Como todos sabemos, los minerales de tierras raras en China se componen principalmente de componentes ligeros de tierras raras, de los cuales el lantano y el cerio representan más del 60%. Con la expansión de los materiales magnéticos permanentes de tierras raras, los materiales luminiscentes de tierras raras, el polvo de pulido de tierras raras y las tierras raras en la industria metalúrgica de China año tras año, la demanda de tierras raras medianas y pesadas en el mercado interno también está aumentando rápidamente. una gran acumulación de tierras raras ligeras de gran abundancia como Ce, La y Pr, lo que conduce a un grave desequilibrio entre la explotación y la aplicación de recursos de tierras raras en China. Se ha descubierto que los elementos ligeros de tierras raras muestran un buen rendimiento catalítico y eficacia en el proceso de reacción química debido a su estructura única de capa de electrones 4f. Por lo tanto, el uso de tierras raras ligeras como material catalítico es una buena forma de utilizar de forma integral los recursos de tierras raras. El catalizador es un tipo de sustancia que puede acelerar una reacción química y no se consume antes ni después de la reacción. Fortalecer la investigación básica de la catálisis de tierras raras no sólo puede mejorar la eficiencia de la producción, sino también ahorrar recursos y energía y reducir la contaminación ambiental, lo que está en línea con la dirección estratégica del desarrollo sostenible.
¿Por qué las tierras raras tienen actividad catalítica?
Los elementos de tierras raras tienen una estructura electrónica exterior especial (4f), que actúa como átomo central del complejo y tiene varios números de coordinación que van del 6 al 12. La variabilidad del número de coordinación de los elementos de tierras raras determina que tengan “valencia residual”. . Debido a que 4f tiene siete orbitales de electrones de valencia de respaldo con capacidad de enlace, desempeña un papel de "enlace químico de respaldo" o "valencia residual". Esta capacidad es necesaria para un catalizador formal. Por lo tanto, los elementos de tierras raras no solo tienen actividad catalítica, sino que también pueden usarse como aditivos o cocatalizadores para mejorar el rendimiento catalítico de los catalizadores, especialmente la capacidad antienvejecimiento y la capacidad antienvenenamiento.
En la actualidad, el papel del nanoóxido de cerio y del nanoóxido de lantano en el tratamiento de los gases de escape de los automóviles se ha convertido en un nuevo foco de atención.
Los componentes nocivos de los gases de escape de los automóviles incluyen principalmente CO, HC y NOx. Las tierras raras utilizadas en el catalizador de purificación de gases de escape de automóviles son principalmente una mezcla de óxido de cerio, óxido de praseodimio y óxido de lantano. El catalizador de purificación de gases de escape de automóviles de tierras raras está compuesto de óxidos complejos de tierras raras y cobalto, manganeso y plomo. Es un tipo de catalizador ternario con estructura y tipo perovskita, espinela, en el que el óxido de cerio es el componente clave. Debido a las características redox del óxido de cerio, los componentes de los gases de escape se pueden controlar de manera efectiva.
El catalizador de purificación de gases de escape de automóviles se compone principalmente de un soporte cerámico (o metálico) en forma de panal y un revestimiento activado en la superficie. El recubrimiento activado está compuesto de γ-Al2O3 de gran área, una cantidad adecuada de óxido para estabilizar el área de la superficie y un metal catalíticamente activo disperso en el recubrimiento. Para reducir el consumo de pt y RH costosos, aumentar el consumo de Pd más barato y reducir el costo del catalizador. Con la premisa de no reducir el rendimiento del catalizador de purificación de gases de escape del automóvil, comúnmente se agrega una cierta cantidad de CeO2 y La2O3 al recubrimiento de activación del catalizador ternario Pt-Pd-Rh comúnmente utilizado para formar un catalizador ternario de metal precioso de tierras raras con excelente efecto catalítico. Se utilizaron La2O3(UG-La01) y CeO2 como promotores para mejorar el rendimiento de catalizadores de metales nobles soportados en γ-Al2O3. Según la investigación, CeO2, el mecanismo principal del La2O3 en catalizadores de metales nobles es el siguiente:
1. mejorar la actividad catalítica del recubrimiento activo agregando CeO2 para mantener las partículas de metales preciosos dispersas en el recubrimiento activo, a fin de evitar la reducción de los puntos de la red catalítica y el daño a la actividad causado por la sinterización. La adición de CeO2 (UG-Ce01) a Pt/γ-Al2O3 puede dispersarse en γ-Al2O3 en una sola capa (la cantidad máxima de dispersión de una sola capa es 0,035 g de CeO2/g de γ-Al2O3), lo que cambia las propiedades superficiales de γ. -Al2O3 y mejora el grado de dispersión de Pt. Cuando el contenido de CeO2 es igual o cercano al umbral de dispersión, el grado de dispersión del Pt alcanza el máximo. El umbral de dispersión de CeO2 es la mejor dosis de CeO2. En la atmósfera de oxidación por encima de 600 ℃, el Rh pierde su activación debido a la formación de una solución sólida entre Rh2O3 y Al2O3. La existencia de CeO2 debilitará la reacción entre Rh y Al2O3 y mantendrá la activación de Rh. La2O3(UG-La01) también puede prevenir el crecimiento de partículas ultrafinas de Pt. Al agregar CeO2 y La2O3(UG-La01) a Pd/γ 2al2o3, se encontró que la adición de CeO2 promovió la dispersión de Pd en el soporte y produjo una reducción sinérgica. La alta dispersión de Pd y su interacción con CeO2 en Pd/γ2Al2O3 son la clave de la alta actividad del catalizador.
2. Relación aire-combustible ajustada automáticamente (aπ f) Cuando la temperatura de arranque del automóvil aumenta, o cuando el modo de conducción y la velocidad cambian, el caudal de escape y la composición de los gases de escape cambian, lo que modifica las condiciones de trabajo del escape del automóvil. El catalizador de purificación de gas cambia constantemente y afecta su rendimiento catalítico. Es necesario ajustar la proporción de combustible π del aire a la proporción estequiométrica de 1415 ~ 1416, para que el catalizador pueda desempeñar plenamente su función de purificación. El CeO2 es un óxido de valencia variable (Ce4 +ΠCe3+), que tiene las propiedades de Semiconductor tipo N y tiene una excelente capacidad de almacenamiento y liberación de oxígeno. Cuando cambia la relación A π F, el CeO2 puede desempeñar un papel excelente en el ajuste dinámico de la relación aire-combustible. Es decir, se libera O2 cuando sobra combustible para ayudar a oxidar el CO y los hidrocarburos; En caso de exceso de aire, CeO2-x juega un papel reductor y reacciona con NOx para eliminar NOx de los gases de escape para obtener CeO2.
3. Efecto del cocatalizador Cuando la mezcla de aπ f está en proporción estequiométrica, además de la reacción de oxidación de H2, CO, HC y la reacción de reducción de NOx, el CeO2 como cocatalizador también puede acelerar la migración de agua gaseosa y la reacción de reformado con vapor y reducir la contenido de CO y HC. La2O3 puede mejorar la tasa de conversión en la reacción de migración de gas agua y la reacción de reformado con vapor de hidrocarburos. El hidrógeno generado es beneficioso para la reducción de NOx. Al agregar La2O3 a Pd/CeO2 -γ-Al2O3 para la descomposición del metanol, se encontró que la adición de La2O3 inhibía la formación del subproducto dimetil éter y mejoraba la actividad catalítica del catalizador. Cuando el contenido de La2O3 es del 10%, el catalizador tiene buena actividad y la conversión de metanol alcanza el máximo (aproximadamente 91,4%). Esto muestra que La2O3 tiene una buena dispersión en el portador γ-Al2O3. Además, promovió la dispersión de CeO2 en el portador γ2Al2O3 y la reducción del oxígeno en masa, mejoró aún más la dispersión de Pd y mejoró aún más la interacción entre Pd y CeO2, mejorando así la Actividad catalítica del catalizador para la descomposición del metanol.
De acuerdo con las características del actual proceso de protección ambiental y nueva utilización de energía, China debe desarrollar materiales catalíticos de tierras raras de alto rendimiento con derechos de propiedad intelectual independientes, lograr la utilización eficiente de los recursos de tierras raras, promover la innovación tecnológica de los materiales catalíticos de tierras raras y lograr un gran salto. -desarrollo avanzado de agrupaciones industriales de alta tecnología relacionadas, como tierras raras, medio ambiente y nuevas energías.
En la actualidad, los productos suministrados por la empresa incluyen nano circonita, nano titania, nano alúmina, nano hidróxido de aluminio, nano óxido de zinc, nano óxido de silicio, nano óxido de magnesio, nano hidróxido de magnesio, nano óxido de cobre, nano óxido de itrio, nano óxido de cerio. , nanoóxido de lantano, nanotrióxido de tungsteno, nanoóxido ferroférrico, nanoagente antibacteriano y grafeno. La calidad del producto es estable y ha sido comprado en lotes por empresas multinacionales.
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Hora de publicación: 04-jul-2022