Kuten kaikki tiedämme, harvinaisten maametallien mineraalit Kiinassa koostuvat pääasiassa kevyistä harvinaisten maametallien komponenteista, joista lantaanin ja ceriumin osuus on yli 60 %. Harvinaisten maametallien kestomagneettimateriaalien, harvinaisten maametallien luminoivien materiaalien, harvinaisten maametallien kiillotusjauheiden ja harvinaisten maametallien käytön lisääntyessä Kiinan metallurgisessa teollisuudessa vuosi vuodelta, myös keskiraskaiden ja raskaiden harvinaisten maametallien kysyntä kotimarkkinoilla kasvaa nopeasti. Tämä on aiheuttanut suuren määrän kevyitä harvinaisia maametalleja, kuten Ce:tä, La:ta ja Pr:ia, mikä johtaa vakavaan epätasapainoon harvinaisten maametallien resurssien hyödyntämisen ja käytön välillä Kiinassa. Kevyiden harvinaisten maametallien on havaittu osoittavan hyvää katalyyttistä suorituskykyä ja tehokkuutta kemiallisessa reaktioprosessissa ainutlaatuisen 4f-elektronikuorirakenteensa ansiosta. Siksi kevyiden harvinaisten maametallien käyttö katalyyttisenä materiaalina on hyvä tapa hyödyntää harvinaisten maametallien resursseja kokonaisvaltaisesti. Katalyytti on aine, joka voi kiihdyttää kemiallista reaktiota, eikä sitä kuluteta ennen reaktiota eikä sen jälkeen. Harvinaisten maametallien katalysaattorin perustutkimuksen vahvistaminen voi paitsi parantaa tuotannon tehokkuutta, myös säästää resursseja ja energiaa sekä vähentää ympäristön saastumista, mikä on kestävän kehityksen strategisen suunnan mukaista.
Miksi harvinaisilla maametalleilla on katalyyttinen aktiivisuus?
Harvinaisilla maametalleilla on erityinen ulkoinen elektronirakenne (4f), joka toimii kompleksin keskusatomina ja jolla on erilaisia koordinaatiolukuja 6:sta 12:een. Harvinaisten maametallien koordinaatiolukujen vaihtelu määrää, että niillä on "jäännösvalenssi". Koska 4f:llä on seitsemän varavalenssielektroniorbitaalia, joilla on sitoutumiskyky, sillä on rooli "varakemiallisena sidoksena" tai "jäännösvalenssina". Tämä kyky on välttämätön muodolliselle katalyytille. Siksi harvinaisilla maametalleilla ei ole ainoastaan katalyyttistä aktiivisuutta, vaan niitä voidaan käyttää myös lisäaineina tai kokatalyytteinä parantamaan katalyyttien katalyyttistä suorituskykyä, erityisesti ikääntymisenestokykyä ja myrkytyksenestokykyä.
Tällä hetkellä nanoseriumoksidin ja nanolantaanioksidin rooli autojen pakokaasujen käsittelyssä on noussut uudeksi painopisteeksi.
Autojen pakokaasujen haitallisia komponentteja ovat pääasiassa CO, HC ja NOx. Harvinaisten maametallien pakokaasujen puhdistuskatalyyteissä käytetyt harvinaiset maametallit ovat pääasiassa ceriumoksidin, praseodyymioksidin ja lantaanioksidin seos. Harvinaisten maametallien pakokaasujen puhdistuskatalyytti koostuu harvinaisten maametallien ja koboltin, mangaanin ja lyijyn kompleksisista oksideista. Se on perovskiitti- ja spinellityyppinen ja -rakenteinen kolmikomponenttinen katalyytti, jossa ceriumoksidi on avainkomponentti. Ceriumoksidin redox-ominaisuuksien ansiosta pakokaasun komponentteja voidaan tehokkaasti hallita.
Auton pakokaasujen puhdistuskatalyytti koostuu pääasiassa hunajakenno-keraamisesta (tai metallista) kantajasta ja pinta-aktivoidusta pinnoitteesta. Aktivoitu pinnoite koostuu laaja-alaisesta γ-Al2O3:sta, oikeasta määrästä oksidia pinta-alan stabiloimiseksi ja pinnoitteeseen dispergoidusta katalyyttisesti aktiivisesta metallista. Kalliin platinan ja RH-veden kulutuksen vähentämiseksi, halvemman Pd:n kulutuksen lisäämiseksi ja katalyytin kustannusten alentamiseksi, autojen pakokaasujen puhdistuskatalyytin suorituskyvyn heikkenemisen välttämiseksi yleisesti käytetyn Pt-Pd-Rh-kolmiokomponenttikatalyytin aktivointipinnoitteeseen lisätään yleensä tietty määrä CeO2:ta ja La2O3:a, jolloin muodostuu harvinaisten maametallien jalometallien kolmikomponenttikatalyytti, jolla on erinomainen katalyyttinen vaikutus. La2O3:a (UG-La01) ja CeO2:ta käytettiin promoottoreina γ-Al2O3-tuettujen jalometallikatalyyttien suorituskyvyn parantamiseksi. Tutkimusten mukaan CeO2:n pääasiallinen vaikutusmekanismi jalometallikatalyyteissä on seuraava:
1. Parantaa aktiivisen pinnoitteen katalyyttistä aktiivisuutta lisäämällä CeO2:ta, jotta jalometallihiukkaset pysyvät dispergoituneina aktiiviseen pinnoitteeseen, jolloin vältetään katalyyttisten hilapisteiden väheneminen ja sintrauksen aiheuttama aktiivisuuden vaurioituminen. Lisäämällä CeO2:ta (UG-Ce01) Pt/γ-Al2O3:een voidaan dispergoida se γ-Al2O3:n pinnalle yhteen kerrokseen (yksikerroksisen dispersion enimmäismäärä on 0,035 g CeO2/g γ-Al2O3), mikä muuttaa γ-Al2O3:n pintaominaisuuksia ja parantaa platinan dispersioastetta. Kun CeO2-pitoisuus on yhtä suuri tai lähellä dispersiokynnystä, platinan dispersioaste saavuttaa korkeimman. CeO2:n dispersiokynnys on paras CeO2-annostus. Yli 600 ℃:n hapetusatmosfäärissä Rh menettää aktivaationsa kiinteän liuoksen muodostuessa Rh2O3:n ja Al2O3:n välille. CeO2:n läsnäolo heikentää Rh:n ja Al2O3:n välistä reaktiota ja pitää Rh:n aktivoituneena. La2O3(UG-La01) voi myös estää Pt:n ultrapienten hiukkasten kasvua. Lisättäessä CeO2:ta ja La2O3(UG-La01):ta Pd/γ2al2o3:een havaittiin, että CeO2:n lisääminen edisti Pd:n dispersiota kantajalle ja tuotti synergistisen pelkistyksen. Pd:n korkea dispersio ja sen vuorovaikutus CeO2:n kanssa Pd/γ2Al2O3:ssa ovat avainasemassa katalyytin korkeassa aktiivisuudessa.
2. Automaattisesti säätyvä polttoaine-ilmasuhde (aπ f) Kun auton käynnistyslämpötila nousee tai ajotapa ja -nopeus muuttuvat, pakokaasun virtausnopeus ja pakokaasun koostumus muuttuvat, mikä saa auton pakokaasujen puhdistuskatalyytin toimintaolosuhteet jatkuvasti muuttumaan ja vaikuttaa sen katalyyttiseen suorituskykyyn. On tarpeen säätää polttoaineen ja ilman π-suhde stoikiometriseen suhteeseen 1415–1416, jotta katalyytti voi toimia täysin puhdistustehtävässään. CeO2 on muuttuvavalenssinen oksidi (Ce4 +ΠCe3+), jolla on N-tyypin puolijohteen ominaisuudet ja erinomainen hapen varastointi- ja vapautuskyky. Kun Aπ F -suhde muuttuu, CeO2:lla voi olla erinomainen rooli polttoaine-ilmasuhteen dynaamisessa säätämisessä. Toisin sanoen O2:ta vapautuu, kun polttoainetta on ylimääräistä, mikä auttaa CO:n ja hiilivetyjen hapettumista. Ylimääräisen ilman tapauksessa CeO2-x:llä on pelkistävä rooli ja se reagoi typpioksidin (NOx) kanssa poistaakseen typpioksidia pakokaasusta ja saadakseen CeO2:ta.
3. Kokatalyytin vaikutus Kun aπ f -seoksen suhde on stoikiometrinen, CeO2 kokatalyyttinä voi H2:n, CO:n ja HC:n hapetusreaktion ja NOx:n pelkistysreaktion lisäksi myös kiihdyttää vesikaasun migraatiota ja höyryreformointireaktiota sekä vähentää CO:n ja HC:n pitoisuuksia. La2O3 voi parantaa konversioastetta vesikaasun migraatioreaktiossa ja hiilivetyjen höyryreformointireaktiossa. Syntyvä vety on hyödyllistä NOx:n pelkistyksessä. Lisäämällä La2O3:a Pd/CeO2-γ-Al2O3:een metanolin hajottamiseksi havaittiin, että La2O3:n lisääminen esti sivutuotteena syntyvän dimetyylieetterin muodostumisen ja paransi katalyytin katalyyttistä aktiivisuutta. Kun La2O3-pitoisuus on 10 %, katalyytillä on hyvä aktiivisuus ja metanolin konversio saavuttaa maksimin (noin 91,4 %). Tämä osoittaa, että La2O3:lla on hyvä dispersio γ-Al2O3-kantajalla. Lisäksi se edisti CeO2:n dispersiota γ2Al2O3-kantajalla ja kokonaishapen pelkistystä, paransi entisestään Pd:n dispersiota ja tehosti edelleen Pd:n ja CeO2:n välistä vuorovaikutusta, mikä paransi katalyytin katalyyttistä aktiivisuutta metanolin hajottamisessa.
Nykyisen ympäristönsuojelun ja uuden energiankäyttöprosessin ominaispiirteiden mukaan Kiinan tulisi kehittää korkean suorituskyvyn omaavia harvinaisten maametallien katalyyttimateriaaleja itsenäisillä immateriaalioikeuksilla, saavuttaa harvinaisten maametallien resurssien tehokas hyödyntäminen, edistää harvinaisten maametallien katalyyttisten materiaalien teknologista innovaatiota ja toteuttaa harppauskehitystä niihin liittyvissä korkean teknologian teollisuusklustereissa, kuten harvinaisissa maametalleissa, ympäristössä ja uusissa energialähteissä.
Tällä hetkellä yrityksen toimittamiin tuotteisiin kuuluvat nanozirkoniumoksidi, nanotitaanidioksidi, nanoalumiinioksidi, nanoalumiinihydroksidi, nanosinkkioksidi, nanopiidioksidi, nanomagnesiumoksidi, nanomagnesiumhydroksidi, nanokuparioksidi, nanoyttriumoksidi, nanoceriumoksidi, nanolantaanioksidi, nanovolframitrioksidi, nanoferroferrioksidi, nanobakteerinen aine ja grafeeni. Tuotteen laatu on vakaa, ja monikansalliset yritykset ovat ostaneet sitä erissä.
Puh: 86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com
Julkaisun aika: 04.07.2022