Kot vsi vemo, so redkozemeljski minerali na Kitajskem sestavljeni predvsem iz lahkih redkozemeljskih komponent, od katerih lantan in cerij predstavljata več kot 60 %. Z vsakoletno širitvijo redkozemeljskih trajnih magnetnih materialov, redkozemeljskih luminiscentnih materialov, redkozemeljskih polirnih praškov in redkozemeljskih elementov v metalurški industriji na Kitajskem se povpraševanje po srednje težkih in težkih redkozemeljskih elementih na domačem trgu hitro povečuje. To je povzročilo veliko zaostanek pri lahkih redkozemeljskih elementih z visoko vsebnostjo, kot so Ce, La in Pr, kar vodi v resno neravnovesje med izkoriščanjem in uporabo redkozemeljskih virov na Kitajskem. Ugotovljeno je, da lahki redkozemeljski elementi kažejo dobro katalitično delovanje in učinkovitost v kemijskih reakcijah zaradi svoje edinstvene strukture elektronskih lupin 4f. Zato je uporaba lahkih redkozemeljskih elementov kot katalitičnega materiala dober način za celovito izkoriščanje redkozemeljskih virov. Katalizator je vrsta snovi, ki lahko pospeši kemijsko reakcijo in se ne porablja pred in po reakciji. Krepitev temeljnih raziskav katalize redkozemeljskih elementov lahko ne le izboljša učinkovitost proizvodnje, temveč tudi prihrani vire in energijo ter zmanjša onesnaževanje okolja, kar je v skladu s strateško usmeritvijo trajnostnega razvoja.
Zakaj imajo redkozemeljski elementi katalitično aktivnost?
Redkozemeljski elementi imajo posebno zunanjo elektronsko strukturo (4f), ki deluje kot osrednji atom kompleksa in ima različna koordinacijska števila od 6 do 12. Spremenljivost koordinacijskega števila redkozemeljskih elementov določa, da imajo "preostalo valenco". Ker ima 4f sedem rezervnih valentnih elektronskih orbital z vezavno sposobnostjo, igra vlogo "rezervne kemične vezi" ali "preostale valence". Ta sposobnost je potrebna za formalni katalizator. Zato redkozemeljski elementi nimajo le katalitične aktivnosti, temveč se lahko uporabljajo tudi kot dodatki ali kokatalizatorji za izboljšanje katalitične učinkovitosti katalizatorjev, zlasti sposobnosti proti staranju in sposobnosti proti zastrupitvi.
Trenutno je vloga nano cerijevega oksida in nano lantanovega oksida pri obdelavi avtomobilskih izpušnih plinov postala nov poudarek.
Škodljive sestavine v avtomobilskih izpušnih plinih vključujejo predvsem CO, HC in NOx. Redke zemeljske kovine, ki se uporabljajo v katalizatorju za čiščenje izpušnih plinov avtomobilov, so predvsem mešanica cerijevega oksida, prazeodimovega oksida in lantanovega oksida. Katalizator za čiščenje izpušnih plinov avtomobilov je sestavljen iz kompleksnih oksidov redkih zemelj in kobalta, mangana in svinca. Gre za ternarni katalizator s perovskitno in spinelno strukturo, v katerem je cerijev oksid ključna sestavina. Zaradi redoks lastnosti cerijevega oksida je mogoče učinkovito nadzorovati sestavine izpušnih plinov.
Katalizator za čiščenje izpušnih plinov avtomobilov je v glavnem sestavljen iz nosilca iz keramike (ali kovine) v obliki satovja in površinsko aktivirane prevleke. Aktivirana prevleka je sestavljena iz velike površine γ-Al2O3, ustrezne količine oksida za stabilizacijo površine in katalitično aktivne kovine, dispergirane v prevleki. Da bi zmanjšali porabo dragega pt in RH, povečali porabo cenejšega Pd in zmanjšali stroške katalizatorja, se v aktivacijsko prevleko pogosto uporabljenega ternarnega katalizatorja Pt-Pd-Rh običajno doda določena količina CeO2 in La2O3, da se tvori ternarni katalizator iz redkih zemelj in plemenitih kovin z odličnim katalitičnim učinkom. La2O3 (UG-LaO1) in CeO2 sta bila uporabljena kot promotorja za izboljšanje učinkovitosti katalizatorjev iz plemenitih kovin, ki jih podpira γ-Al2O3. Glede na raziskave je glavni mehanizem delovanja La2O3 v katalizatorjih iz plemenitih kovin naslednji:
1. Izboljšanje katalitične aktivnosti aktivnega premaza z dodatkom CeO2, da se delci plemenitih kovin ohranijo dispergirani v aktivnem premazu, s čimer se prepreči zmanjšanje katalitičnih mrežnih točk in poškodba aktivnosti zaradi sintranja. Dodatek CeO2(UG-CeO1) v Pt/γ-Al2O3 lahko dispergira na γ-Al2O3 v eni plasti (največja količina disperzije v eni plasti je 0,035 g CeO2/g γ-Al2O3), kar spremeni površinske lastnosti γ-Al2O3 in izboljša stopnjo disperzije Pt. Ko je vsebnost CeO2 enaka ali blizu praga disperzije, doseže stopnja disperzije Pt najvišjo. Prag disperzije CeO2 je najboljši odmerek CeO2. V oksidacijski atmosferi nad 600 ℃ Rh izgubi svojo aktivacijo zaradi nastanka trdne raztopine med Rh2O3 in Al2O3. Prisotnost CeO2 bo oslabila reakcijo med Rh in Al2O3 ter ohranila aktivacijo Rh. La2O3(UG-LaO1) lahko prepreči tudi rast ultrafinih delcev Pt. Z dodajanjem CeO2 in La2O3(UG-LaO1) k Pd/γ2al2o3 je bilo ugotovljeno, da dodatek CeO2 spodbuja disperzijo Pd na nosilcu in povzroča sinergistično redukcijo. Visoka disperzija Pd in njegova interakcija s CeO2 na Pd/γ2Al2O3 sta ključ do visoke aktivnosti katalizatorja.
2. Samodejno prilagojeno razmerje zrak-gorivo (aπ f) Ko se začetna temperatura avtomobila dvigne ali ko se spremeni način vožnje in hitrost, se spremenita pretok izpušnih plinov in sestava izpušnih plinov, zaradi česar se delovni pogoji katalizatorja za čiščenje izpušnih plinov avtomobila nenehno spreminjajo in vplivajo na njegovo katalitično delovanje. Razmerje π goriva in zraka je treba prilagoditi stehiometričnemu razmerju 1415~1416, da lahko katalizator v celoti izkoristi svojo čistilno funkcijo. CeO2 je oksid s spremenljivo valenco (Ce4 + ΠCe3+), ki ima lastnosti polprevodnika tipa N in odlično sposobnost shranjevanja in sproščanja kisika. Ko se razmerje A π F spremeni, ima CeO2 odlično vlogo pri dinamičnem prilagajanju razmerja zrak-gorivo. To pomeni, da se O2 sprošča, ko je goriva preveč, da pomaga pri oksidaciji CO in ogljikovodikov; v primeru presežka zraka ima CeO2-x redukcijsko vlogo in reagira z NOx, da odstrani NOx iz izpušnih plinov in dobi CeO2.
3. Učinek kokatalizatorja Ko je mešanica aπ f v stehiometričnem razmerju, lahko poleg oksidacijske reakcije H2, CO, HC in redukcijske reakcije NOx, CeO2 kot kokatalizator pospeši tudi migracijo vodnega plina in reakcijo parnega reformiranja ter zmanjša vsebnost CO in HC. La2O3 lahko izboljša stopnjo pretvorbe pri reakciji migracije vodnega plina in reakciji parnega reformiranja ogljikovodikov. Nastali vodik je koristen za redukcijo NOx. Z dodajanjem La2O3 k Pd/CeO2-γ-Al2O3 za razgradnjo metanola je bilo ugotovljeno, da dodatek La2O3 zavira nastanek stranskega produkta dimetil etra in izboljšuje katalitično aktivnost katalizatorja. Ko je vsebnost La2O3 10 %, ima katalizator dobro aktivnost in pretvorba metanola doseže maksimum (približno 91,4 %). To kaže, da ima La2O3 dobro disperzijo na nosilcu γ-Al2O3. Poleg tega je spodbudil disperzijo CeO2 na nosilcu γ2Al2O3 in zmanjšanje količine kisika v razsutem stanju, dodatno izboljšal disperzijo Pd in dodatno okrepil interakcijo med Pd in CeO2, s čimer se je izboljšala katalitična aktivnost katalizatorja za razgradnjo metanola.
Glede na značilnosti trenutnega varstva okolja in novih procesov izrabe energije bi morala Kitajska razviti visokozmogljive katalitične materiale za redke zemelj z neodvisnimi pravicami intelektualne lastnine, doseči učinkovito izrabo virov redkih zemelj, spodbujati tehnološke inovacije katalitičnih materialov za redke zemelj in doseči skokovit razvoj sorodnih visokotehnoloških industrijskih grozdov, kot so redke zemeljne, okolje in nova energija.
Trenutno podjetje dobavlja izdelke, kot so nano cirkonijev oksid, nano titanov oksid, nano aluminijev oksid, nano aluminijev hidroksid, nano cinkov oksid, nano silicijev oksid, nano magnezijev oksid, nano magnezijev hidroksid, nano bakrov oksid, nano itrijev oksid, nano cerijev oksid, nano lantanov oksid, nano volframov trioksid, nano feroželezov oksid, nano antibakterijsko sredstvo in grafen. Kakovost izdelka je stabilna in ga večnacionalna podjetja kupujejo v serijah.
Tel.: 86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com
Čas objave: 4. julij 2022