Như chúng ta đã biết, khoáng sản đất hiếm ở Trung Quốc chủ yếu bao gồm các thành phần đất hiếm nhẹ, trong đó lanthanum và xeri chiếm hơn 60%. Với sự mở rộng của vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm, vật liệu phát quang đất hiếm, bột đánh bóng đất hiếm và đất hiếm trong ngành luyện kim ở Trung Quốc qua từng năm, nhu cầu về đất hiếm trung bình và nặng trên thị trường trong nước cũng tăng nhanh chóng. Điều này đã gây ra tình trạng tồn đọng lớn các loại đất hiếm nhẹ có hàm lượng cao như Ce, La và Pr, dẫn đến mất cân bằng nghiêm trọng giữa khai thác và ứng dụng tài nguyên đất hiếm ở Trung Quốc. Người ta thấy rằng các nguyên tố đất hiếm nhẹ thể hiện hiệu suất xúc tác tốt và hiệu quả trong quá trình phản ứng hóa học do cấu trúc lớp vỏ electron 4f độc đáo của chúng. Do đó, sử dụng đất hiếm nhẹ làm vật liệu xúc tác là một cách tốt để tận dụng toàn diện các nguồn tài nguyên đất hiếm. Chất xúc tác là một loại chất có thể đẩy nhanh phản ứng hóa học và không bị tiêu thụ trước và sau phản ứng. Việc tăng cường nghiên cứu cơ bản về xúc tác đất hiếm không chỉ có thể nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn tiết kiệm tài nguyên, năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường, phù hợp với định hướng chiến lược phát triển bền vững.
Tại sao các nguyên tố đất hiếm có hoạt tính xúc tác?
Các nguyên tố đất hiếm có cấu trúc điện tử bên ngoài đặc biệt (4f), đóng vai trò là nguyên tử trung tâm của phức hợp và có nhiều số phối trí khác nhau trong khoảng từ 6 đến 12. Sự thay đổi số phối trí của các nguyên tố đất hiếm quyết định rằng chúng có “hóa trị còn lại”. Vì 4f có bảy orbital electron hóa trị dự phòng có khả năng liên kết, nên nó đóng vai trò là “liên kết hóa học dự phòng” hoặc “hóa trị còn lại”. Khả năng này là cần thiết cho một chất xúc tác chính thức. Do đó, các nguyên tố đất hiếm không chỉ có hoạt tính xúc tác mà còn có thể được sử dụng làm chất phụ gia hoặc đồng xúc tác để cải thiện hiệu suất xúc tác của chất xúc tác, đặc biệt là khả năng chống lão hóa và khả năng chống ngộ độc.
Hiện nay, vai trò của nano xeri oxit và nano lanthanum oxit trong xử lý khí thải ô tô đã trở thành trọng tâm mới.
Các thành phần có hại trong khí thải ô tô chủ yếu bao gồm CO, HC và NOx. Đất hiếm được sử dụng trong chất xúc tác làm sạch khí thải ô tô đất hiếm chủ yếu là hỗn hợp của oxit xeri, oxit praseodymium và oxit lanthanum. Chất xúc tác làm sạch khí thải ô tô đất hiếm bao gồm các oxit phức tạp của đất hiếm và coban, mangan và chì. Đây là một loại chất xúc tác ba thành phần với perovskite, loại spinel và cấu trúc, trong đó oxit xeri là thành phần chính. Do đặc tính oxy hóa khử của oxit xeri, các thành phần của khí thải có thể được kiểm soát hiệu quả.
Chất xúc tác làm sạch khí thải ô tô chủ yếu bao gồm chất mang gốm tổ ong (hoặc kim loại) và lớp phủ hoạt hóa bề mặt. Lớp phủ hoạt hóa bao gồm γ-Al2O3 diện tích lớn, lượng oxit thích hợp để ổn định diện tích bề mặt và kim loại hoạt động xúc tác phân tán trong lớp phủ. Để giảm mức tiêu thụ pt và RH đắt tiền, tăng mức tiêu thụ Pd rẻ hơn và giảm chi phí chất xúc tác. Trên cơ sở không làm giảm hiệu suất của chất xúc tác làm sạch khí thải ô tô, một lượng CeO2 và La2O3 nhất định thường được thêm vào lớp phủ hoạt hóa của chất xúc tác ba thành phần Pt-Pd-Rh thường được sử dụng để tạo thành chất xúc tác ba thành phần kim loại quý đất hiếm có tác dụng xúc tác tuyệt vời. La2O3 (UG-La01) và CeO2 được sử dụng làm chất xúc tác để cải thiện hiệu suất của chất xúc tác kim loại quý được hỗ trợ γ- Al2O3. Theo nghiên cứu, CeO2, Cơ chế chính của La2O3 trong chất xúc tác kim loại quý như sau:
1. cải thiện hoạt động xúc tác của lớp phủ hoạt động bằng cách thêm CeO2 để giữ cho các hạt kim loại quý phân tán trong lớp phủ hoạt động, để tránh sự giảm các điểm mạng xúc tác và thiệt hại cho hoạt động gây ra bởi thiêu kết. Thêm CeO2 (UG-Ce01) vào Pt / γ-Al2O3 có thể phân tán trên γ-Al2O3 trong một lớp (lượng phân tán một lớp tối đa là 0,035g CeO2 / g γ-Al2O3), điều này làm thay đổi các tính chất bề mặt của γ-Al2O3 và cải thiện mức độ phân tán của Pt. Khi hàm lượng CeO2 bằng hoặc gần ngưỡng phân tán, mức độ phân tán của Pt đạt cao nhất. Ngưỡng phân tán của CeO2 là liều lượng CeO2 tốt nhất. Trong bầu khí quyển oxy hóa trên 600℃, Rh mất hoạt tính do sự hình thành dung dịch rắn giữa Rh2O3 và Al2O3. Sự tồn tại của CeO2 sẽ làm yếu phản ứng giữa Rh và Al2O3 và duy trì hoạt động của Rh. La2O3(UG-La01) cũng có thể ngăn chặn sự phát triển của các hạt siêu mịn Pt. Thêm CeO2 và La2O3(UG-La01) vào Pd/γ 2al2o3, người ta thấy rằng việc thêm CeO2 thúc đẩy sự phân tán của Pd trên chất mang và tạo ra sự khử hiệp đồng. Sự phân tán cao của Pd và tương tác của nó với CeO2 trên Pd/γ2Al2O3 là chìa khóa cho hoạt động cao của chất xúc tác.
2. Tỷ lệ nhiên liệu không khí tự điều chỉnh (aπ f) Khi nhiệt độ khởi động của ô tô tăng lên hoặc khi chế độ lái xe và tốc độ thay đổi, lưu lượng khí thải và thành phần khí thải thay đổi, khiến điều kiện làm việc của chất xúc tác làm sạch khí thải ô tô liên tục thay đổi và ảnh hưởng đến hiệu suất xúc tác của nó. Cần phải điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu π của không khí theo tỷ lệ thành phần hóa học 1415 ~ 1416, để chất xúc tác có thể phát huy hết chức năng làm sạch của nó. CeO2 là một oxit hóa trị thay đổi (Ce4 + ΠCe3 +), có các tính chất của chất bán dẫn loại N và có khả năng lưu trữ và giải phóng oxy tuyệt vời. Khi tỷ lệ A π F thay đổi, CeO2 có thể đóng vai trò tuyệt vời trong việc điều chỉnh động tỷ lệ nhiên liệu không khí. Nghĩa là, O2 được giải phóng khi nhiên liệu dư thừa để giúp CO và hydrocarbon oxy hóa; Trong trường hợp dư không khí, CeO2-x đóng vai trò khử và phản ứng với NOx để loại bỏ NOx khỏi khí thải để thu được CeO2.
3. Tác dụng của đồng xúc tác Khi hỗn hợp aπ f ở tỷ lệ thành phần hóa học, bên cạnh phản ứng oxy hóa H2, CO, HC và phản ứng khử NOx, CeO2 làm đồng xúc tác cũng có thể đẩy nhanh phản ứng di chuyển khí nước và phản ứng cải cách hơi nước và giảm hàm lượng CO và HC. La2O3 có thể cải thiện tốc độ chuyển đổi trong phản ứng di chuyển khí nước và phản ứng cải cách hơi nước hydrocarbon. Hydro tạo ra có lợi cho quá trình khử NOx. Thêm La2O3 vào Pd/CeO2 -γ-Al2O3 để phân hủy methanol, người ta thấy rằng việc thêm La2O3 đã ức chế sự hình thành sản phẩm phụ là dimethyl ether và cải thiện hoạt tính xúc tác của chất xúc tác. Khi hàm lượng La2O3 là 10%, chất xúc tác có hoạt tính tốt và chuyển đổi methanol đạt mức tối đa (khoảng 91,4%). Điều này cho thấy La2O3 có độ phân tán tốt trên chất mang γ-Al2O3. Hơn nữa, nó thúc đẩy sự phân tán của CeO2 trên chất mang γ2Al2O3 và quá trình khử oxy khối, cải thiện hơn nữa sự phân tán của Pd và tăng cường hơn nữa sự tương tác giữa Pd và CeO2, do đó cải thiện hoạt động xúc tác của chất xúc tác cho quá trình phân hủy metanol.
Theo đặc điểm của quá trình bảo vệ môi trường và sử dụng năng lượng mới hiện nay, Trung Quốc cần phát triển vật liệu xúc tác đất hiếm hiệu suất cao có quyền sở hữu trí tuệ độc lập, đạt được hiệu quả sử dụng tài nguyên đất hiếm, thúc đẩy đổi mới công nghệ vật liệu xúc tác đất hiếm và thực hiện phát triển vượt bậc các cụm công nghiệp công nghệ cao liên quan như đất hiếm, môi trường và năng lượng mới.
Hiện nay, các sản phẩm do công ty cung cấp bao gồm nano zirconia, nano titania, nano alumina, nano nhôm hydroxit, nano kẽm oxit, nano silic oxit, nano magiê oxit, nano magiê hydroxit, nano đồng oxit, nano yttri oxit, nano xeri oxit, nano lanthanum oxit, nano vonfram trioxit, nano ferroferric oxit, nano chất kháng khuẩn và graphene. Chất lượng sản phẩm ổn định và đã được các doanh nghiệp đa quốc gia mua theo lô.
Điện thoại: 86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com
Thời gian đăng: 04-07-2022