Com tots sabem, els minerals de terres rares a la Xina es componen principalment de components lleugers de terres rares, dels quals el lantà i el ceri representen més del 60%. Amb l'expansió dels materials magnètics permanents de terres rares, els materials luminescents de terres rares, la pols de poliment de terres rares i les terres rares a la indústria metal·lúrgica a la Xina any rere any, la demanda de terres rares mitjanes i pesades al mercat nacional també està augmentant ràpidament. Això ha provocat un gran retard en terres rares lleugeres d'alta abundància com ara Ce, La i Pr, cosa que condueix a un greu desequilibri entre l'explotació i l'aplicació dels recursos de terres rares a la Xina. Es constata que els elements lleugers de terres rares mostren un bon rendiment catalític i eficàcia en el procés de reacció química a causa de la seva estructura única de capa d'electrons 4f. Per tant, l'ús de terres rares lleugeres com a material catalític és una bona manera d'utilitzar completament els recursos de terres rares. El catalitzador és un tipus de substància que pot accelerar la reacció química i no es consumeix abans ni després de la reacció. L'enfortiment de la recerca bàsica de la catàlisi de terres rares no només pot millorar l'eficiència de la producció, sinó també estalviar recursos i energia i reduir la contaminació ambiental, la qual cosa està en línia amb la direcció estratègica del desenvolupament sostenible.
Per què els elements de terres rares tenen activitat catalítica?
Els elements de terres rares tenen una estructura electrònica externa especial (4f), que actua com a àtom central del complex i té diversos nombres de coordinació que van del 6 al 12. La variabilitat del nombre de coordinació dels elements de terres rares determina que tenen "valència residual". Com que 4f té set orbitals electrònics de valència de reserva amb capacitat d'enllaç, juga un paper d'"enllaç químic de reserva" o "valència residual". Aquesta capacitat és necessària per a un catalitzador formal. Per tant, els elements de terres rares no només tenen activitat catalítica, sinó que també es poden utilitzar com a additius o cocatalitzadors per millorar el rendiment catalític dels catalitzadors, especialment la capacitat antienvelliment i la capacitat antiintoxicació.
Actualment, el paper del nanoòxid de ceri i del nanoòxid de lantà en el tractament dels gasos d'escapament dels automòbils s'ha convertit en un nou focus.
Els components nocius dels gasos d'escapament dels automòbils inclouen principalment CO, HC i NOx. Les terres rares utilitzades en el catalitzador de purificació de gasos d'escapament d'automòbils de terres rares són principalment una barreja d'òxid de ceri, òxid de praseodimi i òxid de lantà. El catalitzador de purificació de gasos d'escapament d'automòbils de terres rares està compost per òxids complexos de terres rares i cobalt, manganès i plom. És un tipus de catalitzador ternari amb perovskita, tipus i estructura d'espinel·la, en què l'òxid de ceri és el component clau. A causa de les característiques redox de l'òxid de ceri, els components dels gasos d'escapament es poden controlar eficaçment.
El catalitzador de purificació de gasos d'escapament d'automòbils està compost principalment per un portador ceràmic (o metàl·lic) de tipus bresca i un recobriment activat superficialment. El recobriment activat està compost per γ-Al2O3 de gran superfície, una quantitat adequada d'òxid per estabilitzar la superfície i metall catalíticament actiu dispers al recobriment. Per reduir el consum de PT i RH cars, augmentar el consum de Pd més barat i reduir el cost del catalitzador. Amb la premissa de no reduir el rendiment del catalitzador de purificació de gasos d'escapament d'automòbils, s'afegeix habitualment una certa quantitat de CeO2 i La2O3 al recobriment d'activació del catalitzador ternari Pt-Pd-Rh d'ús comú per formar un catalitzador ternari de metalls preciosos de terres rares amb un excel·lent efecte catalític. El La2O3 (UG-LaO1) i el CeO2 es van utilitzar com a promotors per millorar el rendiment dels catalitzadors de metalls nobles suportats per γ-Al2O3. Segons la investigació, el CeO2, el principal mecanisme de La2O3 en catalitzadors de metalls nobles és el següent:
1. Millorar l'activitat catalítica del recobriment actiu afegint CeO2 per mantenir les partícules de metalls preciosos disperses en el recobriment actiu, per tal d'evitar la reducció dels punts de xarxa catalítica i els danys a l'activitat causats per la sinterització. L'addició de CeO2(UG-CeO1) a Pt/γ-Al2O3 pot dispersar-se sobre γ-Al2O3 en una sola capa (la quantitat màxima de dispersió d'una sola capa és de 0,035 g de CeO2/g de γ-Al2O3), cosa que canvia les propietats superficials de γ-Al2O3 i millora el grau de dispersió del Pt. Quan el contingut de CeO2 és igual o proper al llindar de dispersió, el grau de dispersió del Pt arriba al màxim. El llindar de dispersió de CeO2 és la millor dosi de CeO2. En una atmosfera d'oxidació superior a 600 ℃, Rh perd la seva activació a causa de la formació d'una solució sòlida entre Rh2O3 i Al2O3. L'existència de CeO2 debilitarà la reacció entre Rh i Al2O3 i mantindrà l'activació de Rh. El La2O3(UG-La01) també pot prevenir el creixement de partícules ultrafines de Pt. En afegir CeO2 i La2O3(UG-La01) a Pd/γ2al2O3, es va descobrir que l'addició de CeO2 promovia la dispersió del Pd sobre el portador i produïa una reducció sinèrgica. L'alta dispersió del Pd i la seva interacció amb el CeO2 sobre el Pd/γ2Al2O3 són la clau de l'alta activitat del catalitzador.
2. Relació aire-combustible ajustada automàticament (aπ f) Quan augmenta la temperatura d'arrencada de l'automòbil o quan canvien el mode i la velocitat de conducció, el cabal d'escapament i la composició dels gasos d'escapament canvien, cosa que fa que les condicions de treball del catalitzador de purificació de gasos d'escapament de l'automòbil canviïn constantment i afecti el seu rendiment catalític. Cal ajustar la relació π de combustible de l'aire a la relació estequiomètrica de 1415~1416, de manera que el catalitzador pugui exercir plenament la seva funció de purificació. El CeO2 és un òxid de valència variable (Ce4 +ΠCe3+), que té les propietats del semiconductor de tipus N i té una excel·lent capacitat d'emmagatzematge i alliberament d'oxigen. Quan canvia la relació Aπ F, el CeO2 pot tenir un paper excel·lent en l'ajust dinàmic de la relació aire-combustible. És a dir, l'O2 s'allibera quan hi ha un excedent de combustible per ajudar a oxidar el CO i els hidrocarburs; en cas d'excés d'aire, el CeO2-x té un paper reductor i reacciona amb els NOx per eliminar els NOx dels gasos d'escapament per obtenir CeO2.
3. Efecte del cocatalitzador Quan la mescla d'aπ f està en una proporció estequiomètrica, a més de la reacció d'oxidació d'H2, CO, HC i la reacció de reducció de NOx, el CeO2 com a cocatalitzador també pot accelerar la migració del gas d'aigua i la reacció de reforma de vapor i reduir el contingut de CO i HC. El La2O3 pot millorar la taxa de conversió en la reacció de migració del gas d'aigua i la reacció de reforma de vapor d'hidrocarburs. L'hidrogen generat és beneficiós per a la reducció de NOx. En afegir La2O3 a Pd/CeO2-γ-Al2O3 per a la descomposició del metanol, es va trobar que l'addició de La2O3 inhibia la formació d'èter dimetílic com a subproducte i millorava l'activitat catalítica del catalitzador. Quan el contingut de La2O3 és del 10%, el catalitzador té una bona activitat i la conversió de metanol arriba al màxim (aproximadament el 91,4%). Això demostra que La₂O₃ té una bona dispersió sobre el portador γ-Al₂O₃. A més, promou la dispersió de CeO₃ sobre el portador γ₂Al₂O₃ i la reducció de l'oxigen a granel, millora encara més la dispersió de Pd i potencia la interacció entre Pd i CeO₃, millorant així l'activitat catalítica del catalitzador per a la descomposició del metanol.
D'acord amb les característiques de la protecció ambiental actual i el nou procés d'utilització de l'energia, la Xina hauria de desenvolupar materials catalítics de terres rares d'alt rendiment amb drets de propietat intel·lectual independents, aconseguir un ús eficient dels recursos de terres rares, promoure la innovació tecnològica dels materials catalítics de terres rares i aconseguir un desenvolupament accelerat de clústers industrials d'alta tecnologia relacionats, com ara terres rares, medi ambient i noves energies.
Actualment, els productes subministrats per l'empresa inclouen nano zircònia, nano titania, nano alúmina, nano hidròxid d'alumini, nano òxid de zinc, nano òxid de silici, nano òxid de magnesi, nano hidròxid de magnesi, nano òxid de coure, nano òxid d'itri, nano òxid de ceri, nano òxid de lantà, nano triòxid de tungstè, nano òxid ferrofèrric, nano agent antibacterià i grafè. La qualitat del producte és estable i ha estat comprat en lots per empreses multinacionals.
Telèfon: 86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com
Data de publicació: 04-07-2022