Както всички знаем, редкоземните минерали в Китай са съставени главно от леки редкоземни компоненти, от които лантанът и церият представляват повече от 60%. С разширяването на производството на постоянни магнити от редкоземни елементи, луминесцентни материали от редкоземни елементи, полиращи прахове от редкоземни елементи и редкоземни елементи в металургичната промишленост в Китай година след година, търсенето на средни и тежки редкоземни елементи на вътрешния пазар също се увеличава бързо. Това е довело до голямо натрупване на високоразпространени леки редкоземни елементи като Ce, La и Pr, което води до сериозен дисбаланс между експлоатацията и приложението на редкоземните ресурси в Китай. Установено е, че леките редкоземни елементи показват добри каталитични характеристики и ефикасност в процеса на химическа реакция поради уникалната си 4f електронна обвивка. Следователно, използването на леки редкоземни елементи като каталитичен материал е добър начин за цялостно оползотворяване на редкоземните ресурси. Катализаторът е вид вещество, което може да ускори химическата реакция и не се изразходва преди и след реакцията. Засилването на фундаменталните изследвания на катализа на редкоземните елементи може не само да подобри ефективността на производството, но и да спести ресурси и енергия и да намали замърсяването на околната среда, което е в съответствие със стратегическата насока на устойчивото развитие.
Защо редкоземните елементи имат каталитична активност?
Редкоземните елементи имат специална външна електронна структура (4f), която действа като централен атом на комплекса и има различни координационни числа, вариращи от 6 до 12. Променливостта на координационното число на редкоземните елементи определя, че те имат „остатъчна валентност“. Тъй като 4f има седем резервни валентни електронни орбитали със способност за свързване, той играе ролята на „резервна химическа връзка“ или „остатъчна валентност“. Тази способност е необходима за формален катализатор. Следователно, редкоземните елементи не само имат каталитична активност, но могат да се използват и като добавки или кокатализатори за подобряване на каталитичните им характеристики, особено способността им да противодействат на стареенето и да предотвратяват отравянията.
В момента ролята на наноцериевия оксид и нанолантановия оксид в третирането на автомобилните отработени газове се превърна в нов фокус.
Вредните компоненти в автомобилните отработени газове включват главно CO, HC и NOx. Редкоземните елементи, използвани в катализатора за пречистване на отработени газове от редкоземни елементи, са главно смес от цериев оксид, празеодимов оксид и лантанов оксид. Катализаторът за пречистване на отработени газове от редкоземни елементи е съставен от сложни оксиди на редкоземни елементи и кобалт, манган и олово. Той е вид троен катализатор с перовскитна, шпинелна структура, в който цериевият оксид е ключовият компонент. Благодарение на редокс характеристиките на цериевия оксид, компонентите на отработените газове могат да бъдат ефективно контролирани.
Катализаторът за пречистване на автомобилни отработени газове е съставен главно от керамичен (или метален) носител тип „пчелна пита“ и повърхностно активирано покритие. Активираното покритие е съставено от γ-Al2O3 с голяма площ, подходящо количество оксид за стабилизиране на повърхността и каталитично активен метал, диспергиран в покритието. За да се намали потреблението на скъпи pt и RH, да се увеличи потреблението на по-евтин Pd и да се намали цената на катализатора, с цел да не се намали производителността на катализатора за пречистване на автомобилни отработени газове, към активационното покритие на често използвания троен катализатор Pt-Pd-Rh обикновено се добавя определено количество CeO2 и La2O3, за да се образува троен катализатор от благородни метали с редки земни частици с отличен каталитичен ефект. La2O3 (UG-LaO1) и CeO2 се използват като промотори за подобряване на производителността на катализаторите от благородни метали, носители на γ-Al2O3. Според изследванията, основният механизъм на La2O3 в катализаторите от благородни метали е следният:
1. Подобряване на каталитичната активност на активното покритие чрез добавяне на CeO2, за да се поддържат частиците от благороден метал диспергирани в активното покритие, за да се избегне намаляването на каталитичните точки на решетката и увреждането на активността, причинено от синтероване. Добавянето на CeO2(UG-CeO1) към Pt/γ-Al2O3 може да диспергира върху γ-Al2O3 в един слой (максималното количество дисперсия в един слой е 0,035 g CeO2/g γ-Al2O3), което променя повърхностните свойства на γ-Al2O3 и подобрява степента на дисперсия на Pt. Когато съдържанието на CeO2 е равно или близо до прага на дисперсия, степента на дисперсия на Pt достига най-високата си стойност. Прагът на дисперсия на CeO2 е най-добрата доза CeO2. В окислителна атмосфера над 600℃, Rh губи своята активация поради образуването на твърд разтвор между Rh2O3 и Al2O3. Наличието на CeO2 ще отслаби реакцията между Rh и Al2O3 и ще запази активирането на Rh. La2O3(UG-LaO1) може също да предотврати растежа на ултрафини частици Pt. Чрез добавяне на CeO2 и La2O3(UG-LaO1) към Pd/γ2al2o3 беше установено, че добавянето на CeO2 насърчава дисперсията на Pd върху носителя и води до синергично намаляване. Високата дисперсия на Pd и неговото взаимодействие с CeO2 върху Pd/γ2Al2O3 са ключът към високата активност на катализатора.
2. Автоматично регулирано съотношение въздух-гориво (aπ f) Когато началната температура на автомобила се повиши или когато режимът на шофиране и скоростта се променят, дебитът на отработените газове и съставът им се променят, което води до постоянна промяна в условията на работа на катализатора за пречистване на отработените газове на автомобила и влияе върху неговата каталитична ефективност. Необходимо е да се регулира съотношението π гориво-въздух до стехиометричното съотношение от 1415~1416, за да може катализаторът да изпълнява пълноценно пречиствателната си функция. CeO2 е оксид с променлива валенция (Ce4 + ΠCe3+), който има свойствата на N-тип полупроводник и има отличен капацитет за съхранение и освобождаване на кислород. Когато съотношението A π F се промени, CeO2 може да играе отлична роля в динамичното регулиране на съотношението въздух-гориво. Това означава, че O2 се освобождава, когато горивото е в излишък, за да помогне на CO и въглеводородите да се окислят; в случай на излишък на въздух, CeO2-x играе редукционна роля и реагира с NOx, за да отстрани NOx от отработените газове, за да се получи CeO2.
3. Ефект на съкатализатора Когато сместа от aπ f е в стехиометрично съотношение, освен окислителната реакция на H2, CO, HC и редукционната реакция на NOx, CeO2 като съкатализатор може също да ускори миграцията на воден газ и реакцията на парообразуване и да намали съдържанието на CO и HC. La2O3 може да подобри скоростта на превръщане в реакцията на миграция на воден газ и реакцията на парообразуване на въглеводороди. Генерираният водород е полезен за намаляване на NOx. Добавянето на La2O3 към Pd/CeO2-γ-Al2O3 за разлагане на метанол, установи, че добавянето на La2O3 инхибира образуването на страничен продукт диметилов етер и подобрява каталитичната активност на катализатора. Когато съдържанието на La2O3 е 10%, катализаторът има добра активност и превръщането на метанол достига максимум (около 91,4%). Това показва, че La2O3 има добра дисперсия върху γ-Al2O3 носител. Освен това, той насърчава дисперсията на CeO2 върху γ2Al2O3 носител и намаляването на обемния кислород, допълнително подобрява дисперсията на Pd и допълнително засилва взаимодействието между Pd и CeO2, като по този начин подобрява каталитичната активност на катализатора за разлагане на метанол.
В съответствие с характеристиките на настоящите процеси за опазване на околната среда и използване на нови енергийни ресурси, Китай трябва да разработи високоефективни каталитични материали за редкоземни елементи с независими права върху интелектуална собственост, да постигне ефективно използване на ресурсите от редкоземни елементи, да насърчи технологичните иновации в областта на каталитичните материали за редкоземни елементи и да осъществи бързо развитие на свързани високотехнологични индустриални клъстери, като например в областта на редкоземните елементи, околната среда и новите енергийни източници.
В момента продуктите, доставяни от компанията, включват наноцирконий, нанотитаний, наноалуминиев оксид, наноалуминиев хидроксид, наноцинков оксид, наносилициев оксид, наномагнезиев оксид, наномагнезиев хидроксид, наномеден оксид, наноитриев оксид, наноцериев оксид, нанолантанов оксид, нановолфрамов триоксид, наноферофериоксид, наноантибактериален агент и графен. Качеството на продукта е стабилно и е закупуван на партиди от мултинационални предприятия.
Тел.: 86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com
Време на публикуване: 04 юли 2022 г.