Kaip visi žinome, retųjų žemių mineralai Kinijoje daugiausia sudaryti iš lengvųjų retųjų žemių komponentų, iš kurių lantanas ir ceris sudaro daugiau nei 60 %. Kasmet plečiantis retųjų žemių nuolatinių magnetų medžiagų, retųjų žemių liuminescencinių medžiagų, retųjų žemių poliravimo miltelių ir retųjų žemių naudojimui Kinijos metalurgijos pramonėje, sparčiai auga vidutinių ir sunkiųjų retųjų žemių paklausa vidaus rinkoje. Dėl to susidarė didelis lengvųjų retųjų žemių, tokių kaip Ce, La ir Pr, kiekis, o tai lemia rimtą disbalansą tarp retųjų žemių išteklių eksploatavimo ir taikymo Kinijoje. Nustatyta, kad lengvieji retųjų žemių elementai pasižymi geru kataliziniu našumu ir efektyvumu cheminės reakcijos procese dėl savo unikalios 4f elektronų apvalkalo struktūros. Todėl lengvųjų retųjų žemių naudojimas kaip katalizinė medžiaga yra geras būdas visapusiškai panaudoti retųjų žemių išteklius. Katalizatorius yra tam tikra medžiaga, kuri gali pagreitinti cheminę reakciją ir nėra sunaudojama prieš ir po reakcijos. Retųjų žemių katalizės fundamentinių tyrimų stiprinimas gali ne tik pagerinti gamybos efektyvumą, bet ir sutaupyti išteklių bei energijos ir sumažinti aplinkos taršą, o tai atitinka tvaraus vystymosi strateginę kryptį.
Kodėl retųjų žemių elementai turi katalizinį aktyvumą?
Retųjų žemių elementai turi specialią išorinę elektroninę struktūrą (4f), kuri veikia kaip centrinis komplekso atomas ir turi įvairius koordinacijos skaičius nuo 6 iki 12. Retųjų žemių elementų koordinacijos skaičiaus kintamumas lemia, kad jie turi „liekamąjį valentingumą“. Kadangi 4f turi septynias atsargines valentingos elektronų orbitales su jungimosi gebėjimu, ji atlieka „atsarginio cheminio ryšio“ arba „liekamojo valentingumo“ vaidmenį. Šis gebėjimas yra būtinas formaliam katalizatoriui. Todėl retųjų žemių elementai ne tik pasižymi kataliziniu aktyvumu, bet ir gali būti naudojami kaip priedai arba kokatalizatoriai, siekiant pagerinti katalizatorių katalizinį našumą, ypač senėjimą stabdantį ir apsinuodijimą slopinantį gebėjimą.
Šiuo metu nauju dėmesio centru tapo nano cerio oksido ir nano lantano oksido vaidmuo automobilių išmetamųjų dujų apdorojime.
Automobilių išmetamosiose dujose daugiausia kenksmingų komponentų yra CO, HC ir NOx. Retųjų žemių automobilių išmetamųjų dujų valymo katalizatoriuose naudojami retųjų žemių elementai daugiausia yra cerio oksido, prazeodimio oksido ir lantano oksido mišinys. Retųjų žemių automobilių išmetamųjų dujų valymo katalizatorius sudarytas iš retųjų žemių ir kobalto, mangano bei švino kompleksinių oksidų. Tai yra trijų komponentų katalizatorius, turintis perovskito ir spinelio tipą bei struktūrą, kuriame pagrindinis komponentas yra cerio oksidas. Dėl cerio oksido redokso savybių galima efektyviai kontroliuoti išmetamųjų dujų komponentus.
Automobilių išmetamųjų dujų valymo katalizatorius daugiausia sudarytas iš korio struktūros keraminio (arba metalinio) nešiklio ir paviršiumi aktyvuotos dangos. Aktyvuotą dangą sudaro didelis γ-Al2O3 plotas, tinkamas oksido kiekis paviršiaus plotui stabilizuoti ir kataliziškai aktyvus metalas, disperguotas dangoje. Siekiant sumažinti brangaus pt ir RH sunaudojimą, padidinti pigesnio Pd sunaudojimą ir sumažinti katalizatoriaus kainą, siekiant nesumažinti automobilių išmetamųjų dujų valymo katalizatoriaus našumo, į dažniausiai naudojamo Pt-Pd-Rh trinario katalizatoriaus aktyvinimo dangą paprastai pridedamas tam tikras kiekis CeO2 ir La2O3, kad susidarytų retųjų žemių tauriųjų metalų trinaris katalizatorius, pasižymintis puikiu kataliziniu poveikiu. La2O3 (UG-La01) ir CeO2 buvo naudojami kaip aktyvatoriai, siekiant pagerinti γ-Al2O3 pagrindu pagamintų tauriųjų metalų katalizatorių našumą. Tyrimų duomenimis, pagrindinis La2O3 veikimo mechanizmas tauriųjų metalų katalizatoriuose yra toks:
1. Pagerinti aktyviosios dangos katalizinį aktyvumą pridedant CeO2, kad tauriųjų metalų dalelės būtų disperguotos aktyviojoje dangoje, taip išvengiant katalizinės gardelės taškų sumažėjimo ir aktyvumo pažeidimo dėl sukepinimo. Į Pt/γ-Al2O3 įdėjus CeO2 (UG-Ce01), jis gali disperguoti ant γ-Al2O3 vienu sluoksniu (didžiausias vieno sluoksnio dispersijos kiekis yra 0,035 g CeO2/g γ-Al2O3), o tai pakeičia γ-Al2O3 paviršiaus savybes ir pagerina Pt dispersijos laipsnį. Kai CeO2 kiekis yra lygus dispersijos slenksčiui arba jam artimas, Pt dispersijos laipsnis pasiekia didžiausią. CeO2 dispersijos slenkstis yra geriausia CeO2 dozė. Oksidacijos atmosferoje, aukštesnėje nei 600 ℃, Rh praranda savo aktyvaciją dėl kieto tirpalo susidarymo tarp Rh2O3 ir Al2O3. CeO2 buvimas susilpnins reakciją tarp Rh ir Al2O3 ir išlaikys Rh aktyvaciją. La2O3(UG-La01) taip pat gali slopinti itin smulkių Pt dalelių augimą. Pridėjus CeO2 ir La2O3(UG-La01) prie Pd/γ2al2o3, nustatyta, kad CeO2 pridėjimas skatino Pd dispersiją ant nešiklio ir sukėlė sinerginę redukciją. Didelė Pd dispersija ir jo sąveika su CeO2 ant Pd/γ2Al2O3 yra pagrindiniai katalizatoriaus aktyvumo veiksniai.
2. Automatiškai reguliuojamas oro ir degalų santykis (aπ f). Kai automobilio pradinė temperatūra pakyla arba keičiasi važiavimo režimas ir greitis, keičiasi išmetamųjų dujų srautas ir išmetamųjų dujų sudėtis, todėl nuolat kinta automobilio išmetamųjų dujų valymo katalizatoriaus darbo sąlygos ir tai daro įtaką jo kataliziniam našumui. Būtina reguliuoti oro π degalų santykį iki stechiometrinio santykio 1415–1416, kad katalizatorius galėtų visapusiškai atlikti savo valymo funkciją. CeO2 yra kintamo valentingumo oksidas (Ce4 +ΠCe3+), turintis N tipo puslaidininkio savybių ir puikiai kaupiantis bei išskiriantis deguonį. Kai keičiasi Aπ F santykis, CeO2 gali atlikti puikų vaidmenį dinamiškai reguliuojant oro ir degalų santykį. Tai reiškia, kad O2 išsiskiria, kai degalų perteklius padeda oksiduotis CO ir angliavandeniliams; Esant oro pertekliui, CeO2-x atlieka redukcinį vaidmenį ir reaguoja su NOx, pašalindamas NOx iš išmetamųjų dujų ir gaudamas CeO2.
3. Kokatalizatoriaus poveikis Kai aπ f mišinys yra stechiometrinio santykio, be H2, CO, HC oksidacijos reakcijos ir NOx redukcijos reakcijos, CeO2 kaip kokatalizatorius taip pat gali pagreitinti vandens dujų migracijos ir garų reformavimo reakciją bei sumažinti CO ir HC kiekį. La2O3 gali pagerinti konversijos greitį vandens dujų migracijos reakcijoje ir angliavandenilių garų reformavimo reakcijoje. Susidaręs vandenilis yra naudingas NOx redukcijai. Į Pd/CeO2-γ-Al2O3 pridėjus La2O3 metanolio skaidymui, nustatyta, kad La2O3 pridėjimas slopino šalutinio produkto dimetileterio susidarymą ir pagerino katalizatoriaus katalizinį aktyvumą. Kai La2O3 kiekis yra 10 %, katalizatorius pasižymi geru aktyvumu, o metanolio konversija pasiekia maksimalų lygį (apie 91,4 %). Tai rodo, kad La2O3 gerai disperguojasi ant γ-Al2O3 nešiklio. Be to, tai paskatino CeO2 dispersiją ant γ2Al2O3 nešiklio ir deguonies kiekio sumažėjimą, dar labiau pagerino Pd dispersiją ir sustiprino Pd bei CeO2 sąveiką, taip pagerindamas katalizatoriaus katalizinį aktyvumą metanolio skaidymo metu.
Atsižvelgiant į dabartinio aplinkos apsaugos ir naujų energijos panaudojimo procesų ypatybes, Kinija turėtų kurti aukštos kokybės retųjų žemių katalizines medžiagas su nepriklausomomis intelektinės nuosavybės teisėmis, efektyviai naudoti retųjų žemių išteklius, skatinti retųjų žemių katalizinių medžiagų technologines inovacijas ir įgyvendinti susijusių aukštųjų technologijų pramonės klasterių, tokių kaip retųjų žemių, aplinkos ir naujos energijos, plėtrą.
Šiuo metu įmonės tiekiami produktai yra nano cirkonio oksidas, nano titano oksidas, nano aliuminio oksidas, nano aliuminio hidroksidas, nano cinko oksidas, nano silicio oksidas, nano magnio oksidas, nano magnio hidroksidas, nano vario oksidas, nano itrio oksidas, nano cerio oksidas, nano lantano oksidas, nano volframo trioksidas, nano feroferinis oksidas, nano antibakterinis agentas ir grafenas. Produkto kokybė yra stabili, ir jį partijomis perka tarptautinės įmonės.
Tel.: 86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com
Įrašo laikas: 2022 m. liepos 4 d.