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近年来,氮氧化物(NOx)已超过SO2成为我国主要的大气污染物之一,2013年我国NOx排放总量为2227.3万吨,2014年上半年NOx排放总量为1099.5万吨,日益严峻的环境污染问题催生了世界范围内尤其是我国更加严格的污染物排放和治理标准,NOx的排放控制技术已成为亟需改进的国家战略性技术问题。目前工业应用广泛的选择性催化还原法(SCR)是以氨为还原剂,将NOx在高温下还原成N2,计算分析发现,完全脱除2013年排放的NOx需消耗1264.2万吨NH3,产生2079.4万吨N2,若采用催化氧化法将NOx氧化为硝酸盐,则消耗1264.2万吨NH3可产生5941.4万吨NH4NO3。单从数据分析,催化氧化法脱硝是一种更为环保节能的脱硝方式。本课题组前期的实验证实,以半焦为载体的催化剂在低温催化氧化脱硝方面效果显著,但催化剂抗水性能差成为其进一步工业化的瓶颈。光催化是一种新兴的高效且对环境要求低的降解污染物技术,并且水是光催化反应过程中起重要作用的羟基自由基的来源之一。本论文以半焦为原料,采用硝酸、碱以及高温水热等不同的方式进行活化,利用溶胶-凝胶法制备半导体TiO2负载于活化半焦上得到TiO2/ASC光催化剂,考察了其光催化氧化脱硝性能,具体研究内容和结果如下：硝酸+高温水热活化比碱+高温水热活化后的半焦为载体制备出的TiO2/ASC光催化脱硝剂脱硝结果更好：超声波的“空化效应”使超声辅助的溶胶-凝胶法比常规搅拌溶胶-凝胶法制备出的催化剂性能高；TiO2/ASC催化剂制备条件的优化结果：TiO2负载量为5.2%、500℃煅烧1h。光降解污染物的机理因目标物和反应体系的不同而有差别,目前分为自由基氧化和空穴直接氧化两种机理。通过向增湿器中添加自由基捕获剂的方法来逐一验证本实验中起主要作用的活性物种,结果发现,在光催化氧化脱硝过程中起氧化作用的自由基为·OH和·O2-,由此推断光催化氧化脱硝的过程为：光激发TiO2价带上的电子跃迁至导带,并在价带上留下具有氧化性的空穴,光生电子和空穴分别与O2和H2O反应生成了具有强氧化性且几乎无选择性的自由基.OH和·O2-,自由基氧化NO成NO2,并与水蒸气结合最终以NO3形式存在。通过掺杂金属(Cu、Fe、Ce、Bi)和非金属(B)的方式来拓展可见光区的吸收,提高TiO2在紫外和可见光下的光催化活性。采用超声辅助溶胶-凝胶法分别制备了不同Ti/M比的M-TiO2/ASC (M=Cu、Fe、Ce、Bi、B)催化剂,在相同的实验条件下分别考察上述催化剂在紫外和可见光下光催化氧化脱硝活性,结果表明,金属和非金属掺杂均可提高TiO2/ASC催化剂光催化氧化脱硝的效果,且当Ti:Cu=10:1、Ti:Fe=15:1、Ti:Ce=2:1、Ti:Bi=20:1、Ti:B=20:1时的获得最高脱硝率,反应3.5h后脱硝率能保持在80%以上。反应的实验条件为：反应温度100℃,NO浓度300～500mg/m3,O2含量5%,水蒸气含量8%,空速600h-1。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光光谱等表征手段对催化剂进行了分析。XRD结果显示,Ti:Fe=1:1中出现了FeTiO3, Ti:Cu=1:1时有CuO和Cu的衍射峰出现,Ti:BN15:1时出现了Bi12TiO20,且所有Bi-TiO2/ASC的样品中均存在Bi单质,其他样品中则无掺杂元素检出。通过定义能级阈值E0分别对不同元素改性下的光催化活性与Eo的变化做了研究分析并找到了较好的规律。对TiO2/ASC催化剂进行再生研究,高温(400℃)水热再生比氨水再生和高温热再生效果好,一次再生能恢复到新鲜催化剂脱硝率的100%,而氨水再生仅为80%；高温水热再生三次后的脱硝率为新鲜催化剂的80%,说明TiO2/ASC催化剂具有良好的稳定性,可工业化应用。本文还对光催化氧化脱除烟气中CO进行了初步研究,Al2O3基催化剂(Cu/Al2O3)在光催化氧化脱除CO过程中表现出了非常有趣的现象,即在紫外光照下,CO的脱除率很快达到100%,掺加2.0% TiO2能缩短达到100%脱除率的时间,无紫外光照时,CO脱除率急剧下降,光照可恢复其100%的脱除率。尽管Cu/Al2O3在紫外光下表现出了显著的脱除CO能力,同时脱硝的水平则非常低,脱硝率仅有10%左右。