Som vi alla vet består sällsynta jordartsmetaller i Kina huvudsakligen av lätta sällsynta jordartsmetaller, varav lantan och cerium står för mer än 60 %. Med expansionen av permanentmagnetmaterial för sällsynta jordartsmetaller, luminescerande material för sällsynta jordartsmetaller, polerpulver för sällsynta jordartsmetaller och sällsynta jordartsmetaller inom metallurgisk industri i Kina år för år ökar även efterfrågan på medeltunga och tunga sällsynta jordartsmetaller på den inhemska marknaden snabbt. Detta har orsakat en stor eftersläpning av lätta sällsynta jordartsmetaller i hög förekomst, såsom Ce, La och Pr, vilket leder till en allvarlig obalans mellan utnyttjandet och tillämpningen av sällsynta jordartsmetaller i Kina. Det har visat sig att lätta sällsynta jordartsmetaller uppvisar god katalytisk prestanda och effektivitet i den kemiska reaktionsprocessen tack vare deras unika 4f-elektronskalstruktur. Därför är användningen av lätta sällsynta jordartsmetaller som katalytiskt material ett bra sätt att utnyttja sällsynta jordartsmetaller på ett omfattande sätt. Katalysator är ett slags ämne som kan accelerera kemisk reaktion och förbrukas inte före och efter reaktionen. Att stärka grundforskningen inom katalys av sällsynta jordartsmetaller kan inte bara förbättra produktionseffektiviteten, utan också spara resurser och energi och minska miljöföroreningar, vilket är i linje med den strategiska inriktningen för hållbar utveckling.
Varför har sällsynta jordartsmetaller katalytisk aktivitet?
Sällsynta jordartsmetaller har en speciell yttre elektronisk struktur (4f), som fungerar som den centrala atomen i komplexet och har olika koordinationstal från 6 till 12. Variabiliteten i koordinationsnumret för sällsynta jordartsmetaller avgör att de har "restvalens". Eftersom 4f har sju reservvalenselektronorbitaler med bindningsförmåga, spelar den rollen som "kemisk reservbindning" eller "restvalens". Denna förmåga är nödvändig för en formell katalysator. Därför har sällsynta jordartsmetaller inte bara katalytisk aktivitet, utan kan också användas som tillsatser eller samkatalysatorer för att förbättra katalysatorernas katalytiska prestanda, särskilt anti-åldrande förmåga och anti-förgiftningsförmåga.
För närvarande har rollen av nano-ceriumoxid och nano-lantanoxid vid behandling av bilavgaser blivit ett nytt fokus.
Skadliga komponenter i bilavgaser inkluderar huvudsakligen CO, HC och NOx. De sällsynta jordartsmetaller som används i katalysatorn för rening av bilavgaser är huvudsakligen en blandning av ceriumoxid, praseodymoxid och lantanoxid. Katalysatorn för rening av bilavgaser består av komplexa oxider av sällsynta jordartsmetaller och kobolt, mangan och bly. Det är en typ av ternär katalysator med perovskit-, spinelltyp och struktur, där ceriumoxid är nyckelkomponenten. På grund av ceriumoxidens redoxegenskaper kan avgasernas komponenter kontrolleras effektivt.
Avgasreningskatalysator för bilar består huvudsakligen av en bikakebaserad keramisk (eller metallisk) bärare och en ytaktiverad beläggning. Den aktiverade beläggningen består av γ-Al2O3 med stor yta, lämplig mängd oxid för att stabilisera ytan och katalytiskt aktiv metall dispergerad i beläggningen. För att minska förbrukningen av dyr pt och RH, öka förbrukningen av billigare Pd och minska kostnaden för katalysatorn. För att inte minska prestandan hos avgasreningskatalysatorn för bilar tillsätts vanligtvis en viss mängd CeO2 och La2O3 till aktiveringsbeläggningen på den vanligt förekommande ternära Pt-Pd-Rh-katalysatorn för att bilda en ternär katalysator av sällsynta jordartsmetaller med utmärkt katalytisk effekt. La2O3(UG-LaO1) och CeO2 användes som promotorer för att förbättra prestandan hos ädelmetallkatalysatorer med γ-Al2O3-stöd. Enligt forskning är den huvudsakliga mekanismen för La2O3 i ädelmetallkatalysatorer följande:
1. Förbättra den katalytiska aktiviteten hos den aktiva beläggningen genom att tillsätta CeO2 för att hålla ädelmetallpartiklarna dispergerade i den aktiva beläggningen, för att undvika minskning av katalytiska gitterpunkter och skador på aktiviteten orsakade av sintring. Tillsats av CeO2(UG-CeO1) i Pt/γ-Al2O3 kan dispergera på γ-Al2O3 i ett enda lager (den maximala mängden enkelskiktsdispersion är 0,035 g CeO2/g γ-Al2O3), vilket förändrar ytegenskaperna hos γ-Al2O3 och förbättrar dispersionsgraden av Pt. När CeO2-halten är lika med eller nära dispersionsgränsen når dispersionsgraden av Pt den högsta. Dispersionsgränsen för CeO2 är den bästa dosen av CeO2. I oxidationsatmosfär över 600 ℃ förlorar Rh sin aktivering på grund av bildandet av en fast lösning mellan Rh2O3 och Al2O3. Närvaron av CeO2 försvagar reaktionen mellan Rh och Al2O3 och bibehåller aktiveringen av Rh. La₂O₃(UG-LaO₂) kan också förhindra tillväxten av ultrafina Pt-partiklar. Genom att tillsätta CeO₂ och La₂O₃(UG-LaO₂) till Pd/γ₂al₂o₃ fann man att tillsatsen av CeO₂ främjade dispersionen av Pd på bäraren och gav en synergistisk reduktion. Den höga dispersionen av Pd och dess interaktion med CeO₂ på Pd/γ₂Al₂O₃ är nyckeln till katalysatorns höga aktivitet.
2. Automatiskt justerat luft-bränsleförhållande (aπ f) När bilens starttemperatur stiger, eller när körläge och hastighet ändras, ändras avgasflödeshastigheten och avgassammansättningen, vilket gör att arbetsförhållandena för bilens avgasreningskatalysator ständigt förändras och påverkar dess katalytiska prestanda. Det är nödvändigt att justera luftens π-bränsleförhållande till det stökiometriska förhållandet 1415~1416, så att katalysatorn kan ge sin reningsfunktion full spelrum. CeO2 är en variabel valensoxid (Ce4 + ΠCe3+), som har egenskaperna hos N-typ halvledare och har utmärkt syrelagrings- och frisättningskapacitet. När Aπ F-förhållandet ändras kan CeO2 spela en utmärkt roll i att dynamiskt justera luft-bränsleförhållandet. Det vill säga, O2 frigörs när bränslet är överskott för att hjälpa CO och kolväten att oxidera. Vid överskott av luft spelar CeO2-x en reducerande roll och reagerar med NOx för att avlägsna NOx från avgaserna för att erhålla CeO2.
3. Effekt av samkatalysator När blandningen av aπ f har ett stökiometriskt förhållande, kan CeO2 som samkatalysator, förutom oxidationsreaktionen av H2, CO, HC och reduktionsreaktionen av NOx, också accelerera vattengasmigrationen och ångreformeringsreaktionen och minska innehållet av CO och HC. La2O3 kan förbättra omvandlingshastigheten i vattengasmigrationsreaktionen och kolväteångreformeringsreaktionen. Det genererade vätet är fördelaktigt för NOx-reduktion. Genom att tillsätta La2O3 till Pd/CeO2-γ-Al2O3 för metanolnedbrytning fann man att tillsatsen av La2O3 hämmade bildandet av biprodukten dimetyleter och förbättrade katalysatorns katalytiska aktivitet. När innehållet av La2O3 är 10 % har katalysatorn god aktivitet och metanolomvandlingen når maximalt (cirka 91,4 %). Detta visar att La₂O₃ har god dispersion på γ-Al₂O₃-bärare. Dessutom främjade det dispersionen av CeO₃ på γ₂Al₂O₃-bärare och minskningen av bulksyre, vilket ytterligare förbättrade dispersionen av Pd och ytterligare förstärkte interaktionen mellan Pd och CeO₃, vilket förbättrade katalysatorns katalytiska aktivitet för metanolnedbrytning.
I enlighet med de nuvarande miljöskydds- och energianvändningsprocessernas egenskaper bör Kina utveckla högpresterande katalytiska material av sällsynta jordartsmetaller med oberoende immateriella rättigheter, uppnå effektivt utnyttjande av sällsynta jordartsmetallers resurser, främja teknisk innovation av katalytiska material av sällsynta jordartsmetaller och realisera en framåtblickande utveckling av relaterade högteknologiska industriella kluster såsom sällsynta jordartsmetaller, miljö och ny energi.
För närvarande inkluderar företagets produkter nano-zirkoniumoxid, nanotitanioxid, nano-aluminiumoxid, nano-aluminiumhydroxid, nano-zinkoxid, nano-kiseloxid, nano-magnesiumoxid, nano-magnesiumhydroxid, nano-kopparoxid, nano-ytttriumoxid, nano-ceriumoxid, nano-lantanoxid, nano-volframtrioxid, nano-ferroferrioxid, nano-antibakteriellt medel och grafen. Produktkvaliteten är stabil och den har köpts in i omgångar av multinationella företag.
Tel: 86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com
Publiceringstid: 4 juli 2022