Як усім відомо, рідкісноземельні мінерали в Китаї в основному складаються з легких рідкісноземельних компонентів, з яких лантан та церій становлять понад 60%. Зі зростанням використання рідкісноземельних постійних магнітних матеріалів, люмінесцентних рідкісноземельних матеріалів, полірувальних порошків для рідкісноземельних елементів та рідкісноземельних елементів у металургійній промисловості Китаю з року в рік, попит на середні та важкі рідкісноземельні елементи на внутрішньому ринку також швидко зростає. Це призвело до великого накопичення високопоширених легких рідкісноземельних елементів, таких як Ce, La та Pr, що призводить до серйозного дисбалансу між експлуатацією та застосуванням рідкісноземельних ресурсів у Китаї. Встановлено, що легкі рідкісноземельні елементи демонструють хорошу каталітичну ефективність та ефективність у процесі хімічної реакції завдяки своїй унікальній структурі електронної оболонки 4f. Тому використання легких рідкісноземельних елементів як каталітичного матеріалу є хорошим способом комплексного використання рідкісноземельних ресурсів. Каталізатор - це речовина, яка може прискорити хімічну реакцію та не витрачається до та після реакції. Посилення фундаментальних досліджень каталізу рідкісноземельних елементів може не тільки підвищити ефективність виробництва, але й заощадити ресурси та енергію, а також зменшити забруднення навколишнього середовища, що відповідає стратегічному напрямку сталого розвитку.
Чому рідкоземельні елементи мають каталітичну активність?
Рідкісноземельні елементи мають особливу зовнішню електронну структуру (4f), яка діє як центральний атом комплексу та має різні координаційні числа від 6 до 12. Мінливість координаційного числа рідкісноземельних елементів визначає їхню «залишкову валентність». Оскільки 4f має сім резервних валентних електронних орбіталей зі здатністю до зв'язування, він відіграє роль «резервного хімічного зв'язку» або «залишкової валентності». Ця здатність необхідна для формального каталізатора. Тому рідкісноземельні елементи не тільки мають каталітичну активність, але й можуть використовуватися як добавки або співкаталізатори для покращення каталітичної ефективності каталізаторів, особливо здатності проти старіння та отруєння.
Наразі роль нанооксиду церію та нанооксиду лантану в обробці вихлопних газів автомобілів стала новим напрямком.
Шкідливі компоненти вихлопних газів автомобілів включають переважно CO, HC та NOx. Рідкоземельні елементи, що використовуються в каталізаторі очищення вихлопних газів автомобілів, являють собою переважно суміш оксиду церію, оксиду празеодиму та оксиду лантану. Каталізатор очищення вихлопних газів автомобілів складається зі складних оксидів рідкісноземельних елементів та кобальту, марганцю та свинцю. Це потрійний каталізатор з перовскітною, шпінельною структурою, в якому оксид церію є ключовим компонентом. Завдяки окисно-відновним характеристикам оксиду церію, склад вихлопних газів можна ефективно контролювати.
Каталізатор очищення вихлопних газів автомобілів в основному складається з стільникового керамічного (або металевого) носія та активованого поверхневого покриття. Активоване покриття складається з γ-Al2O3 великої площі, належної кількості оксиду для стабілізації площі поверхні та каталітично активного металу, диспергованого в покритті. Щоб зменшити споживання дорогих pt та RH, збільшити споживання дешевших Pd та знизити вартість каталізатора, щоб не знижувати продуктивність каталізатора очищення вихлопних газів автомобілів, певну кількість CeO2 та La2O3 зазвичай додають до активаційного покриття поширеного потрійного каталізатора Pt-Pd-Rh, утворюючи потрійний каталізатор на основі рідкісноземельних дорогоцінних металів з чудовим каталітичним ефектом. La2O3(UG-LaO1) та CeO2 використовувалися як промотори для покращення продуктивності каталізаторів на основі благородних металів на основі γ-Al2O3. Згідно з дослідженнями, основний механізм дії La2O3 у каталізаторах з благородних металів полягає в наступному:
1. Покращення каталітичної активності активного покриття шляхом додавання CeO2 для підтримки дисперсії частинок дорогоцінного металу в активному покритті, щоб уникнути зменшення точок каталітичної решітки та пошкодження активності, спричиненого спіканням. Додавання CeO2(UG-CeO1) до Pt/γ-Al2O3 може диспергуватися на γ-Al2O3 в одному шарі (максимальна кількість дисперсії в одному шарі становить 0,035 г CeO2/г γ-Al2O3), що змінює поверхневі властивості γ-Al2O3 та покращує ступінь дисперсії Pt. Коли вміст CeO2 дорівнює або близький до порогу дисперсії, ступінь дисперсії Pt досягає найвищого значення. Поріг дисперсії CeO2 є найкращим дозуванням CeO2. В окислювальній атмосфері при температурі вище 600℃ Rh втрачає свою активацію через утворення твердого розчину між Rh2O3 та Al2O3. Присутність CeO2 послаблює реакцію між Rh та Al2O3 та підтримує активацію Rh. La2O3(UG-LaO1) також може запобігати росту ультрадисперсних частинок Pt. Додаючи CeO2 та La2O3(UG-LaO1) до Pd/γ2al2o3, було виявлено, що додавання CeO2 сприяє дисперсії Pd на носії та призводить до синергічного відновлення. Висока дисперсія Pd та його взаємодія з CeO2 на Pd/γ2Al2O3 є ключем до високої активності каталізатора.
2. Автоматичне регулювання співвідношення повітря-паливо (aπ f). Коли температура двигуна автомобіля підвищується, або коли змінюється режим руху та швидкість, змінюється витрата вихлопних газів та склад вихлопних газів, що постійно змінює умови роботи каталізатора очищення вихлопних газів автомобіля та впливає на його каталітичну ефективність. Необхідно регулювати співвідношення π-паливо до повітря до стехіометричного співвідношення 1415~1416, щоб каталізатор міг повною мірою виконувати свою функцію очищення. CeO2 - це оксид зі змінною валентністю (Ce4 +ΠCe3+), який має властивості напівпровідника N-типу та чудову здатність до зберігання та вивільнення кисню. Коли співвідношення Aπ F змінюється, CeO2 може відігравати чудову роль у динамічному регулюванні співвідношення повітря-паливо. Тобто, O2 вивільняється при надлишку палива, допомагаючи окислювати CO та вуглеводні; у разі надлишку повітря CeO2-x відіграє відновлювальну роль та реагує з NOx для видалення NOx з вихлопних газів з отриманням CeO2.
3. Вплив сокаталізатора. Коли суміш aπ f знаходиться в стехіометричному співвідношенні, окрім реакції окислення H2, CO, HC та реакції відновлення NOx, CeO2 як сокаталізатор також може прискорити міграцію водяного газу та реакцію парового риформінгу, а також зменшити вміст CO та HC. La2O3 може покращити швидкість конверсії в реакції міграції водяного газу та реакції парового риформінгу вуглеводнів. Утворений водень сприяє відновленню NOx. Додавання La2O3 до Pd/CeO2-γ-Al2O3 для розкладання метанолу показало, що додавання La2O3 пригнічує утворення побічного продукту диметилового ефіру та покращує каталітичну активність каталізатора. Коли вміст La2O3 становить 10%, каталізатор має хорошу активність, а конверсія метанолу досягає максимуму (близько 91,4%). Це показує, що La2O3 має добру дисперсію на носії γ-Al2O3. Крім того, це сприяло дисперсії CeO2 на носії γ2Al2O3 та зменшенню об'ємного вмісту кисню, ще більше покращило дисперсію Pd та ще більше посилило взаємодію між Pd та CeO2, тим самим покращуючи каталітичну активність каталізатора розкладання метанолу.
Відповідно до особливостей сучасного процесу охорони навколишнього середовища та використання нових джерел енергії, Китай повинен розробляти високоефективні каталітичні матеріали на основі рідкоземельних елементів з незалежними правами інтелектуальної власності, досягати ефективного використання ресурсів рідкоземельних елементів, сприяти технологічним інноваціям у сфері каталітичних матеріалів на основі рідкоземельних елементів та здійснювати стрімкий розвиток пов'язаних високотехнологічних промислових кластерів, таких як рідкісноземельні елементи, навколишнє середовище та нові джерела енергії.
Наразі компанія пропонує такі продукти, як нанооксид цирконію, нанооксид титану, нанооксид алюмінію, наногідроксид алюмінію, нанооксид цинку, нанооксид кремнію, нанооксид магнію, наногідроксид магнію, нанооксид міді, нанооксид ітрію, нанооксид церію, нанооксид лантану, нанотриоксид вольфраму, нанооксид заліза (феромагнію), наноантибактеріальний засіб та графен. Якість продукції стабільна, і багатонаціональні підприємства закуповують її партіями.
Тел.: 86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com
Час публікації: 04 липня 2022 р.