Jak wszyscy wiemy, minerały ziem rzadkich w Chinach składają się głównie z lekkich pierwiastków ziem rzadkich, z których lantan i cer stanowią ponad 60%. Wraz z coroczną ekspansją materiałów ziem rzadkich na magnesy trwałe, materiałów luminescencyjnych ziem rzadkich, proszku do polerowania ziem rzadkich i pierwiastków ziem rzadkich w przemyśle metalurgicznym w Chinach, popyt na średnie i ciężkie pierwiastki ziem rzadkich na rynku krajowym również gwałtownie rośnie. Spowodowało to duże zaległości w zakresie pierwiastków ziem rzadkich o dużej obfitości, takich jak Ce, La i Pr, co prowadzi do poważnej nierównowagi między eksploatacją a zastosowaniem zasobów pierwiastków ziem rzadkich w Chinach. Stwierdzono, że pierwiastki ziem rzadkich wykazują dobrą wydajność katalityczną i skuteczność w procesie reakcji chemicznej ze względu na ich unikalną strukturę powłoki elektronowej 4f. Dlatego też wykorzystanie lekkich pierwiastków ziem rzadkich jako materiału katalitycznego jest dobrym sposobem na kompleksowe wykorzystanie zasobów pierwiastków ziem rzadkich. Katalizator to rodzaj substancji, która może przyspieszyć reakcję chemiczną i nie jest zużywana przed i po reakcji. Wzmocnienie podstawowych badań nad katalizą pierwiastków ziem rzadkich może nie tylko poprawić wydajność produkcji, ale także pozwolić na oszczędzanie zasobów i energii oraz zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska, co jest zgodne ze strategicznym kierunkiem zrównoważonego rozwoju.
Dlaczego pierwiastki ziem rzadkich mają aktywność katalityczną?
Pierwiastki ziem rzadkich mają specjalną zewnętrzną strukturę elektronową (4f), która działa jako centralny atom kompleksu i ma różne liczby koordynacyjne w zakresie od 6 do 12. Zmienność liczby koordynacyjnej pierwiastków ziem rzadkich determinuje, że mają one „wartościowość resztkową”. Ponieważ 4f ma siedem zapasowych orbitali elektronów walencyjnych ze zdolnością wiązania, odgrywa rolę „zapasowego wiązania chemicznego” lub „wartościowości resztkowej”. Ta zdolność jest niezbędna dla formalnego katalizatora. Dlatego pierwiastki ziem rzadkich mają nie tylko aktywność katalityczną, ale również mogą być stosowane jako dodatki lub kokatalizatory w celu poprawy wydajności katalitycznej katalizatorów, zwłaszcza zdolności przeciwstarzeniowej i zdolności przeciwzatruciowej.
Obecnie nowym obszarem zainteresowania stała się rola nanotlenku ceru i nanotlenku lantanu w oczyszczaniu spalin samochodowych.
Szkodliwe składniki spalin samochodowych obejmują głównie CO, HC i NOx. Rzadkie pierwiastki ziem rzadkich stosowane w katalizatorach oczyszczania spalin samochodowych to głównie mieszanina tlenku ceru, tlenku prazeodymu i tlenku lantanu. Katalizator oczyszczania spalin samochodowych z rzadkich pierwiastków ziem rzadkich składa się ze złożonych tlenków ziem rzadkich oraz kobaltu, manganu i ołowiu. Jest to rodzaj katalizatora trójskładnikowego z perowskitem, typem spinelu i strukturą, w którym tlenek ceru jest kluczowym składnikiem. Ze względu na właściwości redoksowe tlenku ceru, składniki spalin można skutecznie kontrolować.
Katalizator oczyszczania spalin samochodowych składa się głównie z nośnika ceramicznego (lub metalowego) w kształcie plastra miodu i powłoki aktywowanej powierzchniowo. Aktywowana powłoka składa się z dużej powierzchni γ-Al2O3, odpowiedniej ilości tlenku do stabilizacji powierzchni i katalitycznie aktywnego metalu rozproszonego w powłoce. Aby zmniejszyć zużycie drogiego pt i RH, zwiększyć zużycie tańszego Pd i zmniejszyć koszt katalizatora,W celu nieobniżania wydajności katalizatora oczyszczania spalin samochodowych, pewna ilość CeO2 i La2O3 jest powszechnie dodawana do powłoki aktywacyjnej powszechnie stosowanego katalizatora potrójnego Pt-Pd-Rh w celu utworzenia katalizatora potrójnego z metali ziem rzadkich o doskonałym działaniu katalitycznym. La2O3 (UG-La01) i CeO2 były używane jako promotory w celu poprawy wydajności katalizatorów z metali szlachetnych wspieranych przez γ-Al2O3. Zgodnie z badaniami, CeO2,Główny mechanizm La2O3 w katalizatorach z metali szlachetnych jest następujący:
1. poprawić aktywność katalityczną powłoki aktywnej przez dodanie CeO2, aby utrzymać cząstki metali szlachetnych rozproszone w powłoce aktywnej, tak aby uniknąć redukcji punktów sieci katalitycznej i uszkodzenia aktywności spowodowanego spiekaniem. Dodanie CeO2(UG-Ce01) do Pt/γ-Al2O3 może rozproszyć się na γ-Al2O3 w pojedynczej warstwie (maksymalna ilość dyspersji pojedynczej warstwy wynosi 0,035 g CeO2/g γ-Al2O3), co zmienia właściwości powierzchniowe γ-Al2O3 i poprawia stopień dyspersji Pt. Gdy zawartość CeO2 jest równa lub bliska progowi dyspersji, stopień dyspersji Pt osiąga najwyższy. Próg dyspersji CeO2 to najlepsza dawka CeO2. W atmosferze utleniającej powyżej 600℃ Rh traci swoją aktywację z powodu tworzenia stałego roztworu między Rh2O3 i Al2O3. Obecność CeO2 osłabi reakcję między Rh i Al2O3 i utrzyma aktywację Rh. La2O3(UG-La01) może również zapobiegać wzrostowi ultradrobnych cząstek Pt. Dodając CeO2 i La2O3(UG-La01) do Pd/γ 2al2o3, stwierdzono, że dodanie CeO2 promowało dyspersję Pd na nośniku i powodowało synergistyczną redukcję. Wysoka dyspersja Pd i jego interakcja z CeO2 na Pd/γ2Al2O3 są kluczem do wysokiej aktywności katalizatora.
2. Automatycznie regulowany stosunek powietrza do paliwa (aπ f) Gdy temperatura początkowa samochodu wzrasta lub gdy zmienia się tryb jazdy i prędkość, zmienia się natężenie przepływu spalin i skład spalin, co powoduje, że warunki pracy katalizatora oczyszczania spalin samochodowych stale się zmieniają i wpływają na jego wydajność katalityczną. Konieczne jest dostosowanie stosunku paliwa π powietrza do stosunku stechiometrycznego 1415~1416, aby katalizator mógł w pełni wykorzystać swoją funkcję oczyszczania. CeO2 jest tlenkiem o zmiennej wartościowości (Ce4 +ΠCe3+), który ma właściwości półprzewodnika typu N i ma doskonałą zdolność magazynowania i uwalniania tlenu. Gdy zmienia się stosunek A π F, CeO2 może odgrywać doskonałą rolę w dynamicznej regulacji stosunku powietrza do paliwa. Oznacza to, że O2 jest uwalniany, gdy paliwo jest nadmiarowe, aby pomóc w utlenieniu CO i węglowodorów; W przypadku nadmiaru powietrza CeO2-x pełni rolę redukującą i reaguje z NOx, usuwając NOx ze spalin i tworząc CeO2.
3. Wpływ kokatalizatora Gdy mieszanina aπ f jest w stosunku stechiometrycznym, oprócz reakcji utleniania H2, CO, HC i reakcji redukcji NOx, CeO2 jako kokatalizator może również przyspieszyć migrację gazu wodnego i reakcję reformingu parowego oraz zmniejszyć zawartość CO i HC. La2O3 może poprawić szybkość konwersji w reakcji migracji gazu wodnego i reakcji reformingu parowego węglowodorów. Wytworzony wodór jest korzystny dla redukcji NOx. Dodanie La2O3 do Pd/ CeO2 -γ-Al2O3 w celu rozkładu metanolu wykazało, że dodatek La2O3 zahamował powstawanie dimetyloeteru jako produktu ubocznego i poprawił aktywność katalityczną katalizatora. Gdy zawartość La2O3 wynosi 10%, katalizator ma dobrą aktywność, a konwersja metanolu osiąga maksimum (około 91,4%). Pokazuje to, że La2O3 ma dobrą dyspersję na nośniku γ-Al2O3. Ponadto sprzyja to dyspersji CeO2 na nośniku γ2Al2O3 i redukcji tlenu w masie, dodatkowo poprawia dyspersję Pd i wzmacnia interakcję między Pd i CeO2, poprawiając w ten sposób aktywność katalityczną katalizatora rozkładu metanolu.
Biorąc pod uwagę obecną ochronę środowiska i nowy proces wykorzystania energii, Chiny powinny opracować wysokowydajne materiały katalityczne z pierwiastkami ziem rzadkich z niezależnymi prawami własności intelektualnej, osiągnąć efektywne wykorzystanie zasobów pierwiastków ziem rzadkich, promować innowacje technologiczne w zakresie materiałów katalitycznych z pierwiastków ziem rzadkich i zrealizować skokowy rozwój powiązanych klastrów przemysłowych o wysokiej technologii, takich jak metale ziem rzadkich, środowisko i nowa energia.
Obecnie produkty dostarczane przez firmę obejmują nanocyrkonię, nanotytanię, nanotlenek glinu, nanowodorotlenek glinu, nanotlenek cynku, nanotlenek krzemu, nanotlenek magnezu, nanowodorotlenek magnezu, nanotlenek miedzi, nanotlenek itru, nanotlenek ceru, nanotlenek lantanu, nanotlenek wolframu, nanotlenek żelazowo-żelazowy, nanośrodek antybakteryjny i grafen. Jakość produktu jest stabilna, a przedsiębiorstwa międzynarodowe kupują go w partiach.
Telefon:86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com
Czas publikacji: 04-07-2022