稀土催化材料的制备及应用

稀土催化材料的制备及应用
稀土催化材料的制备及应用

存档编号

赣南师范学院学士学位论文

稀土催化材料的制备及

应用

教学学院物理与电子信息学院

届别 2012届

专业物理学

学号 080800046

姓名周建平

指导教师张宪科

完成日期 2012年5月

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

Abstract (1)

Key words (1)

1引言 (2)

2 稀土催化材料的种 (2)

3 稀土催化催化材料的制备 (3)

3.1 机械混合法 (4)

3.2 共沉淀法 (4)

3.3 溶胶-凝胶法 (6)

3.4 微乳液法 (7)

3.5 水热合成法 (8)

3.6 几种制备方法的比较 (8)

4稀土催化材料的应用 (9)

4.1 汽车尾气净化 (9)

4.2 在工业废气、人居环境净化中的应用 (11)

4.3催化燃烧 (14)

4.4 燃料电池 (17)

4.5 石油化工催化剂 (17)

5 前景展望 (18)

参考文献 (20)

致谢 (23)

摘要:轻稀土元素由于其独特的4f电子层结构, 使其在化学反应过程中表现出良好的助催化性能与功效。本文主要综述了几种主要稀土催化材料的性能、特点以及制备方法,对稀土催化材料在涉及能源、环境保护和其他领域中几个重要过程中的应用和发展现状进行评述,并就稀土催化材料研究中存在的问题和稀土催化材料的发展进行了思考和展望。

关键词:稀土催化材料钙钛矿分子筛铈基

Abstract:The light rare-earth elements due to their unique 4f electron shell structure, in the chemical reaction process show good performance and effectiveness of catalysis. This paper reviews the performance of several rare-earth catalytic materials, characteristics and preparation methods. The rare-earth catalytic materials is also reviewed in relation to the application and development status of several important process in the energy, environmental protection and other areas, and the problems in rare-earth catalytic materials’study and the development of rare-earth catalytic materials are thought and outlooked.

Key words:Rare-earth Catalytic Materials Perovskite Molecular sieve Cerium-based

1 引言

我国是稀土大国,稀土的储量和产量均为世界第一,但我国的稀土消费量只占世界总量的约1/4,可见我国主要以稀土原料出口,是世界上最大的稀土原料供应国。同时我国还存在稀土利用的不平衡,随着我国稀土永磁、冶金、荧光粉等产量的增加,中重稀土和钕的消费量大幅增加,导致高丰度的元素铈、镧等大量积压。镧、铈等轻稀土目前的主要应用领域是用作催化材料。美国稀土催化材料约占稀土总用量的57. 6%,而我国稀土在催化材料中的用量只有8. 5% 左右( 国内统计为17%) [ 1、2]。因此,围绕国家能源结构调整、整治大气污染和稀土资源高效利用的重大需求,开展稀土催化材料制备科学及应用基础研究,对于解决我国稀土材料供需严重失衡,实现稀土资源全面和高效利用,推进新能源的利用和环境保护技术的科学进步具有重大的科学和社会意义。

稀土元素具有未充满电子的4f 轨道和镧系收缩等特征,表现出独特化学性能,作为催化剂,已在许多重要的化学过程中得到广泛应用。到目前为止,稀土催化材料已在机动车尾气净化、石油化工、燃料电池、催化燃烧以及石油化工催化等诸多能源环境领域得到研发和应用。

本文主要综述了几种主要稀土催化材料的性能、特点以及制备方法,对稀土催化材料在涉及能源、环境保护和其他领域中几个重要过程中的应用和发展现状进行评述,并就稀土催化材料研究中存在的问题和稀土催化材料的发展进行了思考和展望。

2 稀土催化材料的种类

研究发现,轻稀土元素由于其独特的4f电子层结构,使其在化学反应过程中表现出良好的助催化性能与功效。因此,将轻稀土用作催

化材料是一条很好的稀土资源综合利用出路。催化剂是一种能够加速化学反应,且在反应前后自身不被消耗的物质,加强稀土催化的基础研究既提高生产效率,又节约资源和能源,减少环境污染,符合可持续发展的战略方向。

目前,能够在工业中获得应用的稀土催化材料主要有3类,包括分子筛稀土催化材料、稀土钙钛矿催化材料、以及铈锆固溶体催化材料等。其中分子筛稀土催化材料又可细分为中孔、微孔、介孔、以及纳孔稀土催化材料等几大类,且目前主要用于炼油催化剂。稀土钙钛矿催化材料[3]由于其制备简单、耐高温、抗中毒等性能优越,目前主要用作环保催化剂,也广泛用于光催化分解水制氢、以及石油化工行业的碳氢化合物重整反应等方面。目前已开发并应用的主要有钙钛矿型稀土复合氧化物催化剂、以及掺杂微量贵金属的稀土钙钛矿型催化剂等[4~7]。铈锆固溶体催化材料是应汽车尾气净化市场的需求发展起来的一种稀土催化材料。早期主要利用铈的储氧性能来调节汽车尾气中的氧化还原反应。后来发现单一的铈储氧材料其持久性耐高温性能并不能满足日益发展的汽车尾气催化剂的寿命要求,而添加一些锆可明显改善储氧材料的抗高温性能,从而改善催化剂的耐久性。目前,铈锆固溶体催化材料不仅用于石油化工领域的各种催化过程,也广泛用于汽车尾气净化、以及其它环保领域。

3 稀土催化材料的制备

稀土催化材料作为一种研究和应用前景非常好的材料,不同的材料有不同的制备方法,各种材料的制备方法也很多。下面介绍几种主要稀土催化材料的制备方法,以及各种制备方法的优缺点。

大量研究结果表明,金属复合氧化物的物理化学性质除了与金属

元素种类有关外,还与其粒子形貌、粒径尺寸及其分布、晶体结构、缺陷性质及其密度等有关,而这些影响因素又与它们的制备方法紧密相关。因此,通过筛选金属复合氧化物的制备方法,可以“剪裁”这类材料的物化性质,从而达到能满足某些特定功能与特定用途之目的。在众多金属复合氧化物中,钙钛矿型氧化物(ABO3)即为其中的一种。许多钙钛矿型化合物具有光、热、电、磁等物理特性和活化吸附分子、氧化还原等化学特性,因而已被广泛用作固体电解质、传感器、高温加热材料、固体电阻器、固体燃料电池以及催化剂等,成为固态物理、材料化学和催化化学等领域的研究热点[8]。

图1钙钛矿型氧化物ABO3晶体结构示意图[8]

关于稀土催化剂超微粉体的常规制备方法主要有:机械混合法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶法以及微乳液法等等。由于制备机理和工艺条件的不同,不同制备方法可以得到表面性能和结构差异很大的催化剂粉末。

3.1 机械混合法[3]

机械混合法属于固相法的一种,其通常做法是按化合物组成计量比例投入相应的氧化物,或者将对应的硝酸盐溶解后蒸干并保持在300℃以上温度充分分解,所得混合物加入溶剂在球磨机中研磨。将研磨液移出经干燥处理后经高温煅烧即得样品。机械混合法制备粉体过程简单,但需要较高的温度。由于合成温度较高,导致生成的中间化合物迅速生长,晶粒粗化而失去继续反应的活性,使得机械混合法制得的催化剂粉体的比表面积较小,且多混有杂相。

针对机械混合法工艺的烧结温度过高、所制备催化剂粉体的比表面积小、催化活性提高受限等缺陷,近年来在传统机械混合法的基础上又发展起一种低反应温度的固相粉体合成方法—反应球磨法( reactive grinding)。高能球磨法可在常温下进行,即使考虑球磨过程中球磨介质的摩擦碰撞导致的局部升温,固相反应也仅只在180℃~300℃温度范围内就已经完成。这主要由于粉末在钢球的挤压、剪切作用下,粉末变形—破碎的过程反复进行,导致反应组元以新鲜原子接触,且接触距离很短,甚至可达至晶格常数的量级,使这些原子反应所需的扩散距离缩短,从而降低反应温度[9]。反应温度的大大降低,使得粉体不会由于晶粒长大而导致比表面积降低,因此用此法制备的催化剂粉末具有大的比表面积和独特的表面特性[10]。同时球磨可以使晶体产生大量缺陷,有利于催化剂的性能提高。

3.2 共沉淀法[11]

通过使溶液中已经均匀混合的各个组分按化学计量比共同沉淀前驱物,再把它煅烧分解制备出超细粉体。相对于机械混合法而言,有烧结温度较低和烧结时间较短等优点,所制备的钙钛矿粉末具有较高

的比表面积和反应活性。但是,由沉淀剂带入的杂质离子容易残留在母体中,对催化剂的催化活性会造成一定的影响;此法在对粉体比表面积和催化性能的提高方面存在一定的局限;在沉淀物烘干过程中易发生硬团聚现象。白雪等[12]用Na2CO3·10H2O和NaOH混合碱为沉淀剂制得了钙钛矿型结构的La1- x A x CoO3(A:Sr,Ba,Dy,Y;X:0,0.1,0.2)复合氧化物。

3.3 溶胶-凝胶法[3]

该法也是液相法的一种,是通过前驱体的水解(或醇解)或者离子的络合,使反应物达到分子水平的分散,而且整个过程中除了有机成分外并未引入新的不易除去的金属离子。溶胶-凝胶法是一种尽可能多地保存原溶液均匀性的分离固体基质的方法,所制备的产物具有粒径小、均匀性好、纯度高以及反应过程易于控制等特点,但是不容易得到理想的质量比的物质,而且常常出现杂相。

溶胶凝胶法通过前驱体的水解(或醇解)或者离子的络合,使反应物达到分子水平的分散;而且整个过程中除了有机成分外并未引入新的不易除去的金属离子。因此与前面几种制备方法相比,溶胶凝胶法具有产品纯度高、粒度均匀细小、烧结温度低、反应过程易于控制等特点。

尽管溶胶凝胶法有众多其他方法不可替代的优点,但由于烧结过程中的有机物分解和最终结构形成等方面因素,溶胶凝胶法制备稀土催化剂粉体工艺需要较长的烧结时间。在同样的烧结温度下,共沉淀法仅需2小时,而溶胶凝胶法需要4小时才能保证钙钛矿的充分形成。另一方面,凝胶化和干燥过程蒸发大量溶剂所带来的高能耗限制了其在工业上的发展。不过近年来,超临界流体干燥、冷冻干燥以及微波

干燥等干燥技术的发展,又重新使这一方法获得推广。

3.4 微乳液法

微乳液是由两种互不相溶的液体形成的、热力学稳定的、各向同性的、外观半透明的分散体系。由于组织性、自复制性,因此又被称为智能微反应器。而且这样的稳定状态不会引起纳米颗粒不必要的“凝聚”。也正是这些特征,使得微乳液法制备的超微颗粒具微乳液属热力学稳定体系,在一定条件下胶束具有保持稳定小尺度的特性,即使破裂也能重新组合,这类似于生物细胞的一些功能如自有颗粒分散性好,粒度均匀以及表面活性高、可长期保存等诸多优点。相对于共沉淀法的直接混合和快速沉淀工艺而言,微乳液法中的反应物是以高度的分散状态供给。因此,有望从分子规模来控制颗粒的大小、形态、结构以及物性等,同时有效地防止了反应物的局部过饱和现象,从而使微粒的成核与长大过程能均匀进行。微乳液法制备的颗粒具有超细粒度和超高的比表面积。同时还发现,微乳液法制备的纳米钙钛矿型稀土催化剂具有比共沉淀法更优越的催化活性,如图2所示。

图2 不同制备方法下的La0.7Sr0.3Mn0.7Zn0.3O3+λ粉末催化活性[3]

但是,由于使胶粒与溶剂分离的过程需要高速离心或其他特殊的分离手段,造成了生产成本高、生产规模受限等一系列不足。从而影响了微乳液法在稀土催化剂工业生产上的推广和发展。

3.5 水热合成法

水热合成技术是一种在高温高压的过饱和水溶液中进行化学合成的方法。该法制得的粉体结晶度高、团聚少、烧结活性高,受到人们的广泛重视,是制备高比表面积催化剂的较好的一种方法。顾豪爽[13]采用水热合成技术,以钛酸四丁酯和三水醋酸铅为原料,NaOH 为矿化剂,合成了直径约12nm的钙钛矿结构钛酸铅纳米线。

3.6 几种制备方法的比较

综上,不同工艺的特点对比如表1所示。不难发现,机械混合法操作简单,成本低廉,但需要较高的烧结温度或球磨时间,且易出现杂相。相比之下,湿化学法能在较低烧结温度制备出高催化活性、大比表面积、均匀颗粒尺寸的纳米催化剂粉体。其中,共沉淀法由于其操作简便,能耗较低而成为大规模生产的首选方法,但易混入Na、K 等杂质离子而严重影响催化剂性能。溶胶凝胶和微乳液法则是从分子尺度上控制颗粒的大小、形态结构,因此容易克服通常的相平衡和动力学限制,从而有较低的烧结温度和较快的烧结速率,而且制备的纳米粒子具有高比表面积和高催化活性。但是,这两种方法成本较高而使其在工业生产上的应用受到一定的限制。目前干燥和固页分离技术的发展,大大提高了湿化学法的产品质量和生产效率。不过,分离设备的高成本以及生产规模的限制又成为目前面临的另一问题。总而言之,制备方法对稀土钙钛矿催化材料的性能影响是多方面的,既有合成机理上的因素,也有经济成本的限制。随着A、B位改性的多元钙钛

矿催化材料的发展,从材料设计和成分控制的角度,溶胶-凝胶法和微乳液法有较大优势,促使其在工艺优化和降低成本方面取得进展,从而扩大应用。

表1 钙钛矿催化剂超微粉体的制备方法比较[3]

制备方法固相反应法共沉淀法溶胶凝胶法微乳液法成本低、中中高高

目前发展状

态商业化商业化研究/开发:

商业化

研究/开发

成分控制差好、优优优

形态控制差一般一般好

粉末活性差好优优纯度﹥99.5% ﹥99.5% ﹥99.9% ﹥99.9% 煅烧温度﹥900℃﹥600℃﹥600℃﹥600℃研磨需要需要需要需要

4 稀土催化材料的应用

稀土催化材料由于其独特的物理特性和化学性能,在我们日常生活生产中已经得到广泛的应用,并且具有非常广阔的发展空间。

4.1 汽车尾气净化

4.1.1 应用前景

近年来,随着我国汽车产量及保有量一直呈高速增长势态。2007年,我国汽车产量平均增长率22.9%,2008年产量为1000万辆,2009年突破1300万辆,成为世界最大的生产国。2009年至2011年连续三年,我国汽车生产总量居世界第一。汽车的大量使用,使我国许多城市产

生了严重的大气污染。治理机动车的排气污染,主要依靠安装含催化剂的三元净化器。由于稀土催化材料可以扩大三效催化剂的操作窗口,提高净化效率和稳定性,在汽车尾气净化方面已获得广泛应用。在全球范围内,仅汽车尾气净化方面的稀土年消耗量可达115万吨REO。

目前国外广泛开发应用于汽车尾气净化的催化剂基本上是由铂(Pt),铑(Rh)等贵金属组成的。该催化剂虽具有活性高、净化效果好、寿命长等优点,但是造价也较高,尤其是Pt、Rh等受到资源限制。人们发现用稀土代替部分贵重金属制成的催化剂成本低,而且能获得满意的净化效果。稀土汽车尾气净化催化剂所用的稀土主要是以氧化铈、氧化镨和氧化镧的混合物为主,其中氧化铈是关键成份。由于氧化铈的氧化还原特性,有效地控制排放尾气的组分,能在还原气氛中供氧,或在氧化气氛中耗氧。二氧化铈还在贵金属气氛中起稳定作用,以保持催化剂较高的催化活性。所以开发稀土少贵金属的汽车尾气净化剂,是取稀土之长补贵金属贵属之短,生产出具有实用性的汽车尾气净化剂。其特点是价格低、热稳定性好、活性较高、使用寿命长,因此在汽车尾气净化领域备受青睐。

4.1.2 稀土在汽车尾气催化剂中的应用

稀土元素外层电子结构相似,稀土元素间的催化性能差别比较小,总的催化活性比不上外层电子结构的过渡元素及贵金属元素。在现行的实用工业催化剂中,稀土一般只用作助催化剂或催化剂中的一种活性组分,很少作为主体催化剂。作为贵金属催化剂的助剂,稀土能够提高和改变催化剂的性能,其助剂的作用远远大于传统意义上的碱金属或碱土金属元素。我国的机动车排放污染严重,然而我国贵金属贫乏而稀土资源丰富,因此稀土应用于机动车尾气处理在我国得到广泛的应用。稀土在机动车尾气净化催化剂中主要是具有储氧和催化作用,

将其加入催化剂活性成组中,能提高催化剂的抗铅、硫中毒性能和耐高温稳定性,并能改善催化剂的空燃比工作特性[14]。

目前,稀土用于汽车尾气净化方面包括在活性层中主要用作储氧材料、替代部分主催化剂以及作为催化助剂等。在分散层中主要用作改善C-Al2O3的高温稳定性。在载体中主要用于改善机械强度和热稳定性。另外,汽车的电子燃油喷射系统需要的氧传感器也是由含稀土的陶瓷材料制造的。

稀土金属已被广泛用于汽车尾气净化,尤其是铈的高储氧性能以及镧合适的碱性和较大的离子半径已被大量研究并应用。稀土催化材料极大提高了催化剂性能,然而,越来越严格的尾气排放标准不断被制定出来,且逐渐扩散至全球,我们应当充分挖掘稀土催化材料的潜能,最终达到零排放的终极目标。目前常规稀土材料净化催化剂已基本具备了向产业化转化的条件。对钙钛矿型以及铈锆固溶体的研究已经开展的很多,应用也有不少,但有关纳米级稀土材料应用于汽车尾气净化的报道则相对较少,其生产的产业化还没达到成熟阶段。我国是世界上稀土资源最丰富的国家,研究开发稀土纳米技术并将其应用于汽车尾气净化材料,具有广阔的应用前景,将会是今后研究的重点。

4.2 在工业废气、人居环境净化中的应用

4.2.1 应用现状

环境污染的控制与治理、是人类21世纪面临和亟待解决的重大课题。空气中超标的硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)、碳氢化物(HC)、挥发性有机物(VOCS)等有害气体绝对量大,治理困难,严重威胁着人类健康和环境。随着中国经济的快速发展和工业化程度的提高,目前在有机涂料、工业溶剂、粘合剂、制衣、制鞋以及许多与有机溶液

生产与使用的行业,工业有机废气的污染很严重。开发经济实用的工业源净化有毒有害污染物的控制技术,是解决此类问题的关键。国内外的实践证明,治理工业废气和室内空气净化,催化氧化技术是最有效的技术措施。中国尽管是化学品生产大国,但其中有95%以上的废气尚未治理。

在现代人的一生中,有60%的时间是在室内度过的。室内环境的优劣,对于人们身体健康、生活质量的影响越来越大,已引起了社会的广泛关注。据调查,室内新装修房间空气中的有机物浓度高于室外,甚至高于工业区,已鉴定出的挥发物有300多种,其中对人体有害,甚至致癌的就有多种[15]。治理大气污染,尤其是室内空气净化已迫在眉睫。室内空气污染具有污染物种类繁多、浓度低、自净性差等特点,因此室内空气净化要比工业废气的催化净化困难得多。

稀土催化材料由于其良好的催化性能,独特的低温活性,优越的抗中毒能力,在有机废气治理方面已显示出越来越优越的开发应用前景。其中稀土复合中孔催化材料具有比表面积大、孔径分布合适、结构稳定等特点,已经成为工业有机废气净化中最有前景的催化材料之一。此外,通过纳米水平的设计,开发出先进的稀土催化材料,可以在贵金属用量降低90%的情况下,仍然保证催化净化效率提高1倍[15]。同时稀土具有复杂的能级结构和光谱特性,对纳米TiO2进行掺杂改性,可有效提高光催化的效率,是最具希望解决可见光利用率的技术之一。自20世纪90年代起,随着二氧化钛半导体环境光催化技术的研究,人们利用二氧化钛在常温下具备的深度光催化氧化有机污染物及光照灭菌和自清洁等功能,逐步将其应用到空气净化、卫生保健、废水处理等环保领域中,开发出了诸如光催化空气净化器、自清洁抗菌卫生瓷砖等多用途的TiO2光催化产品。研究表明,在可见光下,利用纳米TiO2

的光催化与稀土催化材料的低温催化氧化复合,被认为是最有希望、可大规模应用于人居环境净化的有效方法,受到了各国政府的高度重视和科学界的极力推崇[16]。

随着中国工业化的迅速发展和人们生活水平的提高,大气污染和室内环境污染对人体健康形成严重威胁。因此,工业有机废气的催化治理技术,以及室内空气净化是近年来稀土催化研究最为活跃的领域之一。目前利用稀土催化技术治理工业废气和人居环境净化的工作,主要集中在挥发性有机废气治理、烟气脱硫脱氮、光催化空气净化和焦化污水催化净化等方面。

4.2.2 应用前景

稀土催化材料在工业废气治理与人居环境净化中的地位越来越重要。稀土催化材料由于其独特的催化氧化性质,已显示出越来越明显的开发应用前景。未来的研究与发展将主要集中在以下几个方面[15]:(1)将稀土催化材料用于工业有机废气污染治理和人居环境净化,是推动稀土催化应用的动力之一。

(2)等离子体辅助的催化技术,可以显著改善低温活性,将是一个新的研究热点。

(3)分子结合技术是目前空气净化领域最为先进的技术,已达到产品市场化要求,且经过净化的产物是CO2和H2O与活性炭相比环保效果更为突出。

(4)掺杂稀土的ABO3钙钛矿复合氧化物,以及以TiO2为基础的复合氧化物,作为一种新型光催化材料应用在环境净化方面,今后的发展方向是努力降低成本,提高光催化剂活性,尽量多利用太阳光,扩大降解范围。

(5)空气污染对气候条件影响较大。可通过对典型生态系统主要

温室气体,如CO2、CH4、CO、NO X等变化的监测,为有害气体净化提供分析,以提高净化效果。

4.3 催化燃烧

4.3.1 现状

近几年来,催化燃烧技术在国内外得到科学界的普遍关注和重点研究,催化燃烧技术的发展已经进入了实用阶段。在欧洲催化燃烧技术广泛应用于工业加热及燃气取暖领域,在日本催化燃烧技术也广泛应用于废气净化及民用燃具等行业,而在我国催化燃烧技术目前只在废气净化领域的应用取得了一定成效。众所周知,我国是一个能源消耗大国,也是一个能源非常紧缺的国家,那么催化燃烧技术在能源工业上的应用优势就会更加明显。

4.3.2 特点

在20年之内,煤和石油在我国能源结构中仍将占主导地位。传统的燃烧方式燃烧温度高,超过1500℃,在这个温度下燃烧很容易产生氮氧化物,增加全球温室效应。另外,燃烧效率低,噪音高,且一些廉价燃料不能广泛应用。

稀土催化燃烧技术是以高性能稀土催化材料为基础的一种新型燃烧技术。稀土催化燃烧是实现燃料在催化剂表面进行完全氧化反应。在稀土催化燃烧反应过程中,反应物在高性能燃烧催化剂表面形成低能量的表面自由基,生成振动激发态产物,并以红外辐射方式释放出能量,避免了可见光部分的能量损失;在反应完全进行的同时,又通过燃烧催化剂的高选择性来有效地抑制生成有毒有害物质的副反应发生。利用催化燃烧技术可改变燃烧方式,提高燃烧效率,降低燃烧温度,减少NOx的形成,且燃烧过程中噪音低,廉价燃料也可大量应用,

具有高效节能、环境友好等优点,是燃烧技术的未来发展方向[17]。利用催化燃烧技术可提高热效率64%,燃烧效率99.5%,节能效果达15%以上。因此,稀土催化燃烧技术具有高效节能和不污染环境的双重优点,催化燃烧技术在天然气发电、工业热源和民用等方面有巨大的发展潜力。

4.3.3 稀土在燃烧催化剂中的作用

常用的燃烧催化剂一般有贵金属催化剂、金属氧化物催化剂和贵金属-过渡金属氧化物催化剂[18]。

贵金属催化剂具有低温高活性和起燃温度低的特点,对S的抗毒性也强于金属氧化物催化剂[19]。在工业中常用的贵金属催化剂有Pt、Pd等,贵金属材料虽然有好的低温催化活性,但由于其受到活性组分分散度、催化剂的脱附和耐热性等因素的影响,以及昂贵的价格和我国资源的有限性,决定其难以实现产业化。常用的金属氧化物催化剂有钙钛矿ABO3型结构或尖晶石AB2O4型结构的复合氧化物。金属氧化物催化剂对酮、醛、醇、酯、胺或酰胺等有机物的催化活性与贵金属催化剂相近,甚至超过贵金属催化剂。我国主要研制的是以稀土氧化物为主含贵金属的催化剂,在我国稀土氧化物资源丰富,价格低,有良好的耐热性、机械强度和抗S、P中毒能力,但总的来说,其活性、选择性比贵金属催化剂差。

虽然在过去的几十年里,稀土元素被广泛地应用于化工和环境的催化剂中,且研究发现,将镧、铈、钕等稀土元素与铂、钯、铑等贵金属组合使用,可以提高燃烧催化剂的许多性能,但是由于经济与资源的因素,目前研究目标是开发非贵金属燃烧催化剂,特别是过渡金属氧化物,如CuO作为催化剂的活性组分,掺入稀土金属氧化物,如氧化铈,CeO2具有良好的可还原性和储氧能力,并能提高CuO在催化剂

中的分散性,从而增进催化剂的催化活性、热稳定性和抗烧结能力[20]。现在稀土复合氧化物作为一种催化材料,它在许多领域,尤其在环境保护中有着广泛的应用,稀土复合氧化物的加入可以大大提高催化材料的活性、使用寿命和耐热稳定性。总的看来稀土型燃烧催化剂具有价格便宜、原料易得、工艺稳定、净化效果好、使用寿命长等优点,在催化燃烧中有一定的应用前景。发展稀土催化剂,开发研究国际先进的催化燃烧技术,改善我国传统的燃烧方式是符合我国国情和发展道路的。通过多年来国内外有关稀土氧化物催化剂结构和性能的研究,一般认为稀土(复合)氧化物在燃烧催化剂中作为助催化剂、稳定剂和分散剂,其主要有以下几个方面的作用:(1)易形成表面空位以及缺陷以提高储放氧能力;(2)影响其它(金属)活性相的分散与结构;(3)提高催化剂的耐热性能[21]。

4.3.4 主要应用

稀土催化燃烧可分为低温催化燃烧(﹤6000℃)、中温催化燃烧(6000-10000℃)和高温催化燃烧(﹥10000℃)。低温催化燃烧主要分别应用于废气净化、低温干燥。中温催化燃烧主要应用家用燃气具、室内室外供热取暖。而高温催化燃烧则适用于飞机发动机、天然气发电、工业锅炉、高温炉窑等燃烧领域[21]。

目前,用于催化燃烧的主要是稀土催化材料,具有价格便宜、原料易得、耐高温性能好等优势。特别是利用分子组装技术制备稀土催化材料,使稀土及其活性组分在高温下具有较好的稳定性,是促进催化燃烧的发展方向。其中稀土基钙钛矿、六铝酸盐等稀土复合氧化物在天然气高温催化燃烧应用方面更具有良好的发展前景[22]。

我国是一个稀土大国,稀土资源丰富,开发研究国际先进的高温催化燃烧技术,既可带动稀土工业的发展,又可改善我国传统的燃烧

方式,对合理利用资源,保护环境,实现社会的可持续发展具有战略意义。

4.4 燃料电池

燃料电池能量转化效率高,污染物超低或零排放,是21世纪高效、低污染的绿色能源。今后池技术可在大型电站、新型分布式电站等方面形成庞大的市场。

燃料电池可分为低温燃料电池、中温燃料电池和高温燃料电池等几大类。其中稀土主要用于高温燃料电池。特别是在固体氧化物燃料电池中,从正极材料、负极材料、固体电解质材料、到连接件,全都离不开稀土成分。稀土氧化物具有良好的离子和电子导电性,对改善固体氧化物燃料电池的性能有着无法取代的作用。通过选择合适的氧化物组成,可提高电极材料的离子导电率,降低氧还原的活化能。通过研究组成、结构与导电性的关系以及掺杂离子的形态,来设计、合成新型结构的复合稀土氧化物,获得高电催化活性和高电导率的稀土电极材料,是固体氧化物燃料电池目前的研究热点[23]。

4.5 石油化工催化剂

分子筛具有大比表面积、发达的孔道结构、酸性、择型性等,而被广泛应用于催化裂化、加氢裂化、异构化、芳构化、烷基化、脱蜡等过程,产生了巨大的经济和社会效益。催化裂化是石油加工的重要过程,在国外1/3 以上的汽油来自催化裂化,我国成品汽油的80%和成品柴油的35%均来自催化裂化从20世纪60年代初开始,以分子筛催化剂代替无定型硅铝催化剂作为裂化催化剂被誉为“炼油工业的技术革命”[24]。稀土元素作为一个重要组分被引入到裂化催化剂后能显著提高催化剂的活性和稳定性,大幅度提高原料油裂化转化率,增加

汽油和柴油的产率。同时,稀土-分子筛催化剂体系还具有原油处理量大、轻质油收率高、生焦率低、催化剂损耗低、选择性好等优点[25]。

在分子筛中引进稀土可以调节催化剂的酸性和孔径分布。根据RE3+的种类、交换量和引入方式的不同,可对分子筛的酸中心数目、强度分布等进行调节,从而调变催化剂的性能。为了进一步改善环境质量,我国制定了“车用汽油有害物质控制标准”。该标准要求汽油中烯烃不大于35%,芳烃不大于40%,硫含量不大于800×10-4%。但与世界燃油规范相比还有很大的差距,主要表现为汽油中的烯烃和硫含量高。烯烃的存在易造成发动机进气阀和喷嘴结焦,特别是进入大气后易形成臭氧,产生光化学烟雾,直接影响人们的身体健康。同时汽油中硫燃烧后形成的SOx是尾气净化催化剂[26]。

据统计,世界上公布的催化裂化催化剂牌号超过300个,我国也相继开发成功了系列FCC催化剂。如以高岭土为基质的稀土Y型分子筛(REY),具有较好的催化裂化性能、高的汽油收率和低的干气和焦炭产率;具有高的活性和抗重金属能力的稀土氢Y(REHY)分子筛;USY和REHY等多组分复合分子筛催化剂(如Orbit系列催化剂)等。稀土作为重要的组成部分,都发挥着不可替代的作用[27]。

5 前景展望

从稀土催化材料的应用领域及应用现状出发,目前稀土催化材料的几个发展趋势是主要集中在:(1)提高催化剂的耐久性,特别是通过研究稀土纳米材料、稀土-(贵)金属复合材料等,提高抗中毒能力和高温热稳定性;(2)降低催化剂的成本,特别是制备新工艺和新装备的开发;(3)改进催化剂的性能,特别是低起燃温度、高转化率、宽工作窗口;(4)稀土催化材料的可控制备,尤其是孔分布与颗粒形

稀土催化剂研究进展

稀土催化剂研究进展 摘要 稀土催化材料的研究和发展为La 和Ce 等高丰度轻稀土元素的高质、高效利用提供了有效的途径。稀土元素具有未充满电子的4f轨道和镧系收缩等特征, 作为催化剂的活性组分或载体使用时表现出独特的催化性能。 本文介绍了稀土催化材料在石油化工,化石燃料催化燃烧、机动车尾气的催化净化,有毒有害废气的治理、固体氧化物燃料电池及移动制氢、稀土催化理论研究等方面的应用和研究现状,并就稀土催化材料研究中存在的问题和稀土催化材料的发展进行了思考和展望。关键词:稀土,催化,环境

THE RESEARCH PROGRESS OF RARE EARCH CATALYST ABSTRACT The research and development of rare earth catalytic materials for light rare earth element provides an efficient way. Rare earth elements is not full of electronic 4f tracks and have characteristics of lanthanide contraction. They shows unique catalytic properties when used as active component of catalyst or carrier. Rare earth catalytic materials in petrochemical industry has been introduced in this paper, such as: the fossil fuel catalytic combustion, motor vehicle tail gas purification, the management of the poisonous and harmful waste gas, solid oxide fuel cell and mobile hydrogen production, rare earth catalyst application and research status of theoretical research, etc. In this paper, the problems of rare earth catalytic materials and rare earths catalytic materials for the development of thinking and outlook. KEYWORDS: Rare earths, catalysis, environment

稀土金属的特性及其在钢铁中的作用

稀土金属的特性及其在钢铁中的作用殷都学刊 f, 稀三,午问.衔破lI (自然斟学版)1993年第3期 ].I 6一 稀土金属的特性及其在钢铁中的作用 田沂ji『 稀土金属(Re)的研究日益深入,稀土工业在迅速发展.我们应当对稀土的性质和在 钢铁中的作用有较多的认识. 1稀土金属的特性 稀土金属指钪,钇和1;个镧系元素.它们的原子结构有两个明显的特征:一是稀土原 子的价电子基本构型同为(n,1)dns.,有三个价电子.二是由于镧系收缩形成的稀土原 子相互间的原子半径,离子半径相差不大.这两个因素决定了稀土金属之间性质十分相 似,化学活性很强. 稀土金属单质多显银白色或灰色,有金属光泽,辩和钕显淡黄色.钪的 比重为3.】,钇 的比重为4.3.其余介于6—9之间.镧和铈柔软可塑与锡相似.钕和钐的硬度和铁相似,

稀土金属的熔点大致随着原子尺寸的减小而顿序增高.按La到cd到Lu的顺序由9000 到1700?逐渐增加. 稀土的化学活性很大,与许多元素反应,尤其与氧,硫反应最为强烈稀土金属在化合 物中多为三价,有些元素表现出三价或四价稀土元素以氧化物的形式存在于自然界,因 彼此性质相似成为分离稀土的难题.从化合物中分离稀土的方法一般有分步结晶法,分级 沉淀法,氧化还原法及离子交换法.有时根据性质和用途把稀土金属分为两个系列;一个 是从La到Eu,一个是从Gd到Lu.短系列开始的元素表现出较高化合价,短系列未端表 现出低出化合价.这正符合4f亚层上电子排布1—7成半充满状态,另一为8一】4到全充 满状态.半充满或全充满的状态表现出较稳定的低价性质.还依比重数值称作轻稀土金 属和重稀土金属.这均显示结构决定着性质的原则. 2稀土在钢铁中的作用 稀土在钢铁中应用很广,在稀土处理钢的品种方面已纳入标准,通过鉴正的品种达 40多个,我国经常生产的已有2O多种. 稀士处理的铸铁有球铁,蠕铁及灰铁三大类.我国还发展了一些中国特色的用作球化

稀土在石化催化剂中的应用

稀土在石化催化剂中的应用 (李才英,石油化工科学研究院,北京100083) 作者简介:炼油催化剂专家。1942年6月25日生。1964年毕业于北京理工大学。中石化石油化工科学研究院催化裂化催化剂研究室副主任、高级工程师。1972年开始从事沸石分子筛催化剂的研究,1983——1985年作为访问学者在英国帝国理工学院化学系进行沸石分子筛离子交换的研究。作为发明人之一,已经申请了20余篇专利。是自然科学突出贡献政府津贴获得者。 一、前言 石油炼制与化工是稀土应用的一个重要领域,也是使用并消耗稀土的大户之一。在石化工业中,催化技术占有极其重要的地位,稀土主要被用于制备含稀土的催化剂,应用在各种催化反应过程之中。 在石油炼制方面,由于我国的原油偏重,用蒸馏的方法只能得到约30%的轻质油。剩下的重质油可通过二次加工,进一步获得汽油和柴油等轻质油品。催化裂化是我国重油轻质化的重要二次加工手段,我国70%以上的汽油和30%以上的柴油均来自催化裂化。 催化裂化是烃类分子在酸性固体催化剂存在下进行催化反应的过程。自六十年代以来使用高活性的沸石分子筛裂化催化剂,稀土作为一个组分被引入到裂化催化剂中,从而,开创了稀土在裂化催化剂中应用的新局面。我国在七十年代也开发成功了稀土分子筛催化剂,并实现了工业规模的生产和使用。随着国民经济的发展,原油加工能力不断扩大,催化裂化的处理量已为原油加工能力的36%。裂化催化剂的产量,质量和品种也有了很大的发展,稀土在其中继续发挥着它的重要作用。本文将重点介绍近年来稀土在裂化催化剂中的应用情况,对于稀土在环保类型催化剂中我们所涉及的一些工作,也将作一简单介绍。 二、稀土在催化裂化催化剂中的应用 1.稀土可改善分子筛的稳定性和催化性能 目前,沸石分子筛是裂化催化剂中必不可少的活性组分。所用的合成分子筛, 及其它金属阳离子是一种结晶的铝硅酸钠,只有当其孔道中的钠离子被H+,NH+ 4 交换后,它才能呈现出固体酸性,具有催化作用。轻稀土(La、Ce、Pr…)离子为三价阳离子,对沸石分子筛有亲和力易于交换,且交换后的分子筛晶体结构稳定性好,活性高,对汽油的选择性好。因此,自1962年初次在工业上应用,很快

稀土在金属表面改性中的应用

应用技术 稀土在金属表面改性中的应用 李安敏,许伯藩 (武汉科技大学材料与冶金学院,湖北武汉430081) [摘要] 扼要总结了有关稀土在金属表面改性中的应用研究情况,分析了稀土在金属表面改性中的作用,并对其机理进行了初步探讨。 [关键词] 稀土元素;金属表面;表面改性 [中图分类号]TG113.2;TG146.4 [文献标识码]B [文章编号]1001-3660(2002)04-0040-03 The Application of R are E arth to the Surface Improvement of Metal Material LI An2min,XU Bo2fan (C ollege of Material&Metallurgy,Wuhan University of Science&T echnology,Wuhan430081,China) [Abstact] The effects of the rare-earth to the surface of metal material are reviewed,and s ome trend to research im proving the surface properties of metal material is introduced. [K eyw ords] Rare-earth element;Metal surface;Snrface im proverment 0 引言 由于稀土以其优良的性能,被广泛应用于冶金、电子、化工、医学等行业中,特别是在钢铁生产中,由于稀土的净化作用、变质作用、微合金化作用[1],改善铸锭冶金质量,提高钢材的性能,取得了显著效益。近年来,稀土逐渐被应用于金属表面改性工程(如化学热处理、激光表面改性、喷焊、堆焊等)中,也显示出稀土元素独特的改性作用,同时稀土在这些金属表面改性的行为及其改性机理需要材料工作者进一步研究,使稀土更好地发挥其在金属表面改性中的作用。 1 稀土在金属表面改性中的作用 由于稀土有上述的特点,材料科学工作者利用稀土的这些特点,将稀土应用于金属表面改性中,并取得了一定的成果。 1.1 稀土在化学热处理中的应用 稀土在化学热处理中的应用有以下4种方法:粉末法、盐浴法、熔盐电解法、气体法。孙轩华等用自制 的稀土硅和E NE催化剂对45钢进行了稀土覆层的研究,研究表面渗后试样表面为高硬度的白亮层,过渡层中先共稀铁素体消失,全部变为细球状珠光体,其硬度增至H V504。 王荣滨等[3]用(70%FeB+20%K BFe+10%RE)进行固硼稀土共渗,获得70~80μm的单相致密的Fe2B渗层,硬度可达H V2000~2100。王荣滨还用(70%NaB 4 O7+10%NaF+10%Na2O3+10%RE)进行盐浴硼稀土共渗,处理的Crl2钢制无缝钢管冷拔内、外模,可提高寿命10倍以上。 程先华[4]在化学热处理渗剂中添加微量稀土元素,研究其对工艺过程、渗层的组织和性能的影响以及其在生产中的应用,发现稀土元素在化学热处理中显示出优异催渗效果,与普通化学热处理相比,可使渗入速度提高20%~35%。 杨顺贞[5]研究发现稀土对低温固体B2C2N共渗与有催渗作用。王伟兰等[6]研究稀土对H13模具钢低温粉末渗硼的影响,发现加稀土渗硼仍具有比较明显的“滑化”效果,能够提高渗硼的耐磨性,合适的饿稀土加入量促进渗层趋向均匀,致密,并有一定的催渗作用。 [收稿日期]2002203202 [作者简介]李安敏(1973-),女,广西武鸣人,硕士,主要从事金属表面改性研究。 04Aug. 2002 SURFACE TECHN OLOG Y V ol.31 N O.4

稀土材料的应用简介

稀土矿的应用简介 一、稀土矿的简介 1、稀土的发现史 从1794年发现元素钇,到1945年在铀的裂变物质中获得钷,前后经过151年的时间,人们才将元素周期表中第三副族的钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥17个性质相近的元素全部找到,把它们列为一个家族,取名稀土元素。我国稀土品种全,17种元素除钷尚未发现天然矿物,其余16种稀土元素均已发现矿物、矿石。2、资源储量分布 我国稀土矿产主要集中在内蒙古白云鄂博铁-铌、稀土矿区,其稀土储量占全国稀土总储量的90%以上,是我国轻稀土主要生产基地。即轻稀土主要分布在北方地区,重稀土则主要分布在南方地区,尤其是在南岭地区分布可观的离子吸附型中稀土、重稀土矿,易采、易提取,已成为我国重要的中、重稀土生产基地。此外,在南方地区还有风化壳型和海滨沉积型砂矿,有的富含磷钇矿(重稀土矿物原料);在赣南一些脉钨矿床(如西华山、荡坪等)伴生磷钇矿、硅铍钇矿、钇萤石、氟碳钙钇矿、褐钇铌矿等重稀土矿物,在钨矿选冶过程中可综合回收,综合利用。 二、稀土的用途 稀土(RE)常被冠以“工业味精”的美誉。稀土元素因其具有独特的电子结构而表现出特殊的光、电、磁学等物理化学性质。无论是稀土金属还是其化合物都有良好的应用价值。1、传统领域中的稀土材料 (1)稀土在农轻工中的应用 稀土元素作为微量元素用于农业有2个优点:一是作为植物的生长、生理调节剂;二是稀土属低毒、非致癌物质,合理使用对人畜无害、环境无污染。如添加稀土元素的硝酸盐化合物作为微量元素化肥施用于农作物可起到生物化学酶或辅助酶的生物功效,具有增产效果。 纺织业中:铈组元素(Eu以前的镧系元素)的氯化物或醋酸盐可提高纺织品的耐水性,并使织物具有防腐、防蛀、防酸等性能。某些稀土化合物还可以作为皮革的着色剂或媒染剂,La、Ce、Nd的一些化合物可用作油漆的干燥剂,增强油漆的耐腐蚀性。 (2)稀土在冶炼工业中的应用 稀土元素对O、S和某些非金属具有强亲和力,利用这一特点,将稀土用于炼钢中能净化钢液,能起到脱S和脱O的作用,其原理是加入钢中的稀土能结合钢中可能生成的MnS、Al2O3和硅铝酸夹杂物中的O和S形成化合物。 钢的脱硫:在钢中添加混合稀土金属的目的之一是控制硫夹杂物的含量和形状。炼钢通常要添加锰,锰与硫结合形成硫化物夹杂物,这种夹杂物在轧钢时会变形。而添加混合稀土金属则能产生稀土的硫化物、硫氧化物,它们在轧钢时形状保持不变,使钢的性能得到改善。 稀土球墨铸铁:混合稀土金属以稀土硅铁合金或硅镁钛合金的形式加入铁不中促进石墨的球化,从而提高铸铁的可锻强度。产品称球墨铸铁。 打火石:混合稀土金属制造打火石,这是75%的混合稀土金属和25%的铁制成的一种合金。 有色金属合金中:稀土金属有色金属合金中也获得广泛应用。例如有一种稀土镁合金(含有Mg、Zn、Zr、La、Ce)可用于制造喷气式发动机的传动装置,直升飞机的变速箱,飞机的着陆轮和座舱罩。在镁合金中添加稀土金属优点是可提高其高温抗蠕变性,改善铸造性能和室温可焊性。有一种铝锆钇合金用作电线,其特点是输出功率高、耐热、耐振动和耐腐蚀。(3)稀土在炼油业中的应用 目前,世界上90%的炼油裂化装置都使用含稀土的催化剂,其中稀土分子筛型石油裂化

稀土在高分子材料中的应用

稀土在高分子材料中的应用 摘要:论述了稀土在高分子材料中的基本应用,如作为稳定剂、催化剂、补强剂、促进剂、偶联剂、颜料、催干剂及其特殊的功能性应用,如作为磁性剂、抗菌剂、阻燃剂、光能转化剂等。并展望了稀土在高分子材料中的应用前景。 关键词:高分子材料;稀土;应用 Application of Rare Earths in Polymeric Materials Lei Guo,Ge Hu Abstract:In this paper, the traditional applications of rare earth such as stabilizers, catalyzers,accelerants, coupling agents, and pigments as well as the functional applications such as magnetic agents,antimicrobial agents, fire retardants, and light energy converters in the polymeric materials wereintroduced. An outlook was given on the future application of rare earths in the polymeric materials. Key words:polymeric material; rare earth; application 1引言 稀土共17种元素,包括Sc、Y和镧系(从La到Lu)。稀土元素具有独特的4f电子结构,丰富的能级跃迁,大的原子磁矩,很强的自旋轨道耦合等特性。与其他元素形成稀土配合物时,配位数可在3~12间变化,使稀土化合物晶体结构多样化[1]。 这些特性赋予稀土元素及其化合物独特的光、电、磁、热等功能,在一些体系中加入少量的稀土化合物往往产生不同于原体系的性能,因而有“工业味精”之称,被认为是构筑信息时代新材料的宝库。稀土在轻工纺织和农林畜牧等各个领域以及有色冶金、石油化工、玻璃陶瓷、磁性材料等功能材料方面均取得了可喜的成绩。稀土在高分子材料中的应用是其应用研究的一个重要方面,涉及有机合成、精细化工、材料加工等领域。有关研究已显示稀土化合物在改进高分子材料加工和使用性能等方面具有独特的功效,并赋予高分子材料新的特殊功能[2]。本文系统论述了稀土在高分子材料中的应用。 2稀土在高分子材料中的基本应用 2.1稳定剂 稀土稳定剂的主要成分是镧和铈的有机或无机盐类。其主要品种是硬脂酸稀土及稀土盐和铅盐复合型稳定剂。

稀土催化材料的制备及应用

存档编号 赣南师范学院学士学位论文 稀土催化材料的制备及 应用 教学学院物理与电子信息学院 届别 2012届 专业物理学 学号 080800046 姓名周建平 指导教师张宪科 完成日期 2012年5月

目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 1引言 (2) 2 稀土催化材料的种 (2) 3 稀土催化催化材料的制备 (3) 3.1 机械混合法 (4) 3.2 共沉淀法 (4) 3.3 溶胶-凝胶法 (6) 3.4 微乳液法 (7) 3.5 水热合成法 (8) 3.6 几种制备方法的比较 (8) 4稀土催化材料的应用 (9) 4.1 汽车尾气净化 (9) 4.2 在工业废气、人居环境净化中的应用 (11) 4.3催化燃烧 (14) 4.4 燃料电池 (17) 4.5 石油化工催化剂 (17) 5 前景展望 (18) 参考文献 (20) 致谢 (23)

摘要:轻稀土元素由于其独特的4f电子层结构, 使其在化学反应过程中表现出良好的助催化性能与功效。本文主要综述了几种主要稀土催化材料的性能、特点以及制备方法,对稀土催化材料在涉及能源、环境保护和其他领域中几个重要过程中的应用和发展现状进行评述,并就稀土催化材料研究中存在的问题和稀土催化材料的发展进行了思考和展望。 关键词:稀土催化材料钙钛矿分子筛铈基 Abstract:The light rare-earth elements due to their unique 4f electron shell structure, in the chemical reaction process show good performance and effectiveness of catalysis. This paper reviews the performance of several rare-earth catalytic materials, characteristics and preparation methods. The rare-earth catalytic materials is also reviewed in relation to the application and development status of several important process in the energy, environmental protection and other areas, and the problems in rare-earth catalytic materials’study and the development of rare-earth catalytic materials are thought and outlooked. Key words:Rare-earth Catalytic Materials Perovskite Molecular sieve Cerium-based

浅谈稀土的应用现状与前景

浅谈稀土的应用现状与前景 12化本 120900017 贺惠苹 摘要:21世纪的发展使稀土工业面临着新的挑战。为了适应时代的脉搏,探索新的产品和用途,必须对各种形式的稀土产物的特性和可能产生的附加值进行广泛、深入的研究。我国有丰富的稀土资源,约占世界己探明储量的80%以上。我国是世界稀土资源大国,我国稀土资源的特点是储量大、类型多、品种全、质量好、开采成本低。除Pm外的16个稀土元素,在我国从南到北分布齐全。北方以包头矿为主,生产轻稀土;南方以江西、四川、湖南、广东等省为主,生产中、重稀土。目前已形成了良好的生产布局,产量稳居世界首位。因此,开发推广稀土应用对充分利用我国富有的稀土资源、推动稀土产业的发展,具有重要的社会意义。 关键字:稀土资源应用前景 引言:稀土在国民经济发展中发挥着愈来愈重要的作用,其作用并不在于其自身的价格,而在于它在其他领域的应用能产生其自身价值数十倍甚至上万倍的经济效益和社会效益。近年来稀土应用领域越来越广泛,新的应用不断出现。以我国为例,稀土应用已遍及国民经济的13个领域40多个行业,经济效益十分显著。另一方面,稀土在高新技术领域的应用前景十分广阔,是高新技术发展的战略材料。稀土元素因其特有的4f层电子结构,而具有很好的光、电、磁性质,成为光、电、磁等新型功能材料的核心。它还可以与其他元素组合成性能优异的功能材料,在新材料发展中起重要作用。稀土材料在高新技术领域中具有十分重要的战略地位,人们都在大力加强稀土新材料的研究和开发,竞争十分激烈。[1] 一稀土在钢铁冶金领域的应用 稀土元素由于其特殊的原子结构和活性,作为微量添加剂用于钢、铸铁、钦、铝、镍、钨、钥等材料中,能产生消除杂质、细化晶粒和改善组成的神奇功效,从而改进合金的机械、物理和加工性能,提高合金的热稳定性和耐腐蚀性。例如,稀土作为添加剂,可以净化钢液,改变钢中夹杂物的形态和分布,细化晶粒,改善钢的组织和性能.稀土在钢铁冶金中的应用是中国稀土的最大消费领域。特别是在铸铁中的应用很普遍,一直占最大的比例。稀土在钢中的用量占的比例相应小一些。稀土在铸铁中的作用主要是作为球化剂、蠕化剂和孕育剂使用;稀土处理的合金铸铁件亦有发展。稀土铸铁主要应用于冶金行业的轧辊、钢锭模,以及汽车和拖拉机行业的曲轴、汽缸体、变速箱、履带,机械行业的各种齿轮、凸轮轴、各种机座,建筑行业的各种口径的输水管线和暖气片等。目前存在的问题是,稀土铸铁的用量还不多,推广面应进一步扩大。在钢中的作用主要是脱硫、脱氧、细化晶粒、去除杂质等作用,从而改善钢的各项力学性能。[2] 二稀土在有色冶金中的应用 稀土金属具有很高的化学活性和较大的原子半径,因此,将其用于有色金属及合金中,一般都可以产生良好的效果,如细化晶粒、防止偏析、去气、除杂、净化和改善金相组织等作用,从而在一定程度上改善合金的力学性能、物理性能、

稀土永磁材料与应用

稀土永磁材料与应用 一、稀土永磁材料 稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属(如钴、铁等)组成的合金,用粉末冶金方法压型烧结,经磁场充磁后制得的一种磁性材料。 稀土永磁分钐钴(SmCo)永磁体和钕铁硼(NdFeB)系永磁体,其中SmCo磁体的磁能积在15~30MGOe之间,NdFeB系永磁体的磁能积在27~50MGOe之间,被称为“永磁王”,是目前磁性最高的永磁材料。钐钴永磁体,尽管其磁性能优异,但含有储量稀少的稀土金属钐和稀缺、昂贵的战略金属钴,因此,它的发展受到了很大限制。我国稀土永磁行业的发展始于60年代末,当时的主导产品是钐-钴永磁,目前钐-钴永磁体世界销售量为630吨,我国为90.5吨(包括SmCo磁粉),主要用于军工技术。 随着计算机、通讯等产业的发展,稀土永磁特别是NdFeB永磁产业得到了飞速发展。 稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料,它比十九世纪使用的磁钢的磁性能高100多倍,比铁氧体、铝镍钴性能优越得多,比昂贵的铂钴合金的磁性能还高一倍。由于稀土永磁材料的使用,不仅促进了永磁器件向小型化发展,提高了产品的性能,而且促使某些特殊器件的产生,所以稀土永磁材料一出现,立即引起各国的极大重视,发展极为迅速。我国研制生产的各种稀土永磁材料的性能已接

近或达到国际先进水平。 现在稀土永磁材料已成为电子技术通讯中的重要材料,用在人造卫星,雷达等方面的行波管、环行器中以及微型电机、微型录音机、航空仪器、电子手表、地震仪和其它一些电子仪器上。目前稀土永磁应用已渗透到汽车、家用电器、电子仪表、核磁共振成像仪、音响设备、微特电机、移动电话等方面。在医疗方面,运用稀土永磁材料进行“磁穴疗法”,使得疗效大为提高,从而促进了“磁穴疗法”的迅速推广。在应用稀土的各个领域中,稀土永磁材料是发展速度最快的一个。它不仅给稀土产业的发展带来巨大的推动力,也对许多相关产业产生相当深远的影响。 二、稀土永磁材料分类 1.稀土钴永磁材料,包括稀土钴(1-5型)永磁材料SmCo5和稀土钴(2-17型)永磁材料Sm2Co17两大类。 2.稀土钕永磁材料,NdFeB永磁材料。 3.稀土铁氮(RE-Fe-N系)或稀土铁碳(RE-Fe-C系)永磁材料。 三、稀土永磁材料制备工艺分类 1.粉末冶金烧结工艺制备的烧结磁体; 2.还原扩散制粉或氢碎处理粉末及粉末冶金烧结工艺制备的烧结磁体; 3.快速凝固制粉或氢碎制粉(HDDR),粉末模压粘结工艺制备的粘结磁体; 4.快速凝固制粉或氢碎(HDDR)粉末的注射工艺制备的注射磁

氧化铈在催化剂中的作用

稀土催化材料在汽车尾气净化中的作用 目前国外广泛开发应用于汽车尾气净化的催化剂基本上是由铂(Pt),铑(Rh)等贵金属组成的,目前, 普遍使用的铂铑基贵金属三元催化剂主要通过Pt 的氧化作用净化HC , CO , 通过Rh 的还原作用净化NO x 。该催化剂虽具有活性高、净化效果好、寿命长等优点,但是造价也较高,尤其是Pt、Rh等受到资源限制。为了缓解Pt特别是Rh的供应与需求之间的矛盾,广泛使用价格相对便宜的钯(Pd), 开发了Pt,Rh和Pd组成的催化剂以及钯催化剂。 人们发现用稀土代替部分贵重金属制成的催化剂成本低,而且能获得满意 的净化效果。 稀土汽车尾气净化催化剂所用的稀土主要是以氧化铈、氧化镨和氧化镧的混合物为主,其中氧化铈是关键成份。由于氧化铈的氧化还原特性,有效地控制排放尾气的组分,能在还原气氛中供氧,或在氧化气氛中耗氧。二氧化铈还在贵 金属气氛中起稳定作用,以保持催化剂较高的催化活性。所以开发稀土少贵金属的汽车尾气净化剂,是取稀土之长补贵金属贵属之短,生产出具有实用性的汽车尾气净化剂。其特点是价格低、热稳定性好、活性较高、使用寿命长,因此在汽车尾气净化领域备受青睐。 稀土元素外层电子结构相似,稀土元素间的催化性能差别比较小,总的催化活性比不上外层电子结构的过渡元素及贵金属元素。在现行的实用工业催化剂中,稀土一般只用作助催化剂或催化剂中的一种活性组分,很少作为主体催化剂。 作为贵金属催化剂的助剂,稀土能够提高和改变催化剂的性能,其助剂的作用远远大于传统意义上的碱金属或碱土金属元素。我国的机动车排放污染严重,然而我国贵金属贫乏而稀土资源丰富,因此稀土应用于机动车尾气处理在我困得到广泛的应用。 稀上在机动车尾气净化催化剂中主要是具有储氧和催化作用,将其加入催化剂活性成组中,能提高催化剂的抗铅、硫中毒性能和耐高温稳定性,并能改善催化剂的空燃比工作特性。 稀土在TWC中的应用 稀土氧化物特有的性质早已引起了国内外催化剂研究工作者的广泛关注,然而到目前为止稀上氧化物多用作催化剂载体和助剂。稀土在催化剂中的作用主要有以下几方面。 1.汽车尾气净化催化剂活性成分 汽车尾气中的主要有害成分为碳氧化合物(Hc)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO),在净化器中的化学反应包括氧化和还原反应。因此,需要找出一种能使氧化和还原两类反应同时进行的三元催化剂,使催化剂在汽车排气管内借助于排气温度和空气中氧的浓度,对尾气中的CO、HC和NO同时起氧化还原作用,使其转化成无害物质C02、H20和N2。Ce、La稀土催化活性的研究结果表明:Ce02的引入明显提高了CO和NO的催化转化活性。因此,可用稀土氧化物完全或部分代替贵 金属来担当催化剂的活性组分,催化还原Co、HC和No。 2提高催化剂的抗中毒能力

稀土催化材料种类用途及其生产现状与发展分析(精)

稀土催化材料种类用途及其生产现状与发展分析 稀土催化材料种类用途及其生产现状与发展分析 一、稀土催化材料的种类 众所周知,我国稀土矿以轻稀土组分为主,其中镧、铈等组分约占60%以上。随着我国稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土抛光粉、稀土在冶金工业中等应用领域逐年扩大,国内市场对中重稀土的需求量也快速增加。造成了高丰度的铈、镧、镨等轻稀土的大量积压,导致我国稀土资源的开采和应用之间存在着严重的不平衡。 研究发现,轻稀土元素由于其独特的4f电子层结构,使其在化学反应过程中表现出良好的助催化性能与功效。因此,将轻稀土用作催化材料是一条很好的稀土资源综合利用出路。 催化剂是一种能够加速化学反应,且在反应前后自身不被消耗的物质;加强稀土催化的基础研究既提高生产效率,又节约资源和能源,减少环境污染,符合可持续发展的战略方向。 到目前为止,能够在工业中获得应用的稀土催化材料主要有3类,包括分子筛稀土催化材料、稀土钙钛矿催化材料、以及铈锆固溶体催化材料等,见表1所示。其中分子筛稀土催化材料又可细分为中孔、微孔、介孔、以及纳孔稀土催化材料等几大类,且目前主要用于炼油催化剂。 稀土钙钛矿催化材料由于其制备简单、耐高温、抗中毒等性能优越,目前主要用作环保催化剂,也广泛用于光催化分解水制氢、以及石油化工行业的碳氢化合物重整反应等方面。目前已开发并应用的主要有钙钛矿型稀土复合氧化物催化剂、以及掺杂微量贵金属的稀土钙钛矿型催化剂等。 铈锆固溶体催化材料是应汽车尾气净化市场的需求发展起来的一种稀土催化材料。早期主要利用铈的储氧性能来调节汽车尾气中的氧化还原反应。后来发现单一的铈储氧材料其持久性耐高温性能并不能满足日益发展的汽车尾气催化剂的寿命要求,而添加一些锆可明显改善储氧材料的抗高温性能,从而改善催化剂的耐久性。目前,铈锆固溶体催化材料不仅用于石油化工领域的各种催 化过程,也广泛用于汽车尾气净化、以及其它环保领域。 与传统的贵金属催化剂相比,稀土催化材料在资源丰度、成本、制备工艺、以及性能等方面都具有较强的优势。目前不仅大量用于汽车尾气净化,还扩展到工业有机废气、室内空气净化、催化燃烧、以及燃料电池等领域。自20世纪90年代末以来,发达国家的环保催化剂市场一直以20%速度增长。因此,稀土催化材料在环保催化剂产品市场,特别是在有毒、有害气体的净化方面,具有巨大的应用市场和发展潜力。 二、汽车尾气净化 近年来,随着我国汽车产量及保有量一直呈高速增长势态。自2002年10月以来,我国汽车产量平均增长率超过37%。2002年产量为325万辆, 2003年已达440余万辆。预计2004年汽车产量将超过510万辆。继美国、日本、德国之后,中国2003年汽车产量已超过法国,已成为世界第四大汽车制造国。 汽车的大量使用,使我国许多城市产生了严重的大气污染。治理机动车的排气污染,主要依靠安装含催化剂的三元净化器。由于稀土催化材料可以扩大三效催化剂的操作窗口,提高净化效率和稳定性,在汽车尾气净化方面已获得广泛应用。在全球范围内,仅汽车尾气净化方面的稀土年消耗量可达1.5万吨

稀土在钢中的作用

稀土在钢中的应用 1 概况 稀土,系指元素周期表中第ⅢB族镧系元素以及与镧系元素在化学性质上相近的钪和钇,共计17种元素。是芬兰学者加多林(Johan Gado1in)在1794年发现的。当时在瑞典的矿石中发现了矿物组成类似“土”状物而存在的钇土,且又认为稀少,便定名为“稀有的土”(Baxe Earth)。此后,又陆续发现了与此同类的多种元素,总称为稀土。但后来研究发现,稀土在地壳中的丰度要比人们想象的多得多。如铈比锡多得多,钇也比铅多,即使丰度最少的稀土元素也比铂族元素多,说明稀土并不稀少。也不是“土”,全部是金属元素。 我国稀土资源丰富,为世界上其它任何一个国家所不及。现己探明的工业储量为3600万吨,约占全世界总量的80%,且品种繁多,分布集中。其中包头市白云鄂博矿山的储量就占了全国储量的95%以上。所以才有了“世界稀土在中国,中国稀土在包头”之说。现在包钢每年采出的稀土矿石量为230万吨-250万吨,这一部分矿石中多数稀土品位都比较高,能达到7.25%以上。经过几十年的研究开发,生产技术不断完善,生产规模不断扩大。现已形成了年产稀土精矿6万吨,稀土合金1.5万吨、湿法稀土产品折合氧化物5800吨的83个品种、195种规格的世界最大的稀土矿产品生产基地。 包钢虽然有很丰富的稀土资源,但在稀土处理钢的品种及处理效果等方面,与武钢、济钢、本钢等相比还有很大差距。如何把稀土的资源优势变成经济优势,还需进一步研究和开发。 2 稀土在钢中应用的现状 近几年来国内外的钢铁生产实践表明,钢经过稀土处理,可对钢的性能产生一系列的作用。现在我国用稀土处理钢有80多个品种,年产量达60万吨,预计2002年全国稀土钢产量达300万吨。包钢是稀土之乡,稀土处理钢也开发了一些,但只占包钢钢产量的0.5%。因此大力开发应用稀土资源,进行稀土钢的开发及应用研究,应提到日程上来。 包钢研究稀土在钢中的应用始于60年代。当时稀土当作灵丹妙药,认为无论放到哪种钢里都有作用,甚至提出过“以稀土代替镍、铬”的口号,到70年代中期,对稀土在钢中的应用出现了两种截然不同的见解,一种意见认为稀土在有些钢中作用很明显,应该继续进行试验研究;另一种意见则认为,稀土对含硫较高的钢有一些作用,但是随着生铁含硫量的降低,稀土这一作用将逐渐消失,因此稀土处理钢是没有前途的。到80年代后期,由事实证明,稀土确实有用,当然也不是万能的。钢中含有微量稀土元素,即可明显地优化铸坯质量,提高钢的

稀土在钢铁及有色金属中的应用充满希望

稀土在钢铁及有色金属中的应用充满希望 近年来,我国经济持续稳定、健康增长,同时带来的是对资源的需求亦日益迫切,我国已成为钢铁、材料需求大国。作为稀土资源丰富的国家,合理开发和利用稀土,进一步研究和探索稀土在钢铁及有色金属的应用,是十分必要和及时的。 稀土元素是典型的金属。在17个稀土元素中,按金属的活泼次序排列,由钪、钇、镧递增,由镧到镥递减,镧元素最活泼。稀土元素可以和氮、氢、碳、磷等发生反应。可广泛地应用到钢铁和有色金属中。 一、稀土在钢铁中的应用 1.稀土在钢中的应用 稀土真正应用于钢是在第二次世界大战期间,因战争而大量的需求,人们发现稀土元素加入钢中,可提高钢的性能。也就是在冶炼钢的时候,如果加入稀土元素的方法得当,比例合适,就会得到优质的碳素钢。尤其是不锈钢在稀土族元素的帮助下,不仅制造工艺简化了,而且不锈钢的抗氧化性也能明显提高和改善。也就是说,稀土改善钢的许多性能都是和稀土变质钢的凝固组织和夹杂物有关。 稀土元素的微合金化作用主要是由稀土原子在晶界上偏聚,与其它元素交互作用,引起晶界的结构,化学成分和能量的变化,并影响其他元素的扩散和新相的成核与长大,最终导致钢组织与性能的变化引起的。钢中稀土金属含量因不同钢种,不同冶炼方法和不同的稀土加入方法而有很大差异。在冶炼过程中,稀土可以与钢中磷、砷、锡、锑、铋、锆等低熔点有害元素相作用。形成熔点较高的化合物。也有抑制这些杂质和晶界上的偏折。 稀土加入钢液中生成球状稀土硫化物或硫氧化物,取代容易形成的长条状MnS 夹杂,使硫化物形状得到控制,提高了钢的热塑性,特别是横向冲击性,改善钢材的各向异性。稀土使棱角状高硬度的氧化铝转化为球状硫化物及铝酸稀土,有利于提高钢的抗疲劳性能。 通过热力学分析和研究表明:在钢铁中加入稀土可提高钢铁的强度、耐磨性和抗氧化等性能。 我国稀土在钢铁中应用始于20世纪60年代初,许多单位参与这项工作,在上百种钢号中进行“稀土(合金)钢”的开发试验研究工作,最后真正在工业上正式生产的钢号不足10个,如16Mn、601、603以及部分Fe-Cr-Ac系电热合金等。 经过“六五”、“七五”期间的联合攻关,由许多单位等参加的国家重点科技攻关项目“稀土在钢中应用研究”得到完成,钢中稀土加入方法研究取得成果的主要标志是:解决了钢中加稀土方法,克服了水口“结瘤”,稳定且提高了钢中稀土回归率,改善了钢坯或铸坯的低倍组织,也实现了稀土在钢坯或铸坯中的均匀分布。 我国稀土在钢中的应用已有30多年的历史,稀土处理钢的牌号近50个,主要分两类;第一是含Cu、P类的低合金钢,主要利用稀土改善钢的耐蚀性;第二是Mn、Nb、V、Ti稀土处理低合金钢,这类钢除利用稀土改善钢的耐腐蚀外,更主要利用改善钢的强度和耐磨性。 1980年我国稀土处理钢的产量仅为1.5万吨、1985年为11.2万吨,1990年达34万吨,1995年52.2万吨,2000年为77.9万吨,近几年的产量为:2001年为74.6万吨,2002年为83.1万吨,2003年为94.0万吨(历史最高)。

催化剂在环境保护中的重要应用

催化剂在环境保护中的重要应用 环境问题是人类不能回避的现实问题,如何消除、减轻或根除由于人类的生产活动而产生的一系列有害污染物质,是人类面临的一个重要课题。目前迫切希望解决的问题有:温室效应、臭氧层破坏、酸雨范围的扩大化、重金属等环境污染物质的排放、热带雨林的减少和土壤沙漠化等。其中前三个问题是由排放到大气中的化学物质引起的。例如:二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和亚氧化氮(N2O)都与温室效应有关,氟利昂及N2O破坏臭氧层,二氧化硫(SO2)和NO X是形成酸雨和光化学烟雾的主要因素,除掉或减少这些污染物质主要是通过化学方法来解决,以环境保护为目的的催化化学在解决此类问题中起着核心作用。环保催化是指利用催化剂控制环境不能接受的化合物排放的化学过程,创造舒适环境所用的催化剂。 除去SO2用的环保催化剂 SO2几乎全部由煤和石油燃烧时产生。利用催化剂可以在重油使用前先回收30%—90%的硫,使用的催化剂主要是以Al2O3为载体的Co (Ni)-Mo系列元素;由燃烧排出的硫,传统的除去方法大都采用石灰石泥浆吸收法及其他一些修正方法将硫转化成石膏,但费用较高,这是一般经济实力不强的国家负担不起的,因此,有人提出了以V2O5为催化剂,将SO2氧化制成硫酸,或者以CeO2/ nMgO.MgAl2O3为催化剂先将SO2氧化成SO3,再和固相MgO 反应生成MgSO4,以控制SO X的排放量,最后再将其还原回收H2S。由于将H2S 转化为工业上有用的硫磺,在工艺上比较麻烦,为此近年来,有人又提出了用钙钛矿型稀土复合氧化物和萤石型复(混)合氧化物作催化剂,将SO2直接还原成工业上有用的单质硫的方法,其中钙钛矿型稀土类催化剂主要集中在镧系上,如LaTiO3、LaCoO3、La1 - xSrxCoO3(X = 0.3,0.6,0.7)、La2O2S 以及La2O3的水解产物如LaOOH 等;萤石型复(混)合氧化物作催化剂主要有CeO2、Cu2Ce2O 的复(混)合氧化物,CdZr2O7、Tb2Zr2O7、GeZr2O7等。所用的还原剂主要集中在CO、CH4和H2上。另外,还有人以焦炭为催化剂,采用炭还原的方法;以NiO/MgO为催化剂,以氨为还原剂FeO/ r—Al2O3为催化剂,CO为还原剂等,将SO2还原为单质硫,SO2的转化率均在80%以上,所以,这种催化还原法可以从根本上控制SO2所带来的污染。 除去NO X用的环保催化剂 脱NO X是环境保护中防止形成酸雨的最重要的问题,也是环保催化剂研究中最活跃的课题。大部分是高温燃烧时空气中N2和O2产生的,采取控制的措施有两点:一是燃烧方法的改进;二是对产生的NO X作后处理。后处理的方法是催化还原法,即在固体催化剂存在下,利用各种还原性气体(H2、CO、烃类和NH3等),以至碳和NO X反应使之转化为N2气的方法。工业排放尾气的脱NO X 所用催化剂为V2O5—TiO2,这种催化剂既可用在燃烧时产生的尾气,又可用在重油燃烧时产生的尾气。美国和德国最近开发的一种价廉的分子筛催化剂,这种分子筛催化剂可用于已经脱SO X的尾气,但这种催化方法用的NH3价格相当贵,而且在未完全反应的情况下,NH3也是一种危险品,且车载很困难。为了取代NH3,日本开发了一种以Cu离子交换的分子筛为催化剂,碳氢化合物(HC)为还原剂,将NO X分解为N2。除了上述催化还原法外,NO X还可通过催化剂直接分

稀土新材料

稀土新材料 介绍了稀土新材料在电动汽车、燃料电车等领域的应用及其对低碳技术的贡献。 0 引言 全球气候变暖所引起的日益恶劣的气候变化在近年来已成为不争的事实,人类已清楚地认识到自己对大气的破坏所带来的严重后果,大气中二氧化碳浓度升高带来的全球气候变化所造成的后果已逐年加重。在此背景下,“低碳经济”、“低碳技术”、“低碳发展”、“低碳生活方式”等一系列新概念应运而生。在电动汽车、燃料电车等多个重大低碳技术应用领域所必需的稀土新材料的发展变得迫切需要。论述了稀土新材料在电动汽车、燃料电车等领域的应用及其对低碳技术的贡献。 1 低碳技术与低碳经济 低碳技术是指涉及电力、交通、建筑、冶金、化工、石化等部门在可再生能源及新能源、煤的清洁高效利用、油气资源和煤层气的勘探开发、二氧化碳捕获与埋存等领域开发的有效控制温室气体排放的新技术。“低碳经济”是以低能耗低污染为基础的经济。在全球气候恶化的背景下,“低碳经济”、“低碳技术”日益受到世界各国的重视。 2 稀土概述 我国是稀土资源最丰富的国家,稀土矿物种类齐全,稀土储量和产量均居世界首位。开发推广稀土应用不但有利于充分利用我国丰富的稀土资源、推动稀土产业的发展,而且有利于培育出具有中国特色的优势新产业。稀土的结构特性决定了其是低碳技术发展所必需的重要新材料。由于稀土所在的镧系元素具有不满的f 亚层,决定了它蕴含着许多特殊性质,这是其它元素不可替代的。 稀土是磁、光、电等功能材料的最佳载体,稀土的特殊性能也决定了它是低碳技术发展的重要动力。 3 稀土新材料的发展及其对低碳技术的推动作用

目前,稀土在冶金、高温超导材料、航空工业、轻工、纺织和建材工业、医疗等领域中都已得到普遍的应用,稀土的特殊性能使其成为国民经济发展所必需的重要新材料,稀土新材料对低碳技术的发展及对低碳经济的巨大贡献已成为不争的事实,如稀土催化剂、镧铈混合稀土金属-储氢合金-镍氢电池、氢燃料电池-动力车、电动工具、通讯工具等都存在稀土新材料的开发应用。 3.1 稀土新材料对汽车尾气净化作用 3.1.1 稀土汽车尾气净化催化剂的出现是低碳技术发展的必然要求 汽车作为现代文明的标志,极大促进了人类社会的进步与发展,但同时也给人类带来了许多严重的问题,如噪音、有害废气排放以及大量固态废弃物堆积等。随着汽车的普及和人们对汽车尾气污染危害认识的加深,要求控制汽车尾气污染的呼声越来越高。 汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放、减少污染的最直接有效手段。汽车尾气净化催化剂有多种,早期使用的是普通金属Cu、Cr、Ni 催化剂,这种催化剂的催化活性差,起燃温度高,易中毒,后来采用贵金属Pt、Pd、Rh 等作催化剂,这样提高了催化剂的催化活性和净化效果,但贵金属普遍存在价格昂贵的现象,有时净化催化装置达整车造价的十分之一,汽车成本增加太多,因此很难广泛推广,而且为防止贵金属催化剂铅中毒,汽车需使用无铅汽油。而含稀土的汽车尾气净化催化剂其特点是价格低、热稳定性好、催化活性高、使用寿命长,特别是这种催化剂具有抗铅中毒的特征,因此,越来越受到人们的重视,在汽车尾气净化领域备受青睐。 3.1.2 稀土汽车尾气净化剂的作用原理 汽车尾气中的有害成分主要有CO、HC、NO x。稀土汽车尾气净化催化剂所用的稀土主要是以氧化铈、氧化镨和氧化镧的混合物为主,稀土汽车尾气净化催化剂由稀土与钴、锰、铅的复合氧化物组成,是一类三元催化剂,具有钙钛矿、尖晶石型结构,氧化还原活性较高,其中氧化铈是关键成分。由于氧化铈的氧化还原特性,能有效地控制排放尾气的组分。净化汽车尾气的催化剂在汽车排气管内,借助于排气温度和空气中氧的浓度,对尾气中的CO、HC 和NO x同时起氧化还原作用,使其转化成无害物质CO2、H2O、N2。大量试验表明,稀土材料可以

相关文档
最新文档