担载尿素的多孔炭基催化剂在室温下即可高效地选择性催化还原(SCR) NOx。NO的催化氧化被认为是整个urea-SCR反应过程的速率控制步骤，而前者与炭基催化剂的微孔孔容密切相关。然而，微孔炭基催化剂由于其较小的孔容和较窄的孔径分布，将严重制约反应物与生成物在孔道内的扩散过程，并使得催化剂的最佳尿素担载量较小。且物理吸附行为是放热过程，较高的反应温度将削弱炭基催化剂对NO分子的吸附能力并最终导致urea-SCR反应活性的急剧下降。上述缺点严重制约了尿素/炭基催化剂低温脱硝技术的工业化应用前景。此外，炭基催化剂的吸附特性不仅取决于它的孔隙结构，而且还与其表面化学性质有关。然而，目前关于炭基催化剂表面化学性质对urea-SCR反应活性的影响以及NOx如何与炭表面发生相互作用并与分散在炭表面的尿素分子发生表面化学反应等诸多问题在urea-SCR反应中仍未被研究清楚。针对以上问题，本文将尿素担载于不同的活性炭载体上，系统考察了活性炭表面改性对其urea-SCR反应活性的影响，并研究了催化剂的NOx低温选择性催化还原反应的动力学行为，探讨了urea-SCR过程的表面反应机理，实现了低温范围内高效高选择性的NOx还原脱除。　　本研究主要内容包括：⑴采用不同的氧化剂及不同温度热处理的方式对活性焦进行改性，系统考察了改性行为对其孔结构与表面化学性质的影响，并研究了改性催化剂的NO低温催化氧化与催化还原行为。结果表明，氧化改性增强了活性焦的表面酸性，但导致其比表面积和孔容下降，引入的酸性含氧官能团不利于弱极性NO分子的吸附，从而造成催化剂的NO催化氧化与催化还原活性的下降。氧化-热处理组合改性增强了活性焦的表面碱性并提高了其比表面积和孔容，碱性基团的生成有利于弱酸性NO分子的吸附，因此提升了催化剂的NO催化氧化与催化还原活性。随着热处理温度的提高，硝酸氧化改性活性焦的碱性基团含量、比表面积和孔容也不断增大，而酸性基团含量则急剧减小。说明改性活性焦表面的碱性基团主要是由其表面酸性含氧官能团在热处理过程中的分解而产生的，且生成的碱性基团将成为NO吸附与反应的活性位。⑵以间苯二酚、甲醛和三聚氰胺为原料，利用水热法制备出了孔径分布一致，氮含量在0-9.7 wt.％范围内可调的氮掺杂炭微球材料，系统考察了氮掺杂对炭微球物化性质的影响并研究了催化剂对NO吸附及催化还原行为的影响。结果表明，随着氮含量的增加，材料的孔结构变化较小，其类石墨微晶结构尺寸逐渐减小，造成整体石墨化度下降，同时也为材料引入了更多的电子自旋中心等缺陷位。在氧气存在的条件下，氮掺杂增强了材料对弱酸性NO分子的吸附，并能加速NO的催化氧化速率，促进了与尿素反应的主要中间体NO3吸附物种的生成，最终提高了催化剂的NO催化还原活性。⑶制备得到了具有较高比表面积和孔容的中孔炭气凝胶，并系统研究了其担载尿素的NOx低温选择性催化还原反应的动力学行为。结果表明，对于NO催化还原反应，催化剂的NO和O2的反应级数分别为1和0.5级，反应的表观活化能为-14.0 kJ/mol;对于NO2催化还原反应，催化剂的NO2和O2的反应级数分别为1和0.03级，反应的表观活化能为0.79 kJ/mol。以上数据说明，NO的物理吸附是NO催化还原反应的速率控制步骤，而NO2与尿素分子的表面化学反应是NO2催化还原反应的速率控制步骤。结合程序升温脱附(NOx-TPD)及傅里叶变换红外光谱数据，提出活性炭表面存在着两类完全不同性质的NOx吸附活性位，即非还原活性位(-C)与还原活性位（-C*）。生成的NO3吸附物种在非还原活性位溢流并氧化邻近的还原活性位，而后在氧化炭表面的迁移被认为是urea-SCR反应得以持续进行并形成NOx稳态脱除阶段的关键。而NO与NO2催化还原反应活性的差异则与吸附态NO3的生成途径及生成速率有关。⑷制备得到了具有较高比表面积和孔容的中孔球状活性炭，并采用微孔球状活性炭与担载尿素的中孔球状活性炭组成复合脱硝催化剂，彻底解决了SCR反应活性随尿素担载量的增加而急剧下降的问题。在氧气存在的条件下，微孔球状活性炭可以高效地将进气中NO催化氧化为NO2，而中孔球状活性炭在担载大量尿素后依然保留有足够的孔隙与接触界面以利于NO2的扩散和还原脱除。在实验条件下，微孔球状活性炭与担载100 wt.％尿素的中孔球状活性炭组成的复合床层脱硝催化剂可在70 h内实现88％以上的稳态NOx脱除率，且复合床层脱硝催化剂的再生性能良好，5次循环后其SCR反应活性基本无衰退现象。⑸将MnOx-CeO2引入到尿素/活性炭脱硝体系，显著改善了催化剂在30-90℃温度范围内的SCR活性。在相对较低的反应温度(30-50℃)下，炭载体的微孔孔容仍是NO吸附与氧化的主要活性位点;而在较高的反应温度(70-90℃)下，锰铈金属氧化物成为了NO吸附与氧化的主要活性位点，因而提高了催化剂的SCR反应活性。适宜的煅烧温度、锰铈摩尔比、金属氧化物担载量可以形成高度分散的MnOx-CeO2的固溶体，并降低晶体结晶度和颗粒尺寸;而适宜的尿素担载量能使球状活性炭载体保留了足够的反应物吸附与生成物脱附的孔道结构。本章实验中，较佳的煅烧温度为400℃，锰铈摩尔比为1∶1，Mn元素担载量为8 wt.％，尿素担载量为10 wt.％，此时催化剂在90℃时的稳态NOx脱除率可达85.6％以上。