Como todos sabemos, os minerais de terras raras na China están compostos principalmente por compoñentes de terras raras lixeiras, dos cales o lantano e o cerio representan máis do 60 %. Coa expansión dos materiais de imáns permanentes de terras raras, os materiais luminescentes de terras raras, o po de pulido de terras raras e as terras raras na industria metalúrxica da China ano tras ano, a demanda de terras raras medias e pesadas no mercado nacional tamén está a aumentar rapidamente. Isto provocou un gran atraso de terras raras lixeiras de alta abundancia como Ce, La e Pr, o que leva a un grave desequilibrio entre a explotación e a aplicación dos recursos de terras raras na China. Descubriuse que os elementos de terras raras lixeiras mostran un bo rendemento catalítico e eficacia no proceso de reacción química debido á súa estrutura única de capa de electróns 4f. Polo tanto, o uso de terras raras lixeiras como material catalítico é unha boa forma de utilizar integralmente os recursos de terras raras. O catalizador é un tipo de substancia que pode acelerar a reacción química e non se consome antes nin despois da reacción. O fortalecemento da investigación básica da catálise de terras raras non só pode mellorar a eficiencia da produción, senón tamén aforrar recursos e enerxía e reducir a contaminación ambiental, o que está en liña coa dirección estratéxica do desenvolvemento sostible.
Por que os elementos de terras raras teñen actividade catalítica?
Os elementos de terras raras teñen unha estrutura electrónica externa especial (4f), que actúa como o átomo central do complexo e ten varios números de coordinación que van de 6 a 12. A variabilidade do número de coordinación dos elementos de terras raras determina que teñan "valencia residual". Debido a que 4f ten sete orbitais electrónicos de valencia de reserva con capacidade de enlace, desempeña un papel de "enlace químico de reserva" ou "valencia residual". Esta capacidade é necesaria para un catalizador formal. Polo tanto, os elementos de terras raras non só teñen actividade catalítica, senón que tamén se poden usar como aditivos ou cocatalizadores para mellorar o rendemento catalítico dos catalizadores, especialmente a capacidade antienvellecemento e a capacidade antiintoxicación.
Na actualidade, o papel do nanoóxido de cerio e do nanoóxido de lantano no tratamento dos gases de escape dos automóbiles converteuse nun novo foco de atención.
Os compoñentes nocivos dos gases de escape dos automóbiles inclúen principalmente CO, HC e NOx. As terras raras empregadas no catalizador de purificación de gases de escape dos automóbiles de terras raras son principalmente unha mestura de óxido de cerio, óxido de praseodimio e óxido de lantano. O catalizador de purificación de gases de escape dos automóbiles de terras raras está composto por óxidos complexos de terras raras e cobalto, manganeso e chumbo. É un tipo de catalizador ternario con perovskita, tipo e estrutura de espinela, no que o óxido de cerio é o compoñente clave. Debido ás características redox do óxido de cerio, os compoñentes dos gases de escape pódense controlar eficazmente.
O catalizador de purificación de gases de escape de automóbiles está composto principalmente por un soporte cerámico (ou metálico) en forma de panal e un revestimento activado en superficie. O revestimento activado está composto por γ-Al2O3 de gran área, unha cantidade adecuada de óxido para estabilizar a área superficial e metal catalíticamente activo disperso no revestimento. Para reducir o consumo de PT e RH caros, aumentar o consumo de Pd máis barato e reducir o custo do catalizador. Coa premisa de non reducir o rendemento do catalizador de purificación de gases de escape de automóbiles, engádese habitualmente unha certa cantidade de CeO2 e La2O3 ao revestimento de activación do catalizador ternario Pt-Pd-Rh de uso común para formar un catalizador ternario de metal precioso de terras raras con excelente efecto catalítico. O La2O3 (UG-LaO1) e o CeO2 utilizáronse como promotores para mellorar o rendemento dos catalizadores de metais nobres soportados por γ-Al2O3. Segundo a investigación, o CeO2, o principal mecanismo de La2O3 nos catalizadores de metais nobres é o seguinte:
1. mellorar a actividade catalítica do revestimento activo engadindo CeO2 para manter as partículas de metais preciosos dispersas no revestimento activo, evitando así a redución dos puntos de rede catalítica e os danos na actividade causados pola sinterización. Engadir CeO2(UG-CeO1) a Pt/γ-Al2O3 pode dispersarse sobre γ-Al2O3 nunha soa capa (a cantidade máxima de dispersión nunha soa capa é de 0,035 g de CeO2/g de γ-Al2O3), o que cambia as propiedades superficiais de γ-Al2O3 e mellora o grao de dispersión de Pt. Cando o contido de CeO2 é igual ou próximo ao limiar de dispersión, o grao de dispersión de Pt alcanza o seu máximo. O limiar de dispersión de CeO2 é a mellor dosificación de CeO2. Nunha atmosfera de oxidación superior a 600 ℃, o Rh perde a súa activación debido á formación dunha solución sólida entre o Rh2O3 e o Al2O3. A presenza de CeO2 debilitará a reacción entre o Rh e o Al2O3 e manterá a activación do Rh. O La2O3(UG-La01) tamén pode previr o crecemento de partículas ultrafinas de Pt. Ao engadi-lo CeO2 e o La2O3(UG-La01) ao Pd/γ2al2O3, descubriuse que a adición de CeO2 promovía a dispersión do Pd no soporte e producía unha redución sinérxica. A alta dispersión do Pd e a súa interacción co CeO2 no Pd/γ2Al2O3 son a clave da alta actividade do catalizador.
2. Relación aire-combustible axustada automaticamente (aπ f) Cando aumenta a temperatura de arranque do automóbil ou cando cambian o modo e a velocidade de condución, cambian o caudal de escape e a composición dos gases de escape, o que fai que as condicións de traballo do catalizador de purificación de gases de escape do automóbil cambien constantemente e afecta o seu rendemento catalítico. É necesario axustar a relación π de combustible do aire á relación estequiométrica de 1415~1416, para que o catalizador poida desempeñar plenamente a súa función de purificación. O CeO2 é un óxido de valencia variable (Ce4 +ΠCe3+), que ten as propiedades dun semicondutor de tipo N e ten unha excelente capacidade de almacenamento e liberación de osíxeno. Cando cambia a relación Aπ F, o CeO2 pode desempeñar un papel excelente no axuste dinamico da relación aire-combustible. É dicir, o O2 libérase cando hai exceso de combustible para axudar ao CO e aos hidrocarburos a oxidarse; en caso de exceso de aire, o CeO2-x desempeña un papel redutor e reacciona cos NOx para eliminar os NOx dos gases de escape para obter CeO2.
3. Efecto do cocatalizador Cando a mestura de aπ f está en proporción estequiométrica, ademais da reacción de oxidación de H2, CO, HC e a reacción de redución de NOx, o CeO2 como cocatalizador tamén pode acelerar a migración do gas de auga e a reacción de reformado con vapor e reducir o contido de CO e HC. O La2O3 pode mellorar a taxa de conversión na reacción de migración do gas de auga e na reacción de reformado con vapor de hidrocarburos. O hidróxeno xerado é beneficioso para a redución de NOx. Engadindo La2O3 a Pd/CeO2-γ-Al2O3 para a descomposición do metanol, descubriuse que a adición de La2O3 inhibía a formación de éter dimetilico como subproduto e melloraba a actividade catalítica do catalizador. Cando o contido de La2O3 é do 10 %, o catalizador ten unha boa actividade e a conversión de metanol alcanza o máximo (aproximadamente o 91,4 %). Isto demostra que o La₂O₃ ten unha boa dispersión no portador γ-Al₂O₃. Ademais, promove a dispersión do CeO₃ no portador γ₂Al₂O₃ e a redución do osíxeno a granel, mellora aínda máis a dispersión do Pd e potencia aínda máis a interacción entre o Pd e o CeO₃, mellorando así a actividade catalítica do catalizador para a descomposición do metanol.
De acordo coas características da protección ambiental actual e o novo proceso de utilización da enerxía, China debería desenvolver materiais catalíticos de terras raras de alto rendemento con dereitos de propiedade intelectual independentes, lograr unha utilización eficiente dos recursos de terras raras, promover a innovación tecnolóxica dos materiais catalíticos de terras raras e realizar un desenvolvemento acelerado de clústeres industriais de alta tecnoloxía relacionados, como terras raras, medio ambiente e novas enerxías.
Na actualidade, os produtos subministrados pola empresa inclúen nanocirconía, nanotitania, nanoalúmina, nanohidróxido de aluminio, nanoóxido de zinc, nanoóxido de silicio, nanoóxido de magnesio, nanohidróxido de magnesio, nanoóxido de cobre, nanoóxido de itrio, nanoóxido de cerio, nanoóxido de lantano, nanotrióxido de volframio, nanoóxido ferroférrico, nanoaxente antibacteriano e grafeno. A calidade do produto é estable e empresas multinacionais o adquiriron en lotes.
Tel.: 86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com
Data de publicación: 04-07-2022