稀土催化材料..pptVIP

稀土催化材料 应化11 齐洋 我国是稀土大国, 稀土的储量和产量均为世界第一, 但我国的稀土消费量只占世界总量的约14%。同时我国还存在稀土利用的不平衡, 随着我国稀土永磁、冶金、荧光粉等产量的增加, 中重稀土和钕的消费量大幅增加, 导致高丰度的元素铈、镧等大量积压( 镧、铈、镨在包头矿和四川冕宁矿中约占 80%, 在江西信丰、寻乌矿中约占 35% ~ 50% ) 。镧、铈等轻稀土目前的主要应用领域是用作催化材料，在美国稀土催化材料约占稀土总用量的 57. 6%, 而我国稀土在催化材料中的用量只有 8. 5% 左右。因此要改变我国目前稀土使用的失衡现状, 大力发展稀土催化材料具有非常重要的意义。 由于稀土元素具有特殊的外层电子结构（4f），其作为络合物的中心原子，具有从6～12的各种配位数。稀土元素这种配位数的可变性，决定了它们具有“剩余的原子价”。因为4f有7个后备价电子轨道具有成键能力，起着某种“后备化学键”或“剩余原子价”的作用。这种能力正是催化剂所必须具备的。因此，稀土元素不仅本身具有催化活性，还可以作为添加剂或助催化剂，以提高催化剂的催化性能，尤其是抗老化能力和抗中毒能力。 稀土元素为何具有催化活性？ 稀土催化材料的种类  稀土催化材料的应用 利用稀土具有的特异的物理和化学性能，研制成的各种稀土功能材料在信息、生物、新材料、新能源以及环保等现代科技和现代工业中起着十分重要的作用。目前能够在工业中获得应用的稀土催化材料，主要有三类： 分子筛稀土催化材料可细分为中孔、微孔、介孔、以及纳孔稀土催化材料等几大类，且目前主要用于炼油催化剂。 稀土钙钛矿催化材料由于其制备简单、耐高温、抗中毒等性能优越，目前主要用作环保催化剂，也广泛用于光催化分解水制氢、以及石油化工行业的碳氢化合物重整反应等方面。目前已开发并应用的主要有钙钛矿型稀土复合氧化物催化剂、以及掺杂微量贵金属的稀土钙钛矿型催化剂等。 钙钛矿型氧化物ABO3晶体结构示意图 铈锆固溶体催化材料是应汽车尾气净化市场的需求发展起来的一种稀土催化材料。早期主要利用铈的储氧性能来调节汽车尾气中的氧化还原反应。后来发现单一的铈储氧材料其持久性耐高温性能并不能满足日益发展的汽车尾气催化剂的寿命要求，而添加一些锆可明显改善储氧材料的抗高温性能，从而改善催化剂的耐久性。目前，铈锆固溶体催化材料不仅用于石油化工领域的各种催化过程，也广泛用于汽车尾气净化、以及其它环保领域。 应用 工业废气及人居环境净化 燃料电池 催化燃烧 汽车尾气净化 汽车尾气中的有害成分主要有CO、HC、 NOX。稀土汽车尾气净化催化剂所用到的稀土主要是以氧化铈、氧化镨和氧化镧的混合物为主，稀土汽车尾气净化催化剂由稀土与钴、锰、铅的复合氧化物组成，是一类三元催化剂，具有钙钛矿、尖晶石型结构，其中氧化铈是关键成分。由于氧化铈的氧化还原特性，能有效控制排放尾气的组分。 一、汽车尾气净化 二、工业废气及人居环境净化 环境污染的控制与治理，是人类21世纪面临和亟待解决的重大课题。空气中超标的硫氧化物（SOx） 、氮氧化物（NOx）、碳氢化物（HC）、挥发性有机物（VOCS）等有害气体绝对量大，治理困难，严重威胁着人类健康和环境。如，空气中的粉尘和有害气体污染会大大降低人体对病毒的免疫力，由于空气污染增加了人们病毒感染的机率。因此，工业有机废气的催化治理技术，以及室内空气净化是近年来稀土催化研究最为活跃的领域之一。 1. 稀土催化在烟气脱硫脱氮方面的研究及应用 NOx和SO2是大气中的主要污染物，能形成酸雨和光化学烟雾，给环境和人体健康带来严重影响。 稀土催化材料在烟气脱硫脱氮过程中显示出独特的吸收和催化性能。含铈铝酸镁尖晶石，是脱除催化裂化烟道气中SO2的最有效催化剂。这种催化剂系列在SO2中抗硫中毒性强，对CO还原NOx的反应具有明显的活性，可以有效地同时控制烟道气SO2和NOx的排放量。稀土氧化物催化还原脱除烟气中的SO2所涉及的催化剂主要有钙钛矿型稀土复合氧化物、荧石型稀土复（混）合氧化物，以及其他稀土氧化物等。 近年来开发研究联合脱硫脱氮新技术新设备，已成为烟气净化技术发展的总趋势。如SO2氧化结合选择性催化还原NOX一体化技术、再生式脱除NOx和SO2的化学技术、等离子体烟气脱硫脱氮技术、烟气中NOx和SO2催化消除技术等脱硫脱氮一体化技术研究，已取得了一定的进展。德国Bergbau-Forschung