Jak všichni víme, minerály vzácných zemin v Číně se skládají převážně z lehkých složek vzácných zemin, z nichž lanthan a cer tvoří více než 60 %. S každoročním rozšířením materiálů s permanentními magnety ze vzácných zemin, luminiscenčních materiálů ze vzácných zemin, leštících prášků ze vzácných zemin a vzácných zemin v metalurgickém průmyslu v Číně se také prudce zvyšuje poptávka po středních a těžkých vzácných zeminách na domácím trhu. To způsobilo velké nahromadění vysoce hojných lehkých vzácných zemin, jako jsou Ce, La a Pr, což vede k vážné nerovnováze mezi využíváním a využitím zdrojů vzácných zemin v Číně. Bylo zjištěno, že lehké prvky vzácných zemin vykazují díky své jedinečné struktuře elektronového obalu 4f dobrý katalytický výkon a účinnost v procesu chemických reakcí. Použití lehkých prvků vzácných zemin jako katalytického materiálu je proto dobrým způsobem, jak komplexně využít zdroje vzácných zemin. Katalyzátor je druh látky, která může urychlit chemickou reakci a není spotřebovávána před ani po reakci. Posílení základního výzkumu katalýzy vzácných zemin může nejen zlepšit efektivitu výroby, ale také ušetřit zdroje a energii a snížit znečištění životního prostředí, což je v souladu se strategickým směrem udržitelného rozvoje.
Proč mají prvky vzácných zemin katalytickou aktivitu?
Prvky vzácných zemin mají speciální vnější elektronovou strukturu (4f), která působí jako centrální atom komplexu a má různá koordinační čísla v rozmezí od 6 do 12. Variabilita koordinačního čísla prvků vzácných zemin určuje, že mají „zbytkovou valenci“. Protože 4f má sedm záložních valenčních elektronových orbitalů s vazebnou schopností, hraje roli „záložní chemické vazby“ nebo „zbytkové valence“. Tato schopnost je nezbytná pro formální katalyzátor. Prvky vzácných zemin proto mají nejen katalytickou aktivitu, ale mohou být také použity jako přísady nebo kokatalyzátory ke zlepšení katalytického výkonu katalyzátorů, zejména schopnosti proti stárnutí a schopnosti proti otravě.
V současné době se role nanooxidu ceru a nanooxidu lanthanu při úpravě výfukových plynů automobilů stala novým zaměřením.
Mezi škodlivé složky ve výfukových plynech automobilů patří zejména CO, HC a NOx. Vzácné zeminy používané v katalyzátoru pro čištění výfukových plynů automobilů jsou převážně směsí oxidu ceričitého, oxidu praseodymu a oxidu lanthanu. Katalyzátor pro čištění výfukových plynů automobilů se skládá z komplexních oxidů vzácných zemin a kobaltu, manganu a olova. Jedná se o druh ternárního katalyzátoru s perovskitovou, spinelovou strukturou, ve které je klíčovou složkou oxid ceričitý. Díky redoxním vlastnostem oxidu ceričitého lze složky výfukových plynů účinně regulovat.
Katalyzátor pro čištění výfukových plynů automobilů se skládá hlavně z voštinového keramického (nebo kovového) nosiče a aktivovaného povrchu. Aktivovaný povlak se skládá z velkoplošného γ-Al₂O₃, správného množství oxidu pro stabilizaci povrchu a katalyticky aktivního kovu dispergovaného v povlaku. Aby se snížila spotřeba drahého PT a RH, zvýšila se spotřeba levnějšího Pd a snížily se náklady na katalyzátor. Za předpokladu, že se nesníží výkon katalyzátoru pro čištění výfukových plynů automobilů, se do aktivačního povlaku běžně používaného ternárního katalyzátoru Pt-Pd-Rh běžně přidává určité množství CeO₂ a La₂O₃, čímž se vytvoří ternární katalyzátor na bázi vzácných kovů s vynikajícím katalytickým účinkem. La₂O₃(UG-LaO₃) a CeO₂ byly použity jako promotory pro zlepšení výkonu katalyzátorů na bázi vzácných kovů na nosiči γ-Al₂O₃. Podle výzkumu je hlavní mechanismus účinku La₂O₃ v katalyzátorech na bázi vzácných kovů následující:
1. Zlepšení katalytické aktivity aktivního povlaku přidáním CeO2, aby se částice drahých kovů udržely dispergované v aktivním povlaku, a zabránilo se tak snížení počtu katalytických mřížkových bodů a poškození aktivity způsobenému slinováním. Přidání CeO2(UG-CeO1) do Pt/γ-Al2O3 může dispergovat na γ-Al2O3 v jedné vrstvě (maximální množství disperze v jedné vrstvě je 0,035 g CeO2/g γ-Al2O3), což mění povrchové vlastnosti γ-Al2O3 a zlepšuje stupeň disperze Pt. Pokud je obsah CeO2 roven nebo blízko prahu disperze, stupeň disperze Pt dosahuje nejvyššího. Práh disperze CeO2 je nejlepší dávkování CeO2. V oxidační atmosféře nad 600 °C ztrácí Rh svou aktivaci v důsledku tvorby pevného roztoku mezi Rh2O3 a Al2O3. Přítomnost CeO2 oslabuje reakci mezi Rh a Al2O3 a udržuje aktivaci Rh. La2O3(UG-LaO1) může také zabránit růstu ultrajemných částic Pt. Přidáním CeO2 a La2O3(UG-LaO1) k Pd/γ2al2o3 bylo zjištěno, že přidání CeO2 podporuje disperzi Pd na nosiči a vede k synergické redukci. Vysoká disperze Pd a jeho interakce s CeO2 na Pd/γ2Al2O3 jsou klíčem k vysoké aktivitě katalyzátoru.
2. Automaticky nastavitelný poměr vzduch-palivo (aπ f) Když stoupne počáteční teplota automobilu nebo se změní jízdní režim a rychlost, mění se průtok výfukových plynů a složení výfukových plynů, což neustále mění pracovní podmínky katalyzátoru pro čištění výfukových plynů automobilu a ovlivňuje jeho katalytický výkon. Je nutné upravit poměr π paliva ke vzduchu na stechiometrický poměr 1415~1416, aby katalyzátor mohl plně využít svou čisticí funkci. CeO2 je oxid s proměnnou valencí (Ce4 + ΠCe3+), který má vlastnosti polovodiče typu N a má vynikající schopnost ukládání a uvolňování kyslíku. Když se změní poměr A π F, může CeO2 hrát vynikající roli v dynamickém nastavení poměru vzduch-palivo. To znamená, že O2 se uvolňuje, když je paliva přebytečné, aby pomohl oxidovat CO a uhlovodíky; v případě přebytku vzduchu hraje CeO2-x redukční roli a reaguje s NOx, aby odstranil NOx z výfukových plynů za vzniku CeO2.
3. Vliv kokatalyzátoru Pokud je směs aπ f ve stechiometrickém poměru, může CeO2 jako kokatalyzátor kromě oxidační reakce H2, CO, HC a redukční reakce NOx také urychlit migraci vodního plynu a parní reformingovou reakci a snížit obsah CO a HC. La2O3 může zlepšit rychlost konverze v reakci migrace vodního plynu a parní reformingové reakci uhlovodíků. Vzniklý vodík je prospěšný pro redukci NOx. Bylo zjištěno, že přidání La2O3 k Pd/CeO2-γ-Al2O3 pro rozklad methanolu inhibuje tvorbu dimethyletheru jako vedlejšího produktu a zlepšuje katalytickou aktivitu katalyzátoru. Pokud je obsah La2O3 10 %, má katalyzátor dobrou aktivitu a konverze methanolu dosahuje maxima (přibližně 91,4 %). To ukazuje, že La2O3 má dobrou disperzi na nosiči γ-Al2O3. Dále podporuje disperzi CeO2 na nosiči γ2Al2O3 a redukci objemového kyslíku, dále zlepšuje disperzi Pd a dále zvyšuje interakci mezi Pd a CeO2, čímž zlepšuje katalytickou aktivitu katalyzátoru pro rozklad methanolu.
Vzhledem k charakteristikám současné ochrany životního prostředí a nových procesů využití energie by Čína měla vyvíjet vysoce výkonné katalytické materiály pro vzácné zeminy s nezávislými právy duševního vlastnictví, dosáhnout efektivního využití zdrojů vzácných zemin, podporovat technologické inovace v oblasti katalytických materiálů pro vzácné zeminy a realizovat skokový rozvoj souvisejících high-tech průmyslových klastrů, jako jsou vzácné zeminy, životní prostředí a nové energie.
V současné době společnost dodává produkty jako nano zirkoničitý, nano titaničitý, nano oxid hlinitý, nano hydroxid hlinitý, nano oxid zinečnatý, nano oxid křemičitý, nano oxid hořečnatý, nano hydroxid hořečnatý, nano oxid měďnatý, nano oxid yttritý, nano oxid ceričitý, nano oxid lanthanu, nano oxid wolframový, nano oxid železitý, nano antibakteriální činidlo a grafen. Kvalita produktů je stabilní a nadnárodní podniky je nakupují v dávkách.
Tel.: 86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com
Čas zveřejnění: 4. července 2022