这种富含铁、锰氧化物且具有多孔结构的天然矿物，虽在水处理领域广泛应用，却从未涉足大气污染治理领域。

针对这一技术空白，西安交通大学的研究团队创新性地将火山岩引入NO_x控制领域，通过系统的材料设计与机理研究，开发出兼具低成本与高性能的新型催化剂。研究成果发表在《Environmental Research》上，为工业烟气预处理提供了经济高效的解决方案。

研究采用酸化-浸渍-煅烧三步法制备催化剂，通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征材料特性，结合瞬态实验和原位红外光谱解析反应机制。实验选用中国北方火山岩公司的红火山岩（含12% Fe₂O₃）为原料，重点考察了酸化时间、锰负载量和煅烧温度对性能的影响。

Denitration effect
原始火山岩在250-300°C展现脱硝活性，6小时酸化处理的AVR样品性能提升。锰负载后，AVR-10Mn-450在175°C即实现90%以上NO转化率，归因于Mn⁴⁺/Mn³⁺氧化还原对与Fe₂O₃的协同作用。

Conclusion
研究证实火山岩作为载体可显著降低催化剂成本，AVR-10Mn-450的优异性能源于：①丰富的表面酸性位点；②Mn-Fe协同效应促进NH₃吸附活化；③多孔结构增强反应物传质。该催化剂适用于水泥厂、玻璃厂等工业烟气的预处理，可延长后端贵金属催化剂寿命。

这项工作的创新性在于首次将火山岩应用于大气污染治理领域，不仅开辟了天然矿物高值化利用的新途径，更通过"天然载体+人工修饰"的策略，为开发低成本环保材料提供了范式。研究揭示的Mn-Fe协同机制对设计非贵金属催化剂具有重要指导意义，其工业化应用预计可降低脱硝系统30%以上的运营成本。