氮氧化物(NOx)是造成酸雨、雾霾和光化学烟雾等环境问题的大气污染物之一，会对生态环境和人体健康产生严重危害。随着我国大气污染物排放标准日趋严格，加强对冶金、矿物加工等重点行业低温烟气中NOx的消除已迫在眉睫。以NH3为还原剂的选择性催化还原(NH3-SCR)技术是最有效的NOx控制技术之一，而开发高效稳定、绿色经济的催化剂即是低温NH3-SCR脱硝领域的关键。Fe基氧化物催化剂因具有中高温催化活性好，抗硫抗水性能优异以及环境友好等优点而备受关注。但是，该类催化剂仍然存在低温活性不足以及构效关系、反应机理不清楚等问题。本论文针对Fe基催化剂的上述不足，开发了具有良好催化活性的新型Fe-V复合氧化物催化剂。通过系统表征解析了催化剂的结构并分析了催化剂的构效关系和NH3-SCR反应机理;同时，考察了煅烧温度对催化剂结构和性能的影响。此外，构建了新型高分散Fe-Mn/Ti催化剂并阐明了其活性增强机制。取得的主要成果如下:
　　1.采用尿素均相沉淀法制备了Fe1-xVxOδ（x=0，0.1，0.25，0.4，0.5，1）复合氧化物催化剂。复合催化剂表现出良好的NH3-SCR催化活性和N2选择性，其中，性能最佳的Fe0.75V0.25Oδ催化剂在200℃时可实现NOx的完全转化，并且在175-400℃的宽温度窗口内达到90％以上NOx转化率(GHSV=50000h-1);同时，该催化剂还具有优异的稳定性和抗硫抗水性。表征结果表明，V的掺杂使得催化剂体系中形成了高分散α-Fe2O3和FeVO4组分，复合催化剂表现为无定型态并且具有更小的颗粒尺寸和更高的氧移动性。催化剂中Fe与V之间强烈的电子诱导效应导致电荷从Fe转移到V，提高了Fe元素的氧化性能，有效促进了NO氧化为NO2，提高了催化剂的低温催化活性;同时，α-Fe2O3与FeVO4两相之间的强相互作用使得V元素发生显著的电子偏离并表现出更高的价态，从而增强了催化剂对反应物NH3的吸附和活化。
　　2.利用原位红外光谱技术和反应动力学手段研究了代表性催化剂(Fe0.75V0.25Oδ)在不同温度区间的NH3-SCR反应机理，并揭示了不同酸性位对反应的贡献。结果表明，在低温(＜200℃)反应条件下，吸附态NH3物种的消耗呈现明显的“标准SCR”和“快速SCR”两个阶段，反应主要遵循Langmuir-Hinshelwood机理;在中高温(≥200℃)反应条件下，吸附态NH3物种的消耗由始至终呈现线性降低，反应主要遵循Eley-Rideal机理。O2通过Mars-van Krevelen机理被活化并参与到反应循环中。吸附态NH3物种消耗速率归一化结果表明，在不同反应路径中，Lewis酸性位和Brφnsted酸性位上吸附的NH3物种具有相当的归一化反应速率，二者在NH3-SCR反应中起到相同的作用。
　　3.考察了煅烧温度对Fe0.75V0.25Oδ催化剂结构、性质以及催化性能的影响，阐明了催化剂温度驱动的结构演变过程及在NH3-SCR反应中的构效关系。结果表明，随着煅烧温度的升高，催化剂从高度无定型态过渡到具有表面FeVO4非晶层的结晶结构，并进一步转化为高度结晶状态。当煅烧温度较低(≤600℃)时，氧化还原性能的降低是影响催化性能的主要原因，只有低温催化性能受到抑制;而当煅烧温度较高(＞600℃)时，氧化还原性能和表面酸性的降低严重影响了催化剂的整体脱硝效率。体系中高分散的α-Fe2O3组分可以提高催化剂的氧化还原性，有利于增强NO活化并降低高温非选择性NH3氧化，从而提高催化剂的NH3-SCR性能;而具有丰富VOx结构的无定型FeVO4组分是NH3-SCR反应的主要活性物质。
　　4.采用乙二醇辅助浸渍法制备了高分散Fe2O3-MnO2/TiO2催化剂(Fe-Mn/Ti(M）)，并通过系统的表征分析了催化剂的构效关系和活性增强机制。结果表明，所制备的催化剂表现为高度分散纳米颗粒形状，并且在催化剂表面形成了具有强相互作用的Fe-O-Ti结构，增强了电子诱导效应。由于分散性的改善，催化剂的NO氧化和NOx吸附能力明显增强，从而提高了催化剂的低温NH3-SCR活性。相对于普通的Fe-Mn/Ti催化剂，高分散Fe-Mn/Ti(M)催化剂表现出更好的低温催化活性，在100-325℃的宽温度窗口下达到了90％以上NOx转化率(GHSV=30000h-1)，同时还具有更低的表观活化能和良好的运行稳定性。
　　综上所述，所开发的新型Fe-V和Fe-Mn/Ti催化剂在低温条件下(＜200℃)具有良好的脱硝效率和稳定性，能为工业行业低温烟气的NOx控制提供积极的理论支持。同时，构效关系和反应机理的分析可以从理论角度指导催化剂的进一步优化和高效催化剂的开发，为低温NH3-SCR反应的基础研究提供参考。