Серед некремнієвих оксидів оксид алюмінію має хороші механічні властивості, стійкість до високих температур і стійкість до корозії, тоді як мезопористий оксид алюмінію (МА) має регульований розмір пор, велику питому поверхню, великий об’єм пор і низьку вартість виробництва, що широко використовується в каталізі, контрольоване вивільнення ліків, адсорбція та інші поля, такі як крекінг, гідрокрекінг і гідродесульфурація нафтової сировини. Мікропористий оксид алюмінію зазвичай використовується в промисловості, але це безпосередньо впливатиме на активність глинозему, термін служби та селективність каталізатора. Наприклад, у процесі очищення вихлопних газів автомобіля забруднювачі, що осідають з присадок до моторної оливи, утворять кокс, що призведе до блокування пор каталізатора, таким чином знижуючи активність каталізатора. Поверхнево-активна речовина може бути використана для коригування структури носія оксиду алюмінію для формування MA. Поліпшення його каталітичної ефективності.
МА має стримуючий ефект, і активні метали деактивуються після високотемпературного прожарювання. Крім того, після високотемпературного прожарювання мезопориста структура руйнується, скелет МА знаходиться в аморфному стані, а кислотність поверхні не може задовольнити його вимоги в області функціоналізації. Модифікаційна обробка часто потрібна для покращення каталітичної активності, стабільності мезопористої структури, термічної стабільності поверхні та поверхневої кислотності матеріалів MA. Загальні групи модифікації включають гетероатоми металів (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr тощо. ) і оксиди металів (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7 тощо), навантажені на поверхню MA або леговані в скелет.
Особлива електронна конфігурація рідкоземельних елементів робить його сполуки особливими оптичними, електричними та магнітними властивостями та використовується в каталітичних матеріалах, фотоелектричних матеріалах, адсорбційних матеріалах і магнітних матеріалах. Рідкоземельні модифіковані мезопористі матеріали можуть регулювати властивість кислоти (лугу), збільшувати вакансію кисню та синтезувати металевий нанокристалічний каталізатор з рівномірною дисперсією та стабільним нанометровим масштабом. Відповідні пористі матеріали та рідкоземельні елементи можуть покращити поверхневу дисперсію металевих нанокристалів, а також стабільність і відкладення вуглецю. стійкість каталізаторів. У цій статті буде введено модифікацію рідкоземельних елементів і функціональність MA для покращення каталітичних характеристик, термічної стабільності, здатності до зберігання кисню, питомої площі поверхні та структури пор.
1 МА підготовки
1.1 Приготування глиноземного носія
Спосіб приготування носія з оксиду алюмінію визначає розподіл його пористої структури, а його загальні методи приготування включають метод дегідратації псевдобеміту (PB) і золь-гель метод. Псевдобеміт (PB) був вперше запропонований Calvet, і H+ сприяв пептизації для отримання γ-AlOOH колоїдного PB, що містить проміжну воду, яку кальцинували та зневоднювали при високій температурі з утворенням глинозему. Залежно від різної сировини його часто поділяють на метод осадження, метод карбонізації та метод гідролізу спирту алюмінію. На колоїдну розчинність PB впливає кристалічність, і вона оптимізується зі збільшенням кристалічності, а також на неї впливають параметри робочого процесу.
ПБ зазвичай готують методом осадження. Луг додають у розчин алюмінату або кислоту додають у розчин алюмінату та осаджують для отримання гідратованого оксиду алюмінію (осадження лугом), або додають кислоту в осад алюмінату для отримання моногідрату оксиду алюмінію, який потім промивають, сушать і прожарюють для отримання PB. Метод осадження є простим у експлуатації та має низьку вартість, який часто використовується в промисловому виробництві, але на нього впливає багато факторів (рН розчину, концентрація, температура тощо). І ця умова для отримання частинок з кращою дисперсійністю є суворою. У методі карбонізації Al(OH)3 отримують реакцією CO2 і NaAlO2, а PB можна отримати після старіння. Цей метод має такі переваги, як проста операція, висока якість продукту, відсутність забруднення та низька вартість, і може отримувати глинозем з високою каталітичною активністю, чудовою стійкістю до корозії та високою питомою поверхнею з низькими інвестиціями та високою прибутковістю. Часто використовується метод гідролізу алкоксиду алюмінію для приготування ПБ високої чистоти. Алкоксид алюмінію гідролізується з утворенням моногідрату оксиду алюмінію, а потім обробляється для отримання PB високої чистоти, який має хорошу кристалічність, однорідний розмір частинок, концентрований розподіл розмірів пор і високу цілісність сферичних частинок. Однак процес складний, і його важко відновити через використання деяких токсичних органічних розчинників.
Крім того, неорганічні солі або органічні сполуки металів зазвичай використовуються для отримання попередників оксиду алюмінію золь-гель методом, а чиста вода або органічні розчинники додаються для приготування розчинів для генерування золю, який потім желатинують, сушать і обсмажують. В даний час процес підготовки глинозему все ще вдосконалюється на основі методу дегідратації PB, а метод карбонізації став основним методом промислового виробництва глинозему через його економічність та захист навколишнього середовища. Глинозем, отриманий золь-гель методом, привернув велику увагу через його більш рівномірний розподіл розмірів пор, що є потенційним методом, але його потрібно вдосконалити для реалізації промислового застосування.
1.2 Підготовка МА
Звичайний глинозем не може задовольнити функціональні вимоги, тому необхідно готувати високоефективний МА. Методи синтезу зазвичай включають: метод нанолиття з вуглецевою формою як твердим шаблоном; Синтез SDA: процес самоскладання, викликаний випаровуванням (EISA) у присутності м’яких шаблонів, таких як SDA та інші катіонні, аніонні або неіонні поверхнево-активні речовини.
1.2.1 Процес EISA
М’який шаблон використовується в кислих умовах, що дозволяє уникнути складного та трудомісткого процесу жорсткого мембранного методу та може реалізувати безперервну модуляцію діафрагми. Підготовка MA за допомогою EISA привернула велику увагу через його легку доступність і відтворюваність. Можна приготувати різні мезопористі структури. Розмір пор MA можна регулювати, змінюючи довжину гідрофобного ланцюга поверхнево-активної речовини або регулюючи молярне співвідношення каталізатора гідролізу до попередника алюмінію в розчині. Тому EISA, також відомий як одноетапний синтез і модифікація золь-гель методу високої поверхні область MA та впорядкований мезопористий оксид алюмінію (OMA), застосовувався до різних м’яких шаблонів, таких як P123, F127, триетаноламін (чай) тощо. EISA може замінити процес спільного збирання алюмінійорганічних прекурсорів, таких як алкоксиди алюмінію та матриці поверхнево-активних речовин, як правило, ізопропоксид алюмінію та P123, для отримання мезопористих матеріалів. Успішний розвиток процесу EISA вимагає точного регулювання гідролізу та кінетика конденсації для отримання стабільного золю та забезпечення розвитку мезофази, утвореної поверхнево-активною речовиною міцели в розчині.
У процесі EISA використання неводних розчинників (таких як етанол) і органічних комплексоутворювачів може ефективно уповільнити гідроліз і швидкість конденсації алюмінійорганічних прекурсорів і викликати самозбірку OMA матеріалів, таких як Al(OR)3 і ізопропоксид алюмінію. Однак у неводних летких розчинниках матриці поверхнево-активних речовин зазвичай втрачають свою гідрофільність/гідрофобність. Крім того, через затримку гідролізу та поліконденсації проміжний продукт має гідрофобну групу, що ускладнює взаємодію з шаблоном поверхнево-активної речовини. Лише при поступовому збільшенні концентрації поверхнево-активної речовини та ступеня гідролізу та поліконденсації алюмінію в процесі випаровування розчинника може відбутися самоз’єднання шаблону та алюмінію. Таким чином, багато параметрів, які впливають на умови випаровування розчинників і реакцію гідролізу та конденсації прекурсорів, таких як температура, відносна вологість, каталізатор, швидкість випаровування розчинника тощо, впливатимуть на остаточну структуру складання. Як показано на рис. 1, матеріали OMA з високою термічною стабільністю та високими каталітичними характеристиками були синтезовані методом самоскладання, індукованого сольвотермічним випаровуванням (SA-EISA). сольвотермічна обробка сприяла повному гідролізу попередників алюмінію з утворенням малих кластерних гідроксильних груп алюмінію, що посилювало взаємодію між поверхнево-активними речовинами та алюмінієм. Двовимірна гексагональна мезофаза була утворена в процесі EISA та кальцинована при 400 ℃ для утворення матеріалу OMA. У традиційному процесі EISA процес випаровування супроводжується гідролізом алюмоорганічного прекурсора, тому умови випаровування мають важливий вплив на реакцію та кінцеву структуру OMA. Стадія сольвотермічної обробки сприяє повному гідролізу попередника алюмінію та утворює частково конденсовані кластеризовані гідроксильні групи алюмінію. OMA утворюється в широкому діапазоні умов випаровування. У порівнянні з MA, отриманим традиційним методом EISA, OMA, отриманим методом SA-EISA, має більший об’єм пор, кращу питому поверхню та кращу термічну стабільність. У майбутньому метод EISA можна буде використовувати для отримання МА з надвеликою апертурою з високим коефіцієнтом конверсії та чудовою селективністю без використання агента розгортання.
Рис. 1 блок-схема методу SA-EISA для синтезу матеріалів OMA
1.2.2 інші процеси
Звичайне приготування МА вимагає точного контролю параметрів синтезу для досягнення чіткої мезопористої структури, а видалення шаблонних матеріалів також є складним завданням, що ускладнює процес синтезу. В даний час багато літератури повідомляють про синтез MA з різними шаблонами. В останні роки дослідження в основному були зосереджені на синтезі МА з глюкозою, сахарозою та крохмалем як шаблонами за допомогою ізопропоксиду алюмінію у водному розчині. Більшість цих матеріалів МА синтезовано з нітрату, сульфату та алкоксиду алюмінію як джерела алюмінію. MA CTAB також можна отримати шляхом прямої модифікації PB як джерела алюмінію. MA з різними структурними властивостями, тобто Al2O3)-1, Al2O3)-2 і al2o3A, має гарну термічну стабільність. Додавання поверхнево-активної речовини не змінює притаманну кристалічну структуру PB, але змінює режим укладання частинок. Крім того, утворення Al2O3-3 утворюється шляхом адгезії наночастинок, стабілізованих органічним розчинником PEG, або агрегації навколо PEG. Однак розподіл розмірів пор Al2O3-1 дуже вузький. Крім того, каталізатори на основі паладію були виготовлені з синтетичним МА як носієм. У реакції згоряння метану каталізатор на основі Al2O3-3 показав хороші каталітичні характеристики.
Вперше МА з відносно вузьким розподілом пор за розміром був отриманий з використанням дешевого і багатого алюмінієм алюмінієвого чорного шлаку ABD. Процес виробництва включає процес екстракції при низькій температурі і нормальному тиску. Тверді частинки, що залишаються в процесі екстракції, не забруднюватимуть навколишнє середовище, і їх можна накопичувати з низьким ризиком або повторно використовувати як наповнювач або заповнювач для бетонування. Питома поверхня синтезованої МА становить 123~162 м2/г, розподіл пор за розміром вузький, радіус піку — 5,3 нм, а пористість — 0,37 см3/г. Матеріал має нанорозмір, а розмір кристала становить близько 11 нм. Твердотільний синтез — це новий процес синтезу МА, який можна використовувати для виробництва радіохімічного абсорбенту для клінічного використання. Хлорид алюмінію, карбонат амонію та вихідні матеріали з глюкози змішуються в молярному співвідношенні 1: 1,5: 1,5, і MA синтезується за допомогою нової твердофазної механохімічної реакції. Завдяки концентруванню 131I в обладнанні теплової батареї загальний вихід 131I після концентрації становить 90 %, а отриманий розчин 131I[NaI] має високу радіоактивну концентрацію (1,7 ТБк/мл), таким чином реалізуючи використання капсул великої дози 131I[NaI] для лікування раку щитовидної залози.
Підводячи підсумок, у майбутньому також можна буде розробити малі молекулярні шаблони для побудови багаторівневих упорядкованих пористих структур, ефективного коригування структури, морфології та хімічних властивостей поверхні матеріалів, а також створення великої площі поверхні та впорядкованої червоточини MA. Дослідіть дешеві шаблони та джерела алюмінію, оптимізуйте процес синтезу, уточніть механізм синтезу та керуйте процесом.
Метод модифікації 2 МА
Методи рівномірного розподілу активних компонентів на носії МА включають просочення, синтез in situ, осадження, іонний обмін, механічне змішування та плавлення, серед яких перші два є найбільш поширеними.
2.1 Метод натурного синтезу
Групи, які використовуються для функціональної модифікації, додаються в процесі підготовки MA для модифікації та стабілізації каркасної структури матеріалу та покращення каталітичних характеристик. Процес показаний на малюнку 2. Liu et al. синтезували Ni/Mo-Al2O3 in situ з P123 як матрицею. Як Ni, так і Mo були дисперговані в упорядкованих каналах MA, без руйнування мезопористої структури MA, і каталітична продуктивність була очевидно покращена. Застосовуючи метод росту in situ на синтезованому субстраті гамма-al2o3, у порівнянні з γ-Al2O3, MnO2-Al2O3 має більшу питому поверхню за БЕТ та об’єм пор, а також має бімодальну мезопористу структуру з вузьким розподілом пор за розміром. MnO2-Al2O3 має швидку адсорбцію та високу ефективність для F-, а також має широкий діапазон застосування pH (pH=4~10), що підходить для практичних умов промислового застосування. Ефективність переробки MnO2-Al2O3 краща, ніж у γ-Al2O. Необхідно додатково оптимізувати структурну стабільність. Підсумовуючи, модифіковані MA матеріали, отримані синтезом in situ, мають гарний структурний порядок, сильну взаємодію між групами та носіями оксиду алюмінію, тісну комбінацію, велике навантаження на матеріал, і їх нелегко спричинити виділення активних компонентів у процесі каталітичної реакції. , і каталітичні характеристики значно покращені.
Рис. 2 Отримання функціоналізованого МА шляхом синтезу in situ
2.2 Метод просочення
Занурення підготовленого МА в модифіковану групу та отримання модифікованого матеріалу МА після обробки, щоб реалізувати ефекти каталізу, адсорбції тощо. Cai та ін. підготували MA з P123 золь-гель методом і замочили його в етанолі та розчині тетраетиленпентаміну, щоб отримати аміно-модифікований MA матеріал із високою адсорбційною здатністю. Крім того, Belkacemi et al. занурюють у розчин ZnCl2 за допомогою того самого процесу, щоб отримати впорядковані модифіковані матеріали MA, леговані цинком. Питома площа поверхні та об’єм пор становлять 394 м2/г та 0,55 см3/г відповідно. Порівняно з методом синтезу на місці, метод просочення має кращу дисперсію елементів, стабільну мезопористу структуру та хороші адсорбційні характеристики, але сила взаємодії між активними компонентами та носієм оксиду алюмінію слабка, і на каталітичну активність легко втручаються зовнішні фактори.
3 функціональний прогрес
Синтез рідкоземельних МА з особливими властивостями є тенденцією розвитку в майбутньому. В даний час існує багато методів синтезу. Параметри процесу впливають на продуктивність МА. Питома площа поверхні, об’єм пор і діаметр пор MA можна регулювати залежно від типу шаблону та складу прекурсора алюмінію. Температура кальцинування та концентрація полімерної матриці впливають на питому поверхню та об’єм пор МА. Сузукі та Ямаучі виявили, що температуру прожарювання було збільшено з 500 ℃ до 900 ℃. Апертуру можна збільшити, а площу поверхні можна зменшити. Крім того, модифікація рідкоземельних елементів покращує активність, термічну стабільність поверхні, структурну стабільність і поверхневу кислотність матеріалів МА в каталітичному процесі та відповідає розвитку функціональності МА.
3.1 Адсорбент дефторування
Фтор у питній воді в Китаї серйозно шкідливий. Крім того, збільшення вмісту фтору в промисловому розчині сульфату цинку призведе до корозії електродної пластини, погіршення робочого середовища, зниження якості електричного цинку та зменшення кількості оборотної води в системі виробництва кислоти. і процес електролізу відпрацьованого газу в печі з киплячим шаром. В даний час адсорбційний метод є найбільш привабливим серед поширених методів мокрого дефторування. Однак є деякі недоліки, такі як погана адсорбційна здатність, вузький доступний діапазон pH, вторинне забруднення тощо. Активоване вугілля, аморфний глинозем, активований глинозем та інші адсорбенти використовувалися для дефторування води, але вартість адсорбентів висока, а адсорбційна здатність F-в нейтральному розчині або високій концентрації низька. Активований глинозем став найбільш широко вивчався адсорбент для видалення фтору через його високу спорідненість і селективність до фтору при нейтральному значенні рН, але він обмежений поганим адсорбційна здатність фториду, і лише при рН <6 він може мати хороші адсорбційні характеристики фториду. MA привернула широку увагу в боротьбі з забрудненням навколишнього середовища завдяки своїй великій питомій площі поверхні, унікальному ефекту розміру пор, кислотно-лужній продуктивності, термічній і механічній стабільності . Кунду та ін. отриманий МА з максимальною адсорбційною здатністю фтору 62,5 мг/г. На здатність МА до адсорбції фтору значною мірою впливають його структурні характеристики, такі як питома площа поверхні, поверхневі функціональні групи, розмір пор і загальний розмір пор. Регулювання структури та ефективності МА є важливим способом покращення його адсорбційних характеристик.
Завдяки жорсткій кислоті La та жорсткій основності фтору існує сильна спорідненість між La та іонами фтору. В останні роки деякі дослідження виявили, що La як модифікатор може покращити адсорбційну здатність фториду. Однак через низьку структурну стабільність рідкоземельних адсорбентів більша кількість рідкоземельних елементів вимивається в розчин, що призводить до вторинного забруднення води та шкоди здоров’ю людини. З іншого боку, висока концентрація алюмінію у водному середовищі є однією з отрут для здоров'я людини. Отже, необхідно підготувати різновид композитного адсорбенту з хорошою стабільністю та відсутністю або меншим вилуговуванням інших елементів у процесі видалення фтору. МА, модифікований La та Ce, готували методом імпрегнації (La/MA та Ce/MA). рідкоземельні оксиди були вперше успішно завантажені на поверхню MA, яка мала вищу ефективність дефторування. Основними механізмами видалення фтору є електростатична адсорбція та хімічна адсорбція, тяжіння електронів поверхневого позитивного заряду та реакція обміну лігандів поєднується з поверхневим гідроксилом, гідроксильна функціональна група на поверхні адсорбенту створює водневий зв'язок з F-, модифікація La і Ce покращує адсорбційну здатність фтору, La/MA містить більше гідроксильних центрів адсорбції, а адсорбційна здатність F знаходиться в порядку La/MA>Ce/MA>MA. Зі збільшенням початкової концентрації адсорбційна здатність фтору зростає. Ефект адсорбції найкращий, коли рН становить 5~9, а процес адсорбції фтору відповідає моделі ізотермічної адсорбції Ленгмюра. Крім того, домішки сульфат-іонів в глиноземі також можуть істотно впливати на якість зразків. Хоча відповідні дослідження модифікованого рідкоземельного оксиду алюмінію були проведені, більшість досліджень зосереджено на процесі адсорбенту, який важко використовувати промислово. У майбутньому ми можемо вивчити механізм дисоціації комплексу фтору в розчині сульфату цинку і характеристики міграції іонів фтору, отримати ефективний, недорогий і відновлюваний адсорбент іонів фтору для дефторування розчину сульфату цинку в цинку гідрометалургійної системи та створити модель управління процесом для обробки розчину з високим вмістом фтору на основі рідкоземельного наноадсорбенту MA.
3.2 Каталізатор
3.2.1 Сухий риформінг метану
Рідкісноземельні землі можуть регулювати кислотність (основність) пористих матеріалів, збільшувати вакансії кисню та синтезувати каталізатори з однорідною дисперсією, нанометровим масштабом і стабільністю. Його часто використовують для підтримки благородних металів і перехідних металів для каталізації метанізації CO2. В даний час рідкоземельні модифіковані мезопористі матеріали розвиваються в напрямку сухого риформінгу метану (MDR), фотокаталітичного розкладання ЛОС і очищення хвостового газу. У порівнянні з благородними металами (такими як Pd, Ru, Rh тощо) та іншими перехідними металами (такими як Co, Fe тощо), каталізатор Ni/Al2O3 широко використовується завдяки вищій каталітичній активності та селективності, високій стабільності та низькій вартості для метан. Однак спікання та осадження вуглецю наночастинок Ni на поверхні Ni/Al2O3 призводять до швидкої дезактивації каталізатора. Таким чином, необхідно додати прискорювач, модифікувати носій каталізатора та покращити шлях приготування для покращення каталітичної активності, стабільності та стійкості до опіку. Загалом рідкоземельні оксиди можна використовувати як структурні та електронні промотори в гетерогенних каталізаторах, а CeO2 покращує дисперсію Ni та змінює властивості металевого Ni через сильну взаємодію з металевою підтримкою.
MA широко використовується для посилення дисперсії металів і забезпечення стримування активних металів для запобігання їх агломерації. La2O3 з високою здатністю накопичувати кисень підвищує стійкість до вуглецю в процесі перетворення, а La2O3 сприяє дисперсії Co на мезопористому оксиді алюмінію, який має високу активність реформування та стійкість. Промотор La2O3 підвищує MDR-активність каталізатора Co/MA, і фази Co3O4 і CoAl2O4 утворюються на поверхні каталізатора. Однак високодисперсний La2O3 має дрібні зерна 8-10 нм. У процесі MDR взаємодія на місці між La2O3 і CO2 утворила мезофазу La2O2CO3, яка викликала ефективне усунення CxHy на поверхні каталізатора. La2O3 сприяє відновленню водню, забезпечуючи вищу щільність електронів і збільшуючи вакантність кисню в 10%Co/MA. Додавання La2O3 зменшує видиму енергію активації споживання CH4. Таким чином, швидкість конверсії CH4 зросла до 93,7% при 1073 K K. Додавання La2O3 покращило каталітичну активність, сприяло відновленню H2, збільшило кількість активних центрів Co0, утворило менше відкладеного вуглецю та збільшило вакансію кисню до 73,3%.
Ce і Pr наносили на каталізатор Ni/Al2O3 методом рівнооб’ємної імпрегнації в Li Xiaofeng. Після додавання Ce і Pr селективність до H2 зросла, а селективність до CO знизилася. MDR, модифікований Pr, мав чудову каталітичну здатність, і селективність до H2 зросла з 64,5% до 75,6%, тоді як селективність до CO знизилася з 31,4% Peng Shujing et al. використовувався золь-гель метод, Ce-модифікований MA був отриманий з ізопропоксиду алюмінію, ізопропанольного розчинника та гексагідрату нітрату церію. Питома поверхня продукту була дещо збільшена. Додавання Ce зменшило агрегацію стержнеподібних наночастинок на поверхні МА. Деякі гідроксильні групи на поверхні γ-Al2O3 були в основному покриті сполуками Ce. Термостабільність МА була покращена, і після прожарювання при 1000 ℃ протягом 10 годин не відбувалося перетворення кристалічної фази. Wang Baowei et al. отриманий матеріал МА CeO2-Al2O4 методом співосадження. CeO2 з кубічними крихітними зернами був рівномірно диспергований в оксиді алюмінію. Після підтримки Co та Mo на CeO2-Al2O4 взаємодія між оксидом алюмінію та активним компонентом Co та Mo була ефективно інгібована CEO2
Рідкоземельні промотори (La, Ce, y і Sm) поєднуються з Co/MA каталізатором для MDR, і процес показаний на рис. 3. рідкоземельні промотори можуть покращити дисперсію Co на носії MA та пригнічувати агломерацію частинок Co. чим менший розмір частинок, тим сильніша взаємодія Co-MA, тим сильніша каталітична та спікаюча здатність каталізатора YCo/MA, а також позитивний вплив кількох промоторів на активність MDR та відкладення вуглецю. Рис. 4 – iMAge HRTEM після лікування MDR при 1023 K, Co2: ch4: N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3,1 протягом 8 годин. Частинки Co існують у формі чорних плям, тоді як носії MA існують у формі сірих, що залежить від різниці електронної густини. на зображенні HRTEM із 10% Co/MA (рис. 4b) спостерігається агломерація частинок металу Co на носіях ma. Додавання рідкоземельного промотора зменшує частинки Co до 11,0 нм ~ 12,5 нм. YCo/MA має сильну взаємодію Co-MA, і його ефективність спікання краща, ніж у інших каталізаторів. крім того, як показано на рис. 4b-4f, порожнисті вуглецеві нанодроти (CNF) виробляються на каталізаторах, які підтримують контакт з потоком газу та запобігають дезактивації каталізатора.
Рис. 3 Вплив додавання рідкоземельних елементів на фізичні та хімічні властивості та каталітичні характеристики MDR каталізатора Co/MA
3.2.2 Каталізатор розкислення
Fe2O3/Meso-CeAl, легований Ce каталізатор розкислення на основі Fe, був отриманий окисним дегідруванням 1-бутену з CO2 як м’яким окислювачем і використовувався в синтезі 1,3-бутадієну (BD). Це був високодисперсним у матриці оксиду алюмінію, а Fe2O3/мезо був високодисперсним. Каталізатор Fe2O3/Meso-CeAl-100 не тільки має високодисперсні види заліза та хороші структурні властивості, але також має хорошу здатність до зберігання кисню, тому він має хорошу адсорбційну та активаційну здатність CO2. Як показано на малюнку 5, ТЕМ-зображення показують, що Fe2O3/Meso-CeAl-100 є регулярним. Це показує, що червоподібна структура каналу MesoCeAl-100 є пухкою та пористою, що сприяє дисперсії активних інгредієнтів, тоді як високодисперсний Ce успішно легується в матриці оксиду алюмінію. Каталізатор із благородних металів, що відповідає стандарту наднизьких викидів для автомобілів, має розвинену структуру пор, хорошу гідротермічну стабільність і велику ємність для зберігання кисню.
3.2.3 Каталізатор для транспортних засобів
Pd-Rh на основі четвертинних рідкісноземельних комплексів на основі алюмінію AlCeZrTiOx і AlLaZrTiOx для отримання матеріалів для покриття автомобільних каталізаторів. Рідкоземельний комплекс на основі мезопористого алюмінію Pd-Rh/ALC можна успішно використовувати як каталізатор очищення вихлопних газів транспортних засобів CNG із хорошою довговічністю, а ефективність перетворення CH4, основного компонента вихлопних газів транспортних засобів CNG, становить 97,8%. Прийняти гідротермальний одноетапний метод для підготовки цього рідкоземельного композитного матеріалу для реалізації самоскладання. Було синтезовано впорядковані мезопористі прекурсори з метастабільним станом і високою агрегацією, а синтез RE-Al відповідав моделі «одиниці росту сполуки». , таким чином реалізуючи очищення автомобільних вихлопних газів постмонтованим трикомпонентним каталітичним нейтралізатором.
Рис. 4 HRTEM-зображення ma (a), Co/MA(b), LaCo/MA(c), CeCo/MA(d), YCo/MA(e) та SmCo/MA(f)
Рис. 5 ПЕМ-зображення (A) та елементна діаграма EDS (b,c) Fe2O3/Meso-CeAl-100
3.3 світлові характеристики
Електрони рідкоземельних елементів легко збуджуються для переходу між різними рівнями енергії та випромінюванням світла. Рідкоземельні іони часто використовують як активатори для отримання люмінесцентних матеріалів. Рідкоземельні іони можуть бути завантажені на поверхню порожнистих мікросфер фосфату алюмінію методом співосадження та методом іонного обміну, а також можуть бути виготовлені люмінесцентні матеріали AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd). Довжина хвилі люмінесцентного випромінювання знаходиться в ближньому ультрафіолетовому діапазоні. МА перетворюється на тонкі плівки завдяки своїй інерції, низькій діелектричній проникності та низькій провідності, що робить його застосовним до електричних і оптичних пристроїв, тонких плівок, бар’єрів, датчиків тощо. використовуватися для вимірювання відгуку одновимірних фотонних кристалів, генерації енергії та антиблікових покриттів. Ці пристрої являють собою складені плівки з певною довжиною оптичного шляху, тому необхідно контролювати показник заломлення та товщину. В даний час для розробки та створення таких пристроїв часто використовуються діоксид титану та оксид цирконію з високим показником заломлення та діоксид кремнію з низьким показником заломлення. . Розширено діапазон доступності матеріалів з різними хімічними властивостями поверхні, що дає можливість створювати передові фотонні сенсори. Впровадження MA та оксигідроксидних плівок у дизайн оптичних пристроїв демонструє великий потенціал, оскільки показник заломлення подібний до показника діоксиду кремнію. Але хімічні властивості відрізняються.
3.4 термічна стійкість
З підвищенням температури спікання серйозно впливає на ефект використання каталізатора MA, і питома поверхня зменшується, а γ-Al2O3 у кристалічній фазі перетворюється на фази δ та θ до χ. Рідкоземельні матеріали мають гарну хімічну та термічну стабільність, високу адаптивність, а також легкодоступну та дешеву сировину. Додавання рідкоземельних елементів може покращити термічну стабільність, стійкість до високотемпературного окислення та механічні властивості носія, а також регулювати поверхневу кислотність носія. La та Ce є найбільш часто використовуваними та дослідженими елементами модифікації. Lu Weiguang та інші виявили, що додавання рідкоземельних елементів ефективно запобігає об’ємній дифузії частинок оксиду алюмінію, La і Ce захищають гідроксильні групи на поверхні оксиду алюмінію, перешкоджають спіканню та фазовому перетворенню, а також зменшують пошкодження високої температури для мезопористої структури. . Підготовлений оксид алюмінію все ще має високу питому поверхню та об’єм пор. Однак занадто багато або занадто мало рідкоземельного елемента зменшить термічну стабільність оксиду алюмінію. Лі Яньцю та ін. додав 5% La2O3 до γ-Al2O3, що покращило термічну стабільність і збільшило об’єм пор і питому поверхню носія з оксиду алюмінію. Як видно з рисунка 6, La2O3, доданий до γ-Al2O3, покращує термічну стабільність рідкоземельного композитного носія.
У процесі легування нановолокнистих частинок La до MA площа поверхні BET та об’єм пор MA-La вищі, ніж у MA, коли температура термічної обробки підвищується, а легування La має очевидний ефект уповільнення спікання при високій температурі. температура. як показано на рис. 7, з підвищенням температури La гальмує реакцію росту зерен і фазових перетворень, тоді як рис. 7a і 7c показують накопичення нановолокнистих частинок. на рис. 7b, діаметр великих частинок, утворених прожарюванням при 1200 ℃, становить близько 100 нм. Це свідчить про значне спікання MA. Крім того, порівняно з MA-1200, MA-La-1200 не агрегує після термообробки. З додаванням La частинки нановолокна мають кращу здатність до спікання. навіть при вищій температурі прожарювання легований La все ще сильно диспергований на поверхні MA. La модифікований MA може бути використаний як носій Pd каталізатора в реакції окиснення C3H8.
Рис. 6 Модель структури спікання глинозему з рідкоземельними елементами та без них
Рис. 7 TEM зображення MA-400 (a), MA-1200 (b), MA-La-400 (c) і MA-La-1200 (d)
4 Висновок
Ознайомлено з ходом одержання та функціонального застосування рідкоземельних модифікованих МА матеріалів. Широко використовується рідкоземельний модифікований МА. Незважаючи на те, що було проведено багато досліджень щодо каталітичного застосування, термічної стабільності та адсорбції, багато матеріалів мають високу вартість, низьку кількість допінгів, поганий порядок і їх важко індустріалізувати. У майбутньому необхідно виконати наступну роботу: оптимізувати склад і структуру рідкоземельних модифікованих МА, вибрати відповідний процес, виконати функціональний розвиток; Створення моделі управління процесом на основі функціонального процесу для зниження витрат і реалізації промислового виробництва; Щоб максимізувати переваги рідкоземельних ресурсів Китаю, ми повинні вивчити механізм модифікації рідкоземельних МА, вдосконалити теорію та процес підготовки рідкоземельних модифікованих МА.
Проект фонду: Загальний інноваційний проект у галузі науки і технологій Шеньсі (2011KTDZ01-04-01); Спеціальний науково-дослідний проект провінції Шеньсі 2019 (19JK0490); Спеціальний науково-дослідницький проект 2020 року коледжу Хуацін Сіаньського університету архітектури та технологій (20KY02)
Джерело: Рідкісна земля
Час публікації: 04 липня 2022 р