催化滤芯工艺通过将脱硝催化剂和高温除尘陶瓷滤芯相耦合，匹配前端干法脱硫技术，可在同一净化单元中实现多污染物的高效去除，是中小型窑炉等非电行业烟气净化的新兴发展方向。然而，由于在催化滤芯的基体选材、高活性催化剂浆料制备以及催化剂植入均匀性等方面存在关键技术壁垒，导致我国严重依赖进口催化滤芯，而国外催化滤芯由于活性温区限制难以完全适应我国工业烟气的复杂工况。因此，实现催化滤芯技术国产化是必然的发展趋势。本论文以催化滤芯制备过程面临的关键技术及其包含的核心科学问题为主要研究对象，结合我国中小型窑炉等非电行业烟气特点，开发适用于我国烟气净化需求的高活性、低压降、宽温区廉价催化滤芯，并揭示技术开发过程的基本科学原理与机制。本论文获得的主要结果如下：1. 催化滤芯制备关键技术研究。通过对国产滤芯基体、催化剂浆料和催化滤芯活性温区及成本进行考察，确定了适宜用作催化滤芯基体材料的组成、结构及形貌参数，调配了高活性、均分散的V-W/Ti催化剂浆料，并开发了宽温区Mn2V2O7/TiO2催化滤芯和廉价无毒赤泥源Fe基催化滤芯，突破了高活性、低压降、宽温区廉价催化滤芯制备的关键技术。结果如下：1）硅铝酸盐纤维原料、纤维直径小于2 μm、碱/碱土金属含量低于0.5 wt.%、孔隙率大于70%的陶瓷纤维滤芯可用作催化滤芯的基体材料；2）采用12 wt.%V2O5、8 wt.%WO3、80 wt.%TiO2的催化剂配方和湿法球磨的方式，制备的粒径低于500 nm的催化剂浆料，可实现高活性、均分散的技术需求；3）分别开发了Mn2V2O7/TiO2和赤泥源Fe基宽温区廉价催化滤芯，其中Mn2V2O7/TiO2催化滤芯在200~400 °C内脱硝率超过85%，但高浓度SO2（300 ppm）会显著降低Mn2V2O7/TiO2催化滤芯250 °C以下的低温活性，促进其在250~400 °C内脱硝效率的明显提升；廉价无毒赤泥源Fe基催化滤芯采用H2SO4水热浸出与(NH4)2CO3中和沉淀工艺对赤泥进行活化，可获得高分散、高比表面积以及高脱硝活性的赤泥基催化剂，所植入制备的Fe基催化滤芯在300~450 °C内脱硝率大于80%，压降低于1.01 kPa。2. 催化滤芯技术开发过程的基本科学原理与机制研究。探讨了滤芯碱土金属及基体改性对催化滤芯活性的作用原理，阐明了催化剂浆料粒径及催化剂植入均匀性与催化滤芯活性的内在联系，揭示了Mn2V2O7/TiO2催化滤芯的SO2中毒机理及赤泥活化过程对赤泥源Fe基催化滤芯活性的影响机制，为高活性、低压降、宽温区廉价催化滤芯的制备提供理论指导。主要结论如下：1）滤芯基体中的Ca元素会与脱硝催化剂中的W活性组分反应生成惰性的CaWO4，降低催化剂表面的酸性位点数量和氧化还原性能，导致催化滤芯脱硝活性显著降低。而改性助剂(NH4)2SO4含有的SO42-可能与滤芯基体中的Ca元素反应形成了CaSO4，有效抑制了CaWO4的生成，并促进了V、W活性组分在滤芯内部的均匀分散，增加了催化剂表面酸性及其对NH3的吸附，显著削弱了催化剂的Ca中毒，使得改性催化滤芯在250~400 °C内NO转化率大于90%；2）催化剂浆料对催化滤芯的活性影响机制研究发现，较小的催化剂浆料粒径促进了催化剂颗粒在滤芯内部的扩散和负载，提高了催化滤芯中催化剂的负载率，增强了催化剂颗粒及催化活性位点在滤芯内部纤维上的均匀分散和暴露，减少了催化剂颗粒对滤芯内部孔道的阻塞，最终提高了催化滤芯的脱硝活性并降低了压降；3）Mn2V2O7/TiO2催化滤芯抗SO2中毒研究发现，高浓度SO2促进了Mn2V2O7/TiO2中的Mn2V2O7发生分解，从而在TiO2上形成分散的MnOx和VOx活性物种。MnOx与SO2进一步反应生成了MnSO4，导致低温Mn活性位点失活以及Mn2V2O7/TiO2催化滤芯250 °C以下脱硝活性的降低。但SO2同时增加了Mn2V2O7分解产生的VOx活性物种的分散性，促进了样品表面硫酸化，增加了样品的比表面积、活性氧物种及酸性位点数量，显著提升了Mn2V2O7/TiO2催化滤芯在250~400 °C内的脱硝活性；廉价无毒赤泥源Fe基催化滤芯采用H2SO4水热浸出与(NH4)2CO3中和沉淀工艺，去除了赤泥中的Na、Ca等碱/碱土金属，增加了赤泥基催化剂样品的活性组分分散性、酸性、还原性以及脱硝活性。而在赤泥制浆过程中，赤泥基催化剂样品Al2O3组分部分溶解形成的铝溶胶，有效防止了催化剂颗粒的团聚，促进了催化剂颗粒在滤芯内部的均匀分散和暴露，减少了催化剂颗粒对滤芯内部孔道的阻塞，提高了赤泥源Fe基催化滤芯的脱硝活性并降低了压降。3. 催化滤芯玻璃厂烟气一体化脱除中试研究。制备了V-W/Ti大尺寸催化滤芯，考察了放大制备参数及模拟工业烟气条件对催化滤芯活性和压降的影响，完成了大尺寸催化滤芯玻璃厂烟气净化中试验证，评估了催化滤芯的工业应用可行性。结果表明：1）采用催化剂浆料内植入工艺可以促进催化剂颗粒在滤芯内部的均匀分散，减少催化剂颗粒对滤芯内部孔道的阻塞，制备的催化剂负载率为7.4~9.0 wt.%的V-W/Ti大尺寸催化滤芯，在过滤面速度为1.0 Nm/min，反应温度为250~400 °C时，脱硝率超过85%，压降低于1.40 kPa，且抗H2O/SO2性能良好。玻璃灰对催化滤芯活性的影响较小，但会增加催化滤芯的压降，需定时采用压缩空气进行反吹；2）V-W/Ti大尺寸催化滤芯玻璃厂烟气净化中试结果显示，在烟气总流量为100000 Nm3/h，烟气温度为320~350 °C，过滤面速度为0.5 Nm/min的条件下，2800~3100 mg/Nm3的SOx经干法脱硫后可降低至150 mg/Nm3以下，而2400~2600 mg/Nm3的NOx和360~420 mg/Nm3的玻璃灰经催化滤芯净化后排放浓度分别低于100 mg/Nm3、5 mg/Nm3，展现出对高污染物浓度等复杂工况烟气的高效净化能力以及良好的工业应用前景。