Όπως όλοι γνωρίζουμε, τα ορυκτά σπάνιων γαιών στην Κίνα αποτελούνται κυρίως από ελαφρά συστατικά σπάνιων γαιών, εκ των οποίων το λανθάνιο και το δημήτριο αντιπροσωπεύουν περισσότερο από 60%. Με την επέκταση των υλικών μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών, των φωταυγών υλικών σπάνιων γαιών, της σκόνης στίλβωσης σπάνιων γαιών και των σπάνιων γαιών στη μεταλλουργική βιομηχανία στην Κίνα χρόνο με το χρόνο, η ζήτηση για μεσαίες και βαριές σπάνιες γαίες στην εγχώρια αγορά αυξάνεται επίσης ραγδαία. Αυτό έχει προκαλέσει ένα μεγάλο απόθεμα ελαφρών σπάνιων γαιών υψηλής αφθονίας όπως Ce, La και Pr, γεγονός που οδηγεί σε σοβαρή ανισορροπία μεταξύ της εκμετάλλευσης και της εφαρμογής των πόρων σπάνιων γαιών στην Κίνα. Διαπιστώνεται ότι τα ελαφρά στοιχεία σπάνιων γαιών παρουσιάζουν καλή καταλυτική απόδοση και αποτελεσματικότητα στη διαδικασία χημικής αντίδρασης λόγω της μοναδικής δομής του ηλεκτρονιακού τους φλοιού 4f. Επομένως, η χρήση ελαφρών σπάνιων γαιών ως καταλυτικού υλικού είναι ένας καλός τρόπος για την ολοκληρωμένη αξιοποίηση των πόρων σπάνιων γαιών. Ο καταλύτης είναι ένα είδος ουσίας που μπορεί να επιταχύνει τη χημική αντίδραση και δεν καταναλώνεται πριν και μετά την αντίδραση. Η ενίσχυση της βασικής έρευνας για την κατάλυση σπάνιων γαιών μπορεί όχι μόνο να βελτιώσει την αποδοτικότητα της παραγωγής, αλλά και να εξοικονομήσει πόρους και ενέργεια και να μειώσει τη ρύπανση του περιβάλλοντος, κάτι που συνάδει με τη στρατηγική κατεύθυνση της βιώσιμης ανάπτυξης.
Γιατί τα στοιχεία σπάνιων γαιών έχουν καταλυτική δράση;
Τα στοιχεία σπάνιων γαιών έχουν μια ειδική εξωτερική ηλεκτρονική δομή (4f), η οποία λειτουργεί ως το κεντρικό άτομο του συμπλόκου και έχει διάφορους αριθμούς συντονισμού που κυμαίνονται από 6 έως 12. Η μεταβλητότητα του αριθμού συντονισμού των στοιχείων σπάνιων γαιών καθορίζει ότι έχουν «υπολειμματικό σθένος». Επειδή το 4f έχει επτά εφεδρικά τροχιακά ηλεκτρονίων σθένους με ικανότητα σύνδεσης, παίζει ρόλο «εφεδρικού χημικού δεσμού» ή «υπολειμματικού σθένους». Αυτή η ικανότητα είναι απαραίτητη για έναν τυπικό καταλύτη. Επομένως, τα στοιχεία σπάνιων γαιών όχι μόνο έχουν καταλυτική δράση, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως πρόσθετα ή συγκαταλύτες για τη βελτίωση της καταλυτικής απόδοσης των καταλυτών, ιδιαίτερα της ικανότητας αντιγήρανσης και της ικανότητας αντιδηλητηρίασης.
Προς το παρόν, ο ρόλος του νανοοξειδίου του δημητρίου και του νανοοξειδίου του λανθανίου στην επεξεργασία των καυσαερίων των αυτοκινήτων έχει γίνει ένα νέο επίκεντρο.
Τα επιβλαβή συστατικά στα καυσαέρια των αυτοκινήτων περιλαμβάνουν κυρίως CO, HC και NOx. Οι σπάνιες γαίες που χρησιμοποιούνται στον καταλύτη καθαρισμού καυσαερίων αυτοκινήτων σπάνιων γαιών είναι κυρίως ένα μείγμα οξειδίου του δημητρίου, οξειδίου του πρασεοδυμίου και οξειδίου του λανθανίου. Ο καταλύτης καθαρισμού καυσαερίων αυτοκινήτων σπάνιων γαιών αποτελείται από σύνθετα οξείδια σπάνιων γαιών και κοβαλτίου, μαγγανίου και μολύβδου. Είναι ένα είδος τριαδικού καταλύτη με περοβσκίτη, σπινελίου τύπου και δομής, στον οποίο το οξείδιο του δημητρίου είναι το βασικό συστατικό. Λόγω των οξειδοαναγωγικών χαρακτηριστικών του οξειδίου του δημητρίου, τα συστατικά των καυσαερίων μπορούν να ελεγχθούν αποτελεσματικά.
Ο καταλύτης καθαρισμού καυσαερίων αυτοκινήτων αποτελείται κυρίως από φορέα κυψελοειδούς κεραμικού (ή μετάλλου) και επιφανειακά ενεργοποιούμενη επίστρωση. Η ενεργοποιημένη επίστρωση αποτελείται από γ-Al2O3 μεγάλης επιφάνειας, κατάλληλη ποσότητα οξειδίου για τη σταθεροποίηση της επιφάνειας και καταλυτικά ενεργό μέταλλο διασκορπισμένο στην επίστρωση. Για να μειωθεί η κατανάλωση ακριβού pt και RH, να αυξηθεί η κατανάλωση φθηνότερου Pd και να μειωθεί το κόστος του καταλύτη. Με την προϋπόθεση ότι δεν μειώνεται η απόδοση του καταλύτη καθαρισμού καυσαερίων αυτοκινήτων, μια ορισμένη ποσότητα CeO2 και La2O3 προστίθεται συνήθως στην επίστρωση ενεργοποίησης του συνήθως χρησιμοποιούμενου τριαδικού καταλύτη Pt-Pd-Rh για να σχηματιστεί ένας τριαδικός καταλύτης πολύτιμων μετάλλων σπάνιων γαιών με εξαιρετική καταλυτική δράση. Τα La2O3 (UG-LaO1) και CeO2 χρησιμοποιήθηκαν ως ενισχυτές για τη βελτίωση της απόδοσης των καταλυτών ευγενών μετάλλων που υποστηρίζονται από γ-Al2O3. Σύμφωνα με την έρευνα, το CeO2, ο κύριος μηχανισμός του La2O3 σε καταλύτες ευγενών μετάλλων είναι ο εξής:
1. Βελτιώστε την καταλυτική δράση της ενεργής επίστρωσης προσθέτοντας CeO2 για να διατηρήσετε τα σωματίδια πολύτιμων μετάλλων διασκορπισμένα στην ενεργή επίστρωση, έτσι ώστε να αποφευχθεί η μείωση των σημείων καταλυτικού πλέγματος και η βλάβη στη δράση που προκαλείται από την πυροσυσσωμάτωση. Η προσθήκη CeO2 (UG-CeO1) σε Pt/γ-Al2O3 μπορεί να διασπαρεί στο γ-Al2O3 σε μία μόνο στρώση (η μέγιστη ποσότητα διασποράς μίας στρώσης είναι 0,035 g CeO2/g γ-Al2O3), γεγονός που αλλάζει τις επιφανειακές ιδιότητες του γ-Al2O3 και βελτιώνει τον βαθμό διασποράς του Pt. Όταν η περιεκτικότητα σε CeO2 είναι ίση ή κοντά στο όριο διασποράς, ο βαθμός διασποράς του Pt φτάνει στο υψηλότερο σημείο. Το όριο διασποράς του CeO2 είναι η καλύτερη δόση CeO2. Σε ατμόσφαιρα οξείδωσης πάνω από 600℃, το Rh χάνει την ενεργοποίησή του λόγω του σχηματισμού στερεού διαλύματος μεταξύ Rh2O3 και Al2O3. Η ύπαρξη CeO2 θα αποδυναμώσει την αντίδραση μεταξύ Rh και Al2O3 και θα διατηρήσει την ενεργοποίηση του Rh. Το La2O3(UG-LaO1) μπορεί επίσης να αποτρέψει την ανάπτυξη εξαιρετικά λεπτών σωματιδίων Pt. Με την προσθήκη CeO2 και La2O3(UG-LaO1) στο Pd/γ2al2o3, διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη CeO2 προήγαγε τη διασπορά του Pd στον φορέα και παρήγαγε μια συνεργιστική αναγωγή. Η υψηλή διασπορά του Pd και η αλληλεπίδρασή του με το CeO2 στο Pd/γ2Al2O3 είναι το κλειδί για την υψηλή δραστικότητα του καταλύτη.
2. Αυτόματη ρύθμιση αναλογίας αέρα-καυσίμου (aπf) Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία εκκίνησης του αυτοκινήτου ή όταν αλλάζει ο τρόπος οδήγησης και η ταχύτητα, ο ρυθμός ροής των καυσαερίων και η σύνθεση των καυσαερίων αλλάζουν, γεγονός που κάνει τις συνθήκες λειτουργίας του καταλύτη καθαρισμού καυσαερίων του αυτοκινήτου να αλλάζουν συνεχώς και επηρεάζει την καταλυτική του απόδοση. Είναι απαραίτητο να ρυθμιστεί η αναλογία π καυσίμου του αέρα στην στοιχειομετρική αναλογία 1415~1416, έτσι ώστε ο καταλύτης να μπορεί να αξιοποιήσει πλήρως τη λειτουργία καθαρισμού του. Το CeO2 είναι ένα οξείδιο μεταβλητού σθένους (Ce4 +ΠCe3+), το οποίο έχει τις ιδιότητες ημιαγωγού τύπου Ν και έχει εξαιρετική ικανότητα αποθήκευσης και απελευθέρωσης οξυγόνου. Όταν αλλάζει η αναλογία AπF, το CeO2 μπορεί να παίξει εξαιρετικό ρόλο στη δυναμική ρύθμιση της αναλογίας αέρα-καυσίμου. Δηλαδή, το O2 απελευθερώνεται όταν το καύσιμο είναι σε περίσσεια για να βοηθήσει στην οξείδωση του CO και των υδρογονανθράκων. Σε περίπτωση περίσσειας αέρα, το CeO2-x παίζει αναγωγικό ρόλο και αντιδρά με τα NOx για να απομακρύνει τα NOx από τα καυσαέρια για να λάβει CeO2.
3. Επίδραση του συγκαταλύτη Όταν το μείγμα aπf έχει στοιχειομετρική αναλογία, εκτός από την αντίδραση οξείδωσης των H2, CO, HC και την αντίδραση αναγωγής των NOx, το CeO2 ως συγκαταλύτης μπορεί επίσης να επιταχύνει τη μετανάστευση νερού-αερίου και την αντίδραση αναμόρφωσης με ατμό και να μειώσει την περιεκτικότητα σε CO και HC. Το La2O3 μπορεί να βελτιώσει τον ρυθμό μετατροπής στην αντίδραση μετανάστευσης νερού-αερίου και στην αντίδραση αναμόρφωσης υδρογονανθράκων με ατμό. Το παραγόμενο υδρογόνο είναι ευεργετικό για την αναγωγή των NOx. Με την προσθήκη La2O3 σε Pd/CeO2-γ-Al2O3 για την αποσύνθεση της μεθανόλης, διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη La2O3 ανέστειλε τον σχηματισμό του παραπροϊόντος διμεθυλαιθέρα και βελτίωσε την καταλυτική δράση του καταλύτη. Όταν η περιεκτικότητα σε La2O3 είναι 10%, ο καταλύτης έχει καλή δράση και η μετατροπή μεθανόλης φτάνει στο μέγιστο (περίπου 91,4%). Αυτό δείχνει ότι το La2O3 έχει καλή διασπορά στον φορέα γ-Al2O3. Επιπλέον, προήγαγε τη διασπορά του CeO2 στον φορέα γ2Al2O3 και τη μείωση του οξυγόνου στην μάζα, βελτίωσε περαιτέρω τη διασπορά του Pd και ενίσχυσε περαιτέρω την αλληλεπίδραση μεταξύ Pd και CeO2, βελτιώνοντας έτσι την καταλυτική δράση του καταλύτη για την αποσύνθεση της μεθανόλης.
Σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά της τρέχουσας προστασίας του περιβάλλοντος και της νέας διαδικασίας αξιοποίησης της ενέργειας, η Κίνα θα πρέπει να αναπτύξει καταλυτικά υλικά υψηλής απόδοσης για σπάνιες γαίες με ανεξάρτητα δικαιώματα πνευματικής ιδιοκτησίας, να επιτύχει αποτελεσματική αξιοποίηση των πόρων των σπάνιων γαιών, να προωθήσει την τεχνολογική καινοτομία των καταλυτικών υλικών για σπάνιες γαίες και να πραγματοποιήσει αλματώδη ανάπτυξη σχετικών βιομηχανικών συμπλεγμάτων υψηλής τεχνολογίας, όπως οι σπάνιες γαίες, το περιβάλλον και οι νέες πηγές ενέργειας.
Αυτή τη στιγμή, τα προϊόντα που παρέχονται από την εταιρεία περιλαμβάνουν νανοζιρκονία, νανοτιτάνια, νανοαλουμίνα, νανουδροξείδιο αργιλίου, νανοοξείδιο ψευδαργύρου, νανοοξείδιο πυριτίου, νανοοξείδιο μαγνησίου, νανουδροξείδιο μαγνησίου, νανοοξείδιο χαλκού, νανοοξείδιο υττρίου, νανοοξείδιο δημητρίου, νανοοξείδιο λανθανίου, νανοτριοξείδιο βολφραμίου, νανοσιδηροοξείδιο, νανοαντιβακτηριακό παράγοντα και γραφένιο. Η ποιότητα του προϊόντος είναι σταθερή και έχει αγοραστεί σε παρτίδες από πολυεθνικές επιχειρήσεις.
Τηλ.: 86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com
Ώρα δημοσίευσης: 04 Ιουλίου 2022