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针对日益严格的NOx排放控制标准,急需开发适合我国国情的高效、低污染、低成本的燃煤火电厂SCR（选择性催化还原）催化剂。与传统钒钨钛系列催化剂相比,铁基、铜基催化剂具有选择性好、抗H2O和SO2毒化能力强、材料廉价易得、环境友好等优点。但铁基、铜基催化剂的中低温SCR脱硝活性偏低,需要对其进行改性研究,提高其中低温SCR脱硝性能。以具备纳米孔或纳米尺寸的材料（分子筛、爆米花碳材料、铁纳米环）为主体,对其采用适当方法进行过渡金属的掺杂改性以期实现活性组分的高度分散;以具备较强布朗斯台德（Bransted）酸性以及NH3/NO亲和力的多金属氧酸盐（POMs）为客体材料。主客体材料的组装复合采用常规浸渍法、机械化学研磨法或“笼中船”法实现。复合材料中各个组分具有不同的功能定位:主体材料具有微孔和纳米级小介孔,不仅可以吸引NH3、NO等反应气体进入内表面,同时还为SCR反应提供了反应场所;过渡金属铜、铁在纳米孔内表面的高度分散,可以避免活性组分的烧结聚集而导致的催化剂失活;客体材料POMs的设计定位主要是作为催化剂的促进剂。具体地讲,POMs的促进作用主要体现在:一方面,其超强的Br（?）nsted酸性可以极大地增强催化剂的表面酸性,丰富酸位种类,从而促进还原剂NH3的吸附活化;另一方面,POMs较强的氧化还原性可以促进NO的吸附及其向NO2的转化,因而促进脱硝反应沿着快速型SCR反应的路径进行。本论文的主要内容和相应结论包括以下几个方面:（1）经浸渍法制备的催化剂在100-550℃范围内进行NH3-SCR反应。四种载体（NaY、Ti02、MCM-41、SAPO-34）同时负载CuO和POMs后,脱硝性能均得到明显提高,其中以NaY载体脱硝表现为最佳;关于POMs对于SCR脱硝性能的促进作用,HPW的表现则比HPMo更加突出。对于2%CuO-n%HPW/Carrier复合体系,其脱硝效率随着HPW负载量的增加而升高。这可能归因于HPW超强的Bronsted酸性和“准液相”性。实验发现,2%CuO-60%HPW/NaY具有优异的低温脱硝活性（NOx转化率高达98%）、较宽的温度窗口（220-350℃）以及突出的N2选择性。因此,CuO-HPW/NaY复合体系符合当前脱硝的主流趋势,可以满足脱硝领域迫切的现实应用需求。以NOx的转化率为评价指标,选择POMs种类、POMs负载量、载体种类、Cu源、Cu载量、煅烧温度、煅烧时间为考察因素。设计了混合水平的正交试验优化催化剂的制备条件。正交实验结果表明,CuO-POMs/Carrier体系的最佳制备工艺为:以HPW作为促进剂,以NaY作为载体,以CuSO4作为Cu源,Cu的负载量为5%,HPW负载量为60%,煅烧温度为600℃,煅烧时间为2 h。（2）以绿色无害的玉米作为原材料,通过微波辐射的方法快速合成Popcorn（爆米花）,作为多孔载体Popcarbon（爆米花碳）的前驱体。原料廉价易得,合成方法简单快捷。系统研究了制备条件包括微波功率、碳化温度、铜源、Cu载量、HPW载量等对催化剂的表面酸性、孔结构特性以及SCR脱硝活性的影响。此外,本章节以NOx的转化率为评价指标,以微波功率、碳化温度、Cu载量和HPW负载量为考察因素,设计了 4因素3水平的正交实验。经过对实验结果的极差分析,我们最终获得最优催化剂的制备条件为:微波功率为700W、碳化温度为900℃、CuO负载量为3%、HPW负载量为50%。以NOx的转化率为评价指标,以初始NO浓度、NH3浓度、烟气流量、催化剂用量、催化剂粒径及反应温度为考察因素,设计6因素5水平的正交试验优化SCR反应的工况条件。通过极差分析最终确定,3%CuO-50%HPW/Popcarbon-900催化剂进行SCR反应的最佳工况条件为:初始NOx浓度为400 ppm,NH3浓度为1200 ppm,烟气流量为100 sccm,催化剂用量为0.5 g,催化剂粒径为100-200目,反应温度为300℃。高温碳化后获得的Popcarbon具有蜂窝状的大孔,孔壁是类石墨微晶无序堆积而成,微晶间的间隙便能解释碳材料中丰富的微孔的存在。XPS、XRD、Raman、FT-IR等多种表征揭示了 HPW和CuOx对Popcarbon的微观结构（类石墨微晶的尺寸以及石墨网平面的大小）以及表面官能团种类和含量的影响。Popcarbon表面丰富的含氧活性基团不仅为HPW和活性组分Cu物种提供了锚接位点,同时有利于活性组分和HPW的高度分散,从而有效避免活性中心的烧结和团聚问题,增强催化剂的热稳定性。HPW、Cu物种与碳载体之间的相互作用加快了电子传输效率,进一步促进了 NH3的吸附活化。另外,实验证实,HPW的引入还可以增强催化剂的抗水耐硫性能以及循环再生性能。因此,CuO-HPW/Popcarbon体系具有一定的工业化脱硝应用的前景。（3）选择孔径尺寸与特定杂多酸大小相匹配的NaY和USY分子筛作为载体,以硝酸铜作为前躯体,系统研究了传统湿浸渍（IP）法、固体离子交换（SSIE）法负载铜,常规浸渍法和“笼中船”（SiC）法负载HPW对复合材料脱硝性能的影响。结果发现,铜源和HPW的负载方法的变化会影响最终催化剂的NOx吸附容量和脱除率。复合材料的脱硝性能存在如下顺序:Cu（SSIE）-HPW（SiC）/NaY>Cu（IP）-HPW（SiC）/NaY>Cu（SSIE）-HPW（IP）/NaY>Cu（IP）-HPW（IP）/N aY。同时,通过对比发现,HPW的负载方法对催化剂脱硝性能的影响尤为显著。Cu的负载方法会对催化剂的活性温度窗口产生显著影响;而HPW的固载方法则更倾向于影响催化剂的总体脱硝效率。在固定Cu的负载方法时,SiC法负载HPW相对于IP法可以提高7-10%的NOx转化率。原因在于,SSIE法负载Cu可以实现活性组分在载体中的高度分散,同时,负载过程中造成的晶格缺陷有利于增强催化剂表面吸附氧的能力。SiC法囚笼式的装配策略可以有效解决潮湿烟气氛围下的HPW的流失渗漏问题,此过程中HPW自身的热稳定性也得以增强;同时,SiC法负载HPW也可以实现杂多阴离子的分子水平的分散,有效避免了团聚问题,从而使HPW的多重功能在SCR反应中得以充分展现,最大程度地实现其对催化剂脱硝性能的耦合增效。（4）采用微波辅助的水热方法快速合成大小均一的Fe203纳米环（NRs）,机械化学研磨法实现HPW在Fe203纳米环表面的固载,最终得到HPW/Fe203 NRs复合催化剂。在较宽的温度窗口,该催化剂展现出优异的SCR脱硝活性、良好的抗S02中毒特性以。基于活性组分Fe203特殊的纳米环形貌以及Fe203表面均匀包覆HPW纳米皮肤的保护作用,复合催化剂展现出优越的热稳定性和长效性,因此该催化体系具有较大的工业化脱硝应用的前景。HRTEM表征表明在氧化铁纳米环表面形成了一层厚度约为2.5-3 nm的HPW薄膜。表面铁物种和HPW阴离子的协同作用有利于改善HPW的热稳定性,而HPW热稳定性的提高又反过来增强了在高温区间催化剂高选择性地脱除NOx的能力。因HPW团簇本身含有多个结晶水,对水有天然的亲和力,结晶水的数目会对杂多酸的质子传导性和酸性产生影响,而SO2却无法进入多酸体相。基于此,我们可以将纳米环表面固载的HPW薄层视为一种具有特殊功能的超级皮肤。正是这种纳米皮肤的保护作用,才使得HPW复合的铁纳米环在SCR反应中表现出良好的抗硫中毒特性。（5）以CuO-HPW/Popcarbon为研究对象,进行了材料对NO2的吸附动力学、反应热力学和反应动力学研究。吸附动力学研究表明,基于HPW诱发的边界层效应以及气体分子在碳材料表面的微孔填充的吸附本质,NO2在CuO-HPW/Popcarbon表面的吸附实际上由气膜扩散和颗粒内扩散共同控制。反应热力学计算说明在200℃下,标准SCR反应、快速SCR反应和慢速SCR都能正向进行,而且反应限度很深。反应动力学研究构建了 SCR反应的本征速率方程,获得反应的活化能为24.79 kJ·mol-1。根据实验确定的NO的反应级数,初步推断在该催化体系的SCR反应中,E-R机理与L-H机理很有可能同时存在。