Ako všetci vieme, minerály vzácnych zemín v Číne sa skladajú prevažne z ľahkých zložiek vzácnych zemín, z ktorých lantán a cér tvoria viac ako 60 %. S každoročným rozmachom materiálov s permanentnými magnetmi zo vzácnych zemín, luminiscenčných materiálov zo vzácnych zemín, leštiacich práškov zo vzácnych zemín a vzácnych zemín v metalurgickom priemysle v Číne sa rýchlo zvyšuje aj dopyt po stredne ťažkých a ťažkých vzácnych zeminách na domácom trhu. To spôsobilo veľké nahromadenie ľahkých vzácnych zemín s vysokým výskytom, ako sú Ce, La a Pr, čo vedie k vážnej nerovnováhe medzi využívaním a používaním zdrojov vzácnych zemín v Číne. Zistilo sa, že ľahké prvky vzácnych zemín vykazujú dobrý katalytický výkon a účinnosť v procese chemickej reakcie vďaka svojej jedinečnej štruktúre elektrónového obalu 4f. Preto je použitie ľahkých prvkov vzácnych zemín ako katalytického materiálu dobrým spôsobom komplexného využitia zdrojov vzácnych zemín. Katalyzátor je druh látky, ktorá môže urýchliť chemickú reakciu a nespotrebúva sa pred ani po reakcii. Posilnenie základného výskumu katalýzy vzácnych zemín môže nielen zlepšiť efektivitu výroby, ale aj ušetriť zdroje a energiu a znížiť znečistenie životného prostredia, čo je v súlade so strategickým smerom trvalo udržateľného rozvoja.
Prečo majú prvky vzácnych zemín katalytickú aktivitu?
Prvky vzácnych zemín majú špeciálnu vonkajšiu elektrónovú štruktúru (4f), ktorá pôsobí ako centrálny atóm komplexu a má rôzne koordinačné čísla od 6 do 12. Variabilita koordinačného čísla prvkov vzácnych zemín určuje, že majú „zvyškovú valenciu“. Keďže 4f má sedem záložných valenčných elektrónových orbitálov so schopnosťou viazania, hrá úlohu „záložnej chemickej väzby“ alebo „zvyškovej valencie“. Táto schopnosť je nevyhnutná pre formálny katalyzátor. Prvky vzácnych zemín preto majú nielen katalytickú aktivitu, ale môžu sa použiť aj ako prísady alebo kokatalyzátory na zlepšenie katalytického výkonu katalyzátorov, najmä ich schopnosti proti starnutiu a schopnosti proti otravám.
V súčasnosti sa úloha nanooxidu céru a nanooxidu lantánu pri úprave výfukových plynov automobilov stala novým zameraním.
Medzi škodlivé zložky vo výfukových plynoch automobilov patria najmä CO, HC a NOx. Vzácne zeminy používané v katalyzátore na čistenie výfukových plynov automobilov sú prevažne zmesou oxidu céru, oxidu prazeodýmu a oxidu lantánu. Katalyzátor na čistenie výfukových plynov automobilov zo vzácnych zemín sa skladá z komplexných oxidov vzácnych zemín a kobaltu, mangánu a olova. Ide o druh ternárneho katalyzátora s perovskitovou, spinelovou štruktúrou, v ktorom je kľúčovou zložkou oxid céru. Vďaka redoxným vlastnostiam oxidu céru je možné účinne kontrolovať zložky výfukových plynov.
Katalyzátor na čistenie výfukových plynov automobilov sa skladá hlavne z nosiča s keramickou (alebo kovovou) štruktúrou voštiny a aktivovaného povrchu. Aktivovaný povlak sa skladá z veľkoplošného γ-Al2O3, správneho množstva oxidu na stabilizáciu povrchu a katalyticky aktívneho kovu dispergovaného v povlaku. Aby sa znížila spotreba drahého PT a RH, zvýšila sa spotreba lacnejšieho Pd a znížili sa náklady na katalyzátor. Za predpokladu, že sa nezníži výkon katalyzátora na čistenie výfukových plynov automobilov, sa do aktivačného povlaku bežne používaného ternárneho katalyzátora Pt-Pd-Rh bežne pridáva určité množstvo CeO2 a La2O3, čím sa vytvorí ternárny katalyzátor na báze vzácnych zemín a drahých kovov s vynikajúcim katalytickým účinkom. La2O3 (UG-LaO1) a CeO2 sa používajú ako promótory na zlepšenie výkonu katalyzátorov na báze ušľachtilých kovov nanesených na γ-Al2O3. Podľa výskumu je hlavný mechanizmus účinku La2O3 v katalyzátoroch na báze ušľachtilých kovov nasledovný:
1. Zlepšenie katalytickej aktivity aktívneho povlaku pridaním CeO2, aby sa častice drahých kovov udržali dispergované v aktívnom povlaku, a tým sa zabránilo zníženiu katalytických mriežkových bodov a poškodeniu aktivity spôsobenému spekaním. Pridanie CeO2(UG-CeO1) do Pt/γ-Al2O3 môže dispergovať na γ-Al2O3 v jednej vrstve (maximálne množstvo disperzie v jednej vrstve je 0,035 g CeO2/g γ-Al2O3), čo mení povrchové vlastnosti γ-Al2O3 a zlepšuje stupeň disperzie Pt. Keď je obsah CeO2 rovný alebo blízko prahu disperzie, stupeň disperzie Pt dosahuje najvyššiu hodnotu. Prah disperzie CeO2 je najlepšou dávkou CeO2. V oxidačnej atmosfére nad 600 ℃ stráca Rh svoju aktiváciu v dôsledku tvorby tuhého roztoku medzi Rh2O3 a Al2O3. Prítomnosť CeO2 oslabuje reakciu medzi Rh a Al2O3 a udržiava aktiváciu Rh. La2O3(UG-LaO1) môže tiež zabrániť rastu ultrajemných častíc Pt. Pridaním CeO2 a La2O3(UG-LaO1) k Pd/γ2al2o3 sa zistilo, že pridanie CeO2 podporuje disperziu Pd na nosiči a vedie k synergickej redukcii. Vysoká disperzia Pd a jeho interakcia s CeO2 na Pd/γ2Al2O3 sú kľúčom k vysokej aktivite katalyzátora.
2. Automaticky nastaviteľný pomer vzduchu a paliva (aπ f) Keď sa zvýši počiatočná teplota automobilu alebo keď sa zmení režim jazdy a rýchlosť, mení sa prietok výfukových plynov a zloženie výfukových plynov, čo neustále mení pracovné podmienky katalyzátora na čistenie výfukových plynov automobilu a ovplyvňuje jeho katalytický výkon. Je potrebné upraviť pomer π paliva a vzduchu na stechiometrický pomer 1415 ~ 1416, aby katalyzátor mohol naplno plniť svoju čistiacu funkciu. CeO2 je oxid s premenlivou valenciou (Ce4 + ΠCe3+), ktorý má vlastnosti polovodiča typu N a vynikajúcu schopnosť ukladať a uvoľňovať kyslík. Keď sa pomer A π F zmení, CeO2 môže zohrávať vynikajúcu úlohu pri dynamickom nastavovaní pomeru vzduchu a paliva. To znamená, že O2 sa uvoľňuje, keď je palivo prebytočné, aby pomohol oxidácii CO a uhľovodíkov; v prípade prebytku vzduchu zohráva CeO2-x redukčnú úlohu a reaguje s NOx, aby odstránil NOx z výfukových plynov a získal CeO2.
3. Účinok kokatalyzátora Keď je zmes aπ f v stechiometrickom pomere, okrem oxidačnej reakcie H2, CO, HC a redukčnej reakcie NOx môže CeO2 ako kokatalyzátor tiež urýchliť migráciu vodného plynu a parnú reformáciu a znížiť obsah CO a HC. La2O3 môže zlepšiť mieru konverzie pri migrácii vodného plynu a parnej reformácii uhľovodíkov. Vytvorený vodík je prospešný pre redukciu NOx. Zistilo sa, že pridanie La2O3 k Pd/CeO2-γ-Al2O3 na rozklad metanolu inhibuje tvorbu vedľajšieho produktu dimetyléteru a zlepšuje katalytickú aktivitu katalyzátora. Keď je obsah La2O3 10 %, katalyzátor má dobrú aktivitu a konverzia metanolu dosahuje maximum (približne 91,4 %). To ukazuje, že La2O3 má dobrú disperziu na nosiči γ-Al2O3. Okrem toho podporuje disperziu CeO2 na nosiči γ2Al2O3 a redukciu objemového kyslíka, ďalej zlepšuje disperziu Pd a ďalej zvyšuje interakciu medzi Pd a CeO2, čím zlepšuje katalytickú aktivitu katalyzátora pre rozklad metanolu.
V súlade s charakteristikami súčasnej ochrany životného prostredia a novými procesmi využívania energie by Čína mala vyvinúť vysokoúčinné katalytické materiály vzácnych zemín s nezávislými právami duševného vlastníctva, dosiahnuť efektívne využívanie zdrojov vzácnych zemín, podporovať technologické inovácie katalytických materiálov vzácnych zemín a dosiahnuť skokový rozvoj súvisiacich high-tech priemyselných zoskupení, ako sú vzácne zeminy, životné prostredie a nové energetické zdroje.
V súčasnosti spoločnosť dodáva produkty ako nano zirkónia, nano titán, nano oxid hlinitý, nano hydroxid hlinitý, nano oxid zinočnatý, nano oxid kremíka, nano oxid horečnatý, nano hydroxid horečnatý, nano oxid meďnatý, nano oxid ytria, nano oxid céru, nano oxid lantánu, nano oxid volfrámu, nano oxid železitý, nano antibakteriálne činidlo a grafén. Kvalita produktu je stabilná a nadnárodné podniky ho nakupujú v dávkach.
Tel.: 86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com
Čas uverejnenia: 4. júla 2022