ნანო იშვიათი დედამიწის ოქსიდის გამოყენება ავტომობილების გამონაბოლქვში

როგორც ყველამ ვიცით, იშვიათი მიწიერი მინერალები ჩინეთში ძირითადად შედგება მსუბუქი იშვიათი მიწიერი კომპონენტებისგან, რომელთაგან ლანთანი და ცერიუმი 60%-ზე მეტს შეადგენს. იშვიათი დედამიწის მუდმივი მაგნიტის მასალების, იშვიათი დედამიწის ლუმინესცენტური მასალების, იშვიათი დედამიწის გასაპრიალებელი ფხვნილისა და იშვიათი მიწების გაფართოებით ჩინეთში მეტალურგიულ ინდუსტრიაში ყოველწლიურად იზრდება მოთხოვნა საშუალო და მძიმე იშვიათ მიწაზე შიდა ბაზარზეც. ამან გამოიწვია მაღალი სიმრავლის მსუბუქი იშვიათი მიწების დიდი ნარჩენი, როგორიცაა Ce, La და Pr, რაც იწვევს სერიოზულ დისბალანსს ჩინეთში იშვიათი დედამიწის რესურსების ექსპლუატაციასა და გამოყენებას შორის. აღმოჩნდა, რომ მსუბუქი იშვიათი დედამიწის ელემენტები ავლენენ კარგ კატალიზურ მოქმედებას და ეფექტურობას ქიმიური რეაქციის პროცესში მათი უნიკალური 4f ელექტრონული გარსის სტრუქტურის გამო. ამიტომ, მსუბუქი იშვიათი დედამიწის, როგორც კატალიზური მასალის გამოყენება კარგი გზაა იშვიათი დედამიწის რესურსების ყოვლისმომცველი გამოყენებისთვის. კატალიზატორი არის ერთგვარი ნივთიერება, რომელსაც შეუძლია დააჩქაროს ქიმიური რეაქცია და არ მოიხმარება რეაქციამდე და მის შემდეგ. იშვიათი დედამიწის კატალიზის საბაზისო კვლევის გაძლიერებამ შეიძლება არა მხოლოდ გააუმჯობესოს წარმოების ეფექტურობა, არამედ დაზოგოს რესურსები და ენერგია და შეამციროს გარემოს დაბინძურება, რაც შეესაბამება მდგრადი განვითარების სტრატეგიულ მიმართულებას.

რატომ აქვთ იშვიათ დედამიწის ელემენტებს კატალიზური აქტივობა?

იშვიათ დედამიწის ელემენტებს აქვთ სპეციალური გარე ელექტრონული სტრუქტურა (4f), რომელიც მოქმედებს როგორც კომპლექსის ცენტრალური ატომი და აქვს სხვადასხვა საკოორდინაციო რიცხვი 6-დან 12-მდე. იშვიათი დედამიწის ელემენტების კოორდინაციის რიცხვის ცვალებადობა განსაზღვრავს, რომ მათ აქვთ "ნარჩენი ვალენტობა". . იმის გამო, რომ 4f-ს აქვს შვიდი სარეზერვო ვალენტური ელექტრონის ორბიტალი შემაკავშირებელი უნარით, ის ასრულებს "სარეზერვო ქიმიური ბმის" ან "ნარჩენი ვალენტობის" როლს. ეს უნარი აუცილებელია ფორმალური კატალიზატორისთვის. მაშასადამე, იშვიათ დედამიწის ელემენტებს არა მხოლოდ აქვთ კატალიზური აქტივობა, არამედ შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც დანამატები ან კოკატალიზატორები კატალიზატორების კატალიზური მოქმედების გასაუმჯობესებლად, განსაკუთრებით დაბერების საწინააღმდეგო და მოწამვლის საწინააღმდეგო უნარის გასაუმჯობესებლად.

ამჟამად, ნანო ცერიუმის ოქსიდის და ნანო ლანთანუმის ოქსიდის როლი საავტომობილო გამონაბოლქვის მკურნალობაში ახალი აქცენტი გახდა.

საავტომობილო გამონაბოლქვის მავნე კომპონენტები ძირითადად შეიცავს CO, HC და NOx. იშვიათი დედამიწა, რომელიც გამოიყენება ავტომობილების გამონაბოლქვის გამწმენდ კატალიზატორში, ძირითადად არის ცერიუმის ოქსიდის, პრასეოდიმიუმის ოქსიდის და ლანთანუმის ოქსიდის ნარევი. იშვიათი დედამიწის საავტომობილო გამონაბოლქვი გამწმენდი კატალიზატორი შედგება იშვიათი დედამიწისა და კობალტის, მანგანუმის და ტყვიის რთული ოქსიდებისგან. ეს არის ერთგვარი სამჯერადი კატალიზატორი პეროვსკიტით, სპინელის ტიპისა და სტრუქტურით, რომელშიც ცერიუმის ოქსიდი არის მთავარი კომპონენტი. ცერიუმის ოქსიდის რედოქსის მახასიათებლების გამო, გამონაბოლქვი აირების კომპონენტების ეფექტური კონტროლი შესაძლებელია.

მანქანის გამონაბოლქვი გამწმენდი კატალიზატორი ძირითადად შედგება თაფლისებრი კერამიკული (ან ლითონის) მატარებლისგან და ზედაპირის გააქტიურებული საფარისგან. გააქტიურებული საფარი შედგება დიდი ფართობის γ-Al2O3, სათანადო რაოდენობის ოქსიდის ზედაპირის ფართობის სტაბილიზაციისთვის და კატალიზურად აქტიური ლითონისგან, რომელიც გაფანტულია საფარში. ძვირადღირებული pt-ისა და RH-ის მოხმარების შესამცირებლად, უფრო იაფი Pd-ის მოხმარების გაზრდის მიზნით და კატალიზატორის ღირებულების შესამცირებლად, იმ პირობით, რომ არ შემცირდება მანქანის გამონაბოლქვი გამწმენდი კატალიზატორის მოქმედება, ჩვეულებრივ ემატება CeO2 და La2O3 გარკვეული რაოდენობა. საყოველთაოდ გამოყენებული Pt-Pd-Rh სამჯერადი კატალიზატორის აქტივაციის საფარი იშვიათი დედამიწის ძვირფასი ლითონის სამმხრივი კატალიზატორის შესაქმნელად შესანიშნავი კატალიზური ეფექტი. La2O3(UG-La01) და CeO2 გამოიყენებოდა როგორც პრომოტორები γ-Al2O3 მხარდაჭერილი კეთილშობილი ლითონის კატალიზატორების მუშაობის გასაუმჯობესებლად. კვლევის მიხედვით, CeO2, La2O3-ის ძირითადი მექანიზმი კეთილშობილური ლითონის კატალიზატორებში შემდეგია:

1. გააუმჯობესოს აქტიური საფარის კატალიზური აქტივობა CeO2-ის დამატებით, რათა შეინარჩუნოს ძვირფასი ლითონის ნაწილაკები აქტიურ საფარში, რათა თავიდან იქნას აცილებული კატალიზური მედის წერტილების შემცირება და აგლომერაციის შედეგად გამოწვეული აქტივობის დაზიანება. CeO2(UG-Ce01) Pt/γ-Al2O3-ში დამატებისას შესაძლებელია γ-Al2O3-ზე გაფანტვა ერთ ფენად (ერთფენიანი დისპერსიის მაქსიმალური რაოდენობაა 0.035გ CeO2/g γ-Al2O3), რაც ცვლის γ-ის ზედაპირის თვისებებს. -Al2O3 და აუმჯობესებს Pt-ის დისპერსიულ ხარისხს. როდესაც CeO2 შემცველობა უდრის ან ახლოსაა დისპერსიასთან ზღურბლზე, Pt-ის დისპერსიული ხარისხი აღწევს უმაღლესს. CeO2-ის დისპერსიული ბარიერი არის CeO2-ის საუკეთესო დოზა. 600℃-ზე ზემოთ დაჟანგვის ატმოსფეროში, Rh კარგავს აქტივაციას Rh2O3-სა და Al2O3-ს შორის მყარი ხსნარის წარმოქმნის გამო. CeO2-ის არსებობა შეასუსტებს რეაქციას Rh-სა და Al2O3-ს შორის და შეინარჩუნებს Rh-ის აქტივაციას. La2O3(UG-La01) ასევე შეუძლია თავიდან აიცილოს Pt ულტრაწვრილი ნაწილაკების ზრდა. CeO2 და La2O3(UG-La01) Pd/γ 2al2o3-ზე დამატებით, აღმოჩნდა, რომ CeO2-ის დამატებამ ხელი შეუწყო Pd-ის დისპერსიას მატარებელზე და წარმოქმნა სინერგიული შემცირება. Pd-ის მაღალი დისპერსია და მისი ურთიერთქმედება CeO2-თან Pd/γ2Al2O3-ზე არის კატალიზატორის მაღალი აქტივობის გასაღები.

2. ჰაერ-საწვავის ავტომატური რეგულირების თანაფარდობა (aπ f) როდესაც ავტომობილის საწყისი ტემპერატურა მატულობს, ან როდესაც იცვლება მართვის რეჟიმი და სიჩქარე, იცვლება გამონაბოლქვი ნაკადის სიჩქარე და გამონაბოლქვი აირების შემადგენლობა, რაც ქმნის მანქანის გამონაბოლქვის სამუშაო პირობებს. გაზის გამწმენდი კატალიზატორი მუდმივად იცვლება და გავლენას ახდენს მის კატალიზურ მოქმედებაზე. აუცილებელია ჰაერის π საწვავის თანაფარდობის კორექტირება 1415~1416 სტოიქიომეტრიულ თანაფარდობასთან, რათა კატალიზატორმა შეძლოს სრულად მისცეს მისი გამწმენდი ფუნქცია. CeO2 არის ცვლადი ვალენტური ოქსიდი (Ce4 +ΠCe3+), რომელსაც აქვს თვისებები: N- ტიპის ნახევარგამტარი და აქვს ჟანგბადის შესანახი და გამოშვების შესანიშნავი უნარი. როდესაც A π F თანაფარდობა იცვლება, CeO2-ს შეუძლია შეასრულოს შესანიშნავი როლი ჰაერ-საწვავის თანაფარდობის დინამიკურ რეგულირებაში. ანუ, O2 გამოიყოფა, როდესაც საწვავი ზედმეტია, რათა დაეხმაროს CO და ნახშირწყალბადების დაჟანგვას; ჭარბი ჰაერის შემთხვევაში, CeO2-x ასრულებს შემამცირებელ როლს და რეაგირებს NOx-თან, რათა ამოიღოს NOx გამონაბოლქვი აირიდან და მიიღოს CeO2.

3. კოკატალიზატორის ეფექტი როდესაც aπ f-ის ნარევი არის სტოიქიომეტრიულ თანაფარდობაში, გარდა H2, CO, HC-ის დაჟანგვის რეაქციისა და NOx-ის შემცირების რეაქციისა, CeO2, როგორც კოკატალიზატორი, ასევე შეუძლია დააჩქაროს წყლის გაზის მიგრაცია და ორთქლის რეფორმირების რეაქცია და შეამციროს CO და HC-ის შემცველობა. La2O3-ს შეუძლია გააუმჯობესოს კონვერტაციის სიჩქარე წყლის გაზის მიგრაციის რეაქციაში და ნახშირწყალბადის ორთქლის რეფორმირების რეაქციაში. გენერირებული წყალბადი სასარგებლოა NOx-ის შემცირებისთვის. La2O3-ის დამატება Pd/CeO2-γ-Al2O3-ში მეთანოლის დაშლისთვის, აღმოჩნდა, რომ La2O3-ის დამატება აფერხებს ქვეპროდუქტის დიმეთილის ეთერის წარმოქმნას და აუმჯობესებს კატალიზატორის კატალიზურ აქტივობას. როდესაც La2O3-ის შემცველობა არის 10%, კატალიზატორს აქვს კარგი აქტივობა და მეთანოლის გარდაქმნა აღწევს მაქსიმუმს (დაახლოებით 91,4%). ეს გვიჩვენებს, რომ La2O3-ს აქვს კარგი დისპერსია γ-Al2O3 მატარებელზე. გარდა ამისა, მან ხელი შეუწყო CeO2-ის დისპერსიას γ2Al2O3 გადამზიდავზე და ჟანგბადის ნაყარის შემცირებას, კიდევ უფრო გააუმჯობესა Pd-ის დისპერსია და კიდევ უფრო გააძლიერა ურთიერთქმედება Pd-სა და CeO2-ს შორის, რაც აუმჯობესებს მეთანოლის დაშლის კატალიზატორის კატალიზური აქტივობა.

მიმდინარე გარემოს დაცვისა და ახალი ენერგიის გამოყენების პროცესის მახასიათებლების მიხედვით, ჩინეთმა უნდა განავითაროს მაღალი ხარისხის იშვიათი დედამიწის კატალიზური მასალები დამოუკიდებელი ინტელექტუალური საკუთრების უფლებებით, მიაღწიოს იშვიათი დედამიწის რესურსების ეფექტურ გამოყენებას, ხელი შეუწყოს იშვიათი დედამიწის კატალიზური მასალების ტექნოლოგიურ ინოვაციას და განახორციელოს ნახტომი. - დაკავშირებული მაღალტექნოლოგიური ინდუსტრიული კლასტერების შემდგომი განვითარება, როგორიცაა იშვიათი დედამიწა, გარემო და ახალი ენერგია.

ამჟამად კომპანიის მიერ მოწოდებული პროდუქტები მოიცავს ნანო ცირკონიას, ნანო ტიტანიას, ნანო ალუმინს, ნანო ალუმინის ჰიდროქსიდს, ნანო თუთიის ოქსიდს, ნანო სილიციუმის ოქსიდს, ნანო მაგნიუმის ოქსიდს, ნანო მაგნიუმის ჰიდროქსიდს, ნანო სპილენძის ოქსიდს, ნანო იტრიუმის ოქსიდს, ნანო ლანთანუმის ოქსიდი, ნანო ვოლფრამის ტრიოქსიდი, ნანო ფეროფერის ოქსიდი, ნანო ანტიბაქტერიული აგენტი და გრაფენი. პროდუქტის ხარისხი სტაბილურია და ის შეძენილია მრავალეროვნული საწარმოების მიერ პარტიებში.

ტელ:86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com