Come tutti sappiamo, i minerali di terre rare in Cina sono composti principalmente da componenti leggeri, di cui lantanio e cerio rappresentano oltre il 60%. Con l'espansione anno dopo anno dei materiali magnetici permanenti a base di terre rare, dei materiali luminescenti a base di terre rare, della polvere lucidante a base di terre rare e delle terre rare nell'industria metallurgica in Cina, anche la domanda di terre rare medie e pesanti sul mercato interno sta aumentando rapidamente. Ciò ha causato un notevole arretrato di terre rare leggere ad alta abbondanza come Ce, La e Pr, che porta a un grave squilibrio tra lo sfruttamento e l'applicazione delle risorse di terre rare in Cina. È stato riscontrato che gli elementi leggeri di terre rare mostrano buone prestazioni catalitiche ed efficacia nel processo di reazione chimica grazie alla loro esclusiva struttura a guscio elettronico 4f. Pertanto, l'utilizzo di terre rare leggere come materiale catalitico è un buon modo per un utilizzo completo delle risorse di terre rare. Il catalizzatore è un tipo di sostanza che può accelerare una reazione chimica e non viene consumato prima e dopo la reazione. Il rafforzamento della ricerca di base sulla catalisi delle terre rare può non solo migliorare l'efficienza della produzione, ma anche risparmiare risorse ed energia e ridurre l'inquinamento ambientale, il che è in linea con l'orientamento strategico dello sviluppo sostenibile.
Perché gli elementi delle terre rare hanno attività catalitica?
Gli elementi delle terre rare hanno una speciale struttura elettronica esterna (4f), che funge da atomo centrale del complesso e presenta diversi numeri di coordinazione, che vanno da 6 a 12. La variabilità del numero di coordinazione degli elementi delle terre rare determina la loro "valenza residua". Poiché 4f ha sette orbitali elettronici di valenza di riserva con capacità di legame, svolge il ruolo di "legame chimico di riserva" o "valenza residua". Questa capacità è necessaria per un catalizzatore formale. Pertanto, gli elementi delle terre rare non solo possiedono attività catalitica, ma possono anche essere utilizzati come additivi o cocatalizzatori per migliorare le prestazioni catalitiche dei catalizzatori, in particolare la capacità anti-invecchiamento e anti-avvelenamento.
Attualmente, il ruolo dell'ossido di cerio nano e dell'ossido di lantanio nano nel trattamento dei gas di scarico delle automobili è diventato un nuovo obiettivo.
I componenti nocivi presenti nei gas di scarico delle automobili includono principalmente CO, HC e NOx. Le terre rare utilizzate nel catalizzatore per la purificazione dei gas di scarico delle automobili sono principalmente una miscela di ossido di cerio, ossido di praseodimio e ossido di lantanio. Il catalizzatore per la purificazione dei gas di scarico delle automobili è composto da ossidi complessi di terre rare e cobalto, manganese e piombo. Si tratta di un tipo di catalizzatore ternario con struttura a perovskite, tipo spinello, in cui l'ossido di cerio è il componente chiave. Grazie alle caratteristiche redox dell'ossido di cerio, i componenti dei gas di scarico possono essere efficacemente controllati.
Il catalizzatore per la purificazione dei gas di scarico delle automobili è composto principalmente da un supporto ceramico (o metallico) a nido d'ape e da un rivestimento attivato superficialmente. Il rivestimento attivato è composto da γ-Al₂O₂ ad ampia superficie, da una quantità adeguata di ossido per la stabilizzazione della superficie e da metallo cataliticamente attivo disperso nel rivestimento. Per ridurre il consumo di costosi pt e rh, aumentare il consumo di pd, più economico, e ridurre il costo del catalizzatore, al fine di non ridurre le prestazioni del catalizzatore per la purificazione dei gas di scarico delle automobili, una certa quantità di CeO₂ e La₂O₂ vengono comunemente aggiunte al rivestimento di attivazione del catalizzatore ternario Pt-Pd-rh comunemente utilizzato per formare un catalizzatore ternario a base di metalli preziosi e terre rare con un eccellente effetto catalitico. La₂O₂ (UG-LaO₂) e CeO₂ sono stati utilizzati come promotori per migliorare le prestazioni dei catalizzatori a metalli nobili supportati da γ-Al₂O₂. Secondo la ricerca, il principale meccanismo di formazione di CeO₂O₂ nei catalizzatori a metalli nobili è il seguente:
1. Migliorare l'attività catalitica del rivestimento attivo aggiungendo CeO2 per mantenere le particelle di metallo prezioso disperse nel rivestimento attivo, in modo da evitare la riduzione dei punti reticolari catalitici e il danneggiamento dell'attività causati dalla sinterizzazione. L'aggiunta di CeO2 (UG-CeO1) a Pt/γ-Al₂O₂ può disperdersi su γ-Al₂O₂ in un singolo strato (la quantità massima di dispersione in un singolo strato è 0,035 g di CeO2/g di γ-Al₂O₂), modificando le proprietà superficiali di γ-Al₂O₂ e migliorando il grado di dispersione di Pt. Quando il contenuto di CeO2 è uguale o prossimo alla soglia di dispersione, il grado di dispersione di Pt raggiunge il massimo. La soglia di dispersione di CeO2 rappresenta il dosaggio ottimale di CeO2. In atmosfera di ossidazione superiore a 600 °C, il Rh perde la sua attivazione a causa della formazione di una soluzione solida tra Rh₂O₂ e Al₂O₂. La presenza di CeO2 indebolisce la reazione tra Rh e Al2O3 e mantiene l'attivazione di Rh. La2O3 (UG-La01) può anche prevenire la crescita di particelle ultrafini di Pt. Aggiungendo CeO2 e La2O3 (UG-La01) a Pd/γ2al2o3, si è scoperto che l'aggiunta di CeO2 promuoveva la dispersione di Pd sul supporto e produceva una riduzione sinergica. L'elevata dispersione di Pd e la sua interazione con CeO2 su Pd/γ2Al2O3 sono la chiave dell'elevata attività del catalizzatore.
2. Rapporto aria-carburante autoregolato (aπ f) Quando la temperatura di avviamento dell'automobile aumenta, o quando la modalità di guida e la velocità cambiano, la portata e la composizione dei gas di scarico cambiano, il che determina una costante variazione delle condizioni di funzionamento del catalizzatore di purificazione dei gas di scarico dell'automobile e ne influenza le prestazioni catalitiche. È necessario regolare il rapporto aria-carburante π rispetto al rapporto stechiometrico di 1415~1416, in modo che il catalizzatore possa svolgere appieno la sua funzione di purificazione. Il CeO2 è un ossido a valenza variabile (Ce4 + ΠCe3+), che ha le proprietà di un semiconduttore di tipo N e un'eccellente capacità di accumulo e rilascio di ossigeno. Quando il rapporto Aπ F cambia, il CeO2 può svolgere un ruolo eccellente nella regolazione dinamica del rapporto aria-carburante. In altre parole, l'O2 viene rilasciato quando il carburante è in eccesso per favorire l'ossidazione di CO e idrocarburi; In caso di eccesso d'aria, il CeO2-x svolge una funzione riducente e reagisce con gli NOx per rimuovere gli NOx dai gas di scarico e ottenere CeO2.
3. Effetto del cocatalizzatore Quando la miscela di aπ f è in rapporto stechiometrico, oltre alla reazione di ossidazione di H2, CO, HC e alla reazione di riduzione di NOx, CeO2 come cocatalizzatore può anche accelerare la migrazione del gas d'acqua e la reazione di steam reforming e ridurre il contenuto di CO e HC. La2O3 può migliorare il tasso di conversione nella reazione di migrazione del gas d'acqua e nella reazione di steam reforming degli idrocarburi. L'idrogeno generato è benefico per la riduzione di NOx. Aggiungendo La2O3 a Pd/Ceo2 -γ-Al2O3 per la decomposizione del metanolo, si è scoperto che l'aggiunta di La2O3 inibiva la formazione del sottoprodotto dimetil etere e migliorava l'attività catalitica del catalizzatore. Quando il contenuto di La2O3 è del 10%, il catalizzatore ha una buona attività e la conversione del metanolo raggiunge il massimo (circa il 91,4%). Ciò dimostra che La2O3 ha una buona dispersione sul vettore γ-Al2O3. Inoltre, ha promosso la dispersione di CeO2 sul vettore γ2Al2O3 e la riduzione dell'ossigeno in massa, ha ulteriormente migliorato la dispersione di Pd e ha ulteriormente potenziato l'interazione tra Pd e CeO2, migliorando così l'attività catalitica del catalizzatore per la decomposizione del metanolo.
In base alle caratteristiche dell'attuale tutela ambientale e del nuovo processo di utilizzo dell'energia, la Cina dovrebbe sviluppare materiali catalitici ad alte prestazioni a base di terre rare con diritti di proprietà intellettuale indipendenti, raggiungere un utilizzo efficiente delle risorse di terre rare, promuovere l'innovazione tecnologica dei materiali catalitici a base di terre rare e realizzare uno sviluppo a balzo in avanti di cluster industriali ad alta tecnologia correlati quali terre rare, ambiente e nuova energia.
Attualmente, i prodotti forniti dall'azienda includono nano zirconia, nano titania, nano allumina, nano idrossido di alluminio, nano ossido di zinco, nano ossido di silicio, nano ossido di magnesio, nano idrossido di magnesio, nano ossido di rame, nano ossido di ittrio, nano ossido di cerio, nano ossido di lantanio, nano triossido di tungsteno, nano ossido ferroferrico, nano agente antibatterico e grafene. La qualità del prodotto è stabile ed è stato acquistato in lotti da aziende multinazionali.
Tel: 86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com
Data di pubblicazione: 04-07-2022