Comme nous le savons tous, les minéraux de terres rares en Chine sont principalement composés de composants légers de terres rares, dont le lanthane et le cérium représentent plus de 60 %. Avec l'expansion des matériaux à aimants permanents de terres rares, des matériaux luminescents de terres rares, de la poudre de polissage de terres rares et des terres rares dans l'industrie métallurgique en Chine d'année en année, la demande de terres rares moyennes et lourdes sur le marché intérieur augmente également rapidement. un important retard dans les terres rares légères de grande abondance telles que Ce, La et Pr, ce qui conduit à un grave déséquilibre entre l'exploitation et l'application des ressources de terres rares en Chine. Il a été constaté que les éléments légers des terres rares présentent de bonnes performances catalytiques et une bonne efficacité dans le processus de réaction chimique en raison de leur structure unique de couche électronique 4f. Par conséquent, l’utilisation de terres rares légères comme matériau catalytique est un bon moyen d’utiliser pleinement les ressources en terres rares. Le catalyseur est une sorte de substance qui peut accélérer une réaction chimique et qui n'est pas consommée avant et après la réaction. Le renforcement de la recherche fondamentale sur la catalyse des terres rares peut non seulement améliorer l'efficacité de la production, mais également économiser les ressources et l'énergie et réduire la pollution de l'environnement, ce qui est conforme à l'orientation stratégique du développement durable.
Pourquoi les éléments des terres rares ont une activité catalytique ?
Les éléments des terres rares ont une structure électronique externe spéciale (4f), qui agit comme l'atome central du complexe et possède différents numéros de coordination allant de 6 à 12. La variabilité du numéro de coordination des éléments des terres rares détermine qu'ils ont une « valence résiduelle ». . Parce que 4f possède sept orbitales électroniques de valence de secours avec une capacité de liaison, il joue un rôle de « liaison chimique de secours » ou de « valence résiduelle ». Cette capacité est nécessaire pour un catalyseur formel. Par conséquent, les éléments des terres rares ont non seulement une activité catalytique, mais peuvent également être utilisés comme additifs ou cocatalyseurs pour améliorer les performances catalytiques des catalyseurs, en particulier la capacité anti-vieillissement et la capacité anti-empoisonnement.
À l'heure actuelle, le rôle du nanooxyde de cérium et du nanooxyde de lanthane dans le traitement des gaz d'échappement des automobiles est devenu un nouvel objectif.
Les composants nocifs des gaz d’échappement des automobiles comprennent principalement le CO, les HC et les NOx. Les terres rares utilisées dans le catalyseur de purification des gaz d'échappement des automobiles aux terres rares sont principalement un mélange d'oxyde de cérium, d'oxyde de praséodyme et d'oxyde de lanthane. Le catalyseur de purification des gaz d'échappement des automobiles aux terres rares est composé d'oxydes complexes de terres rares et de cobalt, de manganèse et de plomb. Il s'agit d'une sorte de catalyseur ternaire avec pérovskite, type et structure spinelle, dans lequel l'oxyde de cérium est le composant clé. En raison des caractéristiques redox de l'oxyde de cérium, les composants des gaz d'échappement peuvent être contrôlés efficacement.
Le catalyseur de purification des gaz d'échappement automobiles est principalement composé d'un support en céramique (ou métallique) en nid d'abeille et d'un revêtement activé en surface. Le revêtement activé est composé de γ-Al2O3 sur une grande surface, d'une quantité appropriée d'oxyde pour stabiliser la surface et de métal catalytiquement actif dispersé dans le revêtement. Pour réduire la consommation de pt et RH coûteux, augmenter la consommation de Pd moins cher et réduire le coût du catalyseur, dans le but de ne pas réduire les performances du catalyseur de purification des gaz d'échappement automobile, une certaine quantité de CeO2 et de La2O3 est couramment ajoutée dans le revêtement d'activation du catalyseur ternaire Pt-Pd-Rh couramment utilisé pour former un catalyseur ternaire de métal précieux de terres rares avec un excellent effet catalytique. La2O3 (UG-La01) et CeO2 ont été utilisés comme promoteurs pour améliorer les performances des catalyseurs de métaux nobles supportés par γ-Al2O3. Selon les recherches, CeO2,Le mécanisme principal du La2O3 dans les catalyseurs à métaux nobles est le suivant :
1. améliorer l'activité catalytique du revêtement actif en ajoutant du CeO2 pour maintenir les particules de métaux précieux dispersées dans le revêtement actif, afin d'éviter la réduction des points du réseau catalytique et les dommages à l'activité provoqués par le frittage. L'ajout de CeO2 (UG-Ce01) dans Pt/γ-Al2O3 peut se disperser sur γ-Al2O3 en une seule couche (la quantité maximale de dispersion monocouche est de 0,035 g de CeO2/g de γ-Al2O3), ce qui modifie les propriétés de surface de γ. -Al2O3 et améliore le degré de dispersion du Pt. Lorsque la teneur en CeO2 est égale ou proche du seuil de dispersion, le degré de dispersion du Pt atteint le plus haut. Le seuil de dispersion du CeO2 est le meilleur dosage de CeO2. Dans l'atmosphère d'oxydation au-dessus de 600℃, Rh perd son activation en raison de la formation d'une solution solide entre Rh2O3 et Al2O3. L'existence de CeO2 va affaiblir la réaction entre Rh et Al2O3 et maintenir l'activation du Rh. La2O3(UG-La01) peut également empêcher la croissance de particules ultrafines de Pt. En ajoutant CeO2 et La2O3(UG-La01) au Pd/γ 2al2o3, il a été constaté que l'ajout de CeO2 favorisait la dispersion du Pd sur le support et produisait un réduction synergique. La forte dispersion du Pd et son interaction avec CeO2 sur Pd/γ2Al2O3 sont la clé de la forte activité du catalyseur.
2. Rapport air-carburant automatiquement ajusté (aπ f) Lorsque la température de démarrage de l'automobile augmente, ou lorsque le mode de conduite et la vitesse changent, le débit d'échappement et la composition des gaz d'échappement changent, ce qui modifie les conditions de fonctionnement de l'échappement de l'automobile. Le catalyseur de purification des gaz change constamment et affecte ses performances catalytiques. Il est nécessaire d'ajuster le rapport π carburant de l'air au rapport stœchiométrique de 1415~1416, afin que le catalyseur puisse jouer pleinement sa fonction de purification. CeO2 est un oxyde de valence variable (Ce4 +ΠCe3+), qui a les propriétés de Semi-conducteur de type N et possède une excellente capacité de stockage et de libération d'oxygène. Lorsque le rapport A π F change, CeO2 peut jouer un excellent rôle dans l'ajustement dynamique du rapport air-carburant. Autrement dit, l’O2 est libéré lorsque le carburant est excédentaire pour aider le CO et les hydrocarbures à s’oxyder ; En cas d'excès d'air, le CeO2-x joue un rôle réducteur et réagit avec les NOx pour éliminer les NOx des gaz d'échappement afin d'obtenir du CeO2.
3. Effet du cocatalyseur Lorsque le mélange de aπ f est dans un rapport stoechiométrique, outre la réaction d'oxydation de H2, CO, HC et la réaction de réduction de NOx, CeO2 en tant que cocatalyseur peut également accélérer la migration de l'eau gazeuse et la réaction de reformage à la vapeur et réduire le teneur en CO et HC. La2O3 peut améliorer le taux de conversion dans la réaction de migration de l'eau et du gaz et dans la réaction de reformage à la vapeur d'hydrocarbures. L'hydrogène généré est bénéfique pour la réduction des NOx. En ajoutant La2O3 au Pd/CeO2 -γ-Al2O3 pour la décomposition du méthanol, il a été constaté que l'ajout de La2O3 inhibait la formation de sous-produit diméthyléther et améliorait l'activité catalytique du catalyseur. Lorsque la teneur en La2O3 est de 10 %, le catalyseur a une bonne activité et la conversion du méthanol atteint son maximum (environ 91,4 %). Cela montre que La2O3 a une bonne dispersion sur le support γ-Al2O3. En outre, il favorise la dispersion de CeO2 sur le support γ2Al2O3 et la réduction de l'oxygène en vrac, améliore encore la dispersion du Pd et renforce encore l'interaction entre le Pd et CeO2, améliorant ainsi la activité catalytique du catalyseur pour la décomposition du méthanol.
Selon les caractéristiques actuelles de la protection de l'environnement et du nouveau processus d'utilisation de l'énergie, la Chine devrait développer des matériaux catalytiques de terres rares de haute performance avec des droits de propriété intellectuelle indépendants, parvenir à une utilisation efficace des ressources en terres rares, promouvoir l'innovation technologique des matériaux catalytiques de terres rares et réaliser un bond en avant. -faire progresser le développement de grappes industrielles de haute technologie connexes telles que les terres rares, l'environnement et les énergies nouvelles.
À l'heure actuelle, les produits fournis par la société comprennent la nano-zircone, la nano-oxyde de titane, la nano-alumine, la nano-hydroxyde d'aluminium, la nano-oxyde de zinc, la nano-oxyde de silicium, la nano-oxyde de magnésium, la nano-hydroxyde de magnésium, la nano-oxyde de cuivre, la nano-oxyde d'yttrium, la nano-oxyde de cérium. , nano oxyde de lanthane, nano trioxyde de tungstène, nano oxyde ferroferrique, nano agent antibactérien et graphène. La qualité du produit est stable et il a été acheté par lots par des entreprises multinationales.
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Heure de publication : 23 août 2021