稀土催化材料
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稀土催化及助剂材料一、稀土催化及助剂材料的基本概念稀土元素是指周期表中第三个元素系列中的15个元素,包括镧系和钪系元素。
这些元素在地壳中分布极度不均匀,因此被称为“稀土”。
稀土元素具有较特殊的化学性质,包括较强的氧化还原能力、较高的催化活性和较大的化学活性等特点。
因此,稀土元素被广泛应用于催化反应和助剂材料中,成为现代化学领域中不可或缺的重要材料。
稀土催化及助剂材料是利用稀土元素作为催化剂或助剂来加速化学反应或改变反应路径的材料。
这些材料可以提高反应速率、增加产物选择性、减少反应温度或压力等,在化学合成、环境保护、能源转化等领域发挥着重要作用。
稀土催化及助剂材料因其独特的性能和广泛的应用前景而备受关注。
二、稀土催化原理稀土元素在催化反应中的作用主要是与底物、反应中间体和产物形成稳定或活化的配合物,从而改变反应的速率和产物选择性。
稀土催化反应包括氧化还原、加成、氢化、羰基化、亲核取代等多种类型,其催化原理主要包括以下几种:(1)配位效应:稀土元素在催化反应中与底物分子或反应中间体形成配合物,从而改变反应的速率和选择性。
这种配位效应可通过稀土元素的配位效应对反应底物的选择性作用,也可通过稀土元素催化剂对反应中间体的稳定性改善反应速率。
(2)氧化还原性质:稀土元素具有较强的氧化还原性质,可以在氧化还原反应中作为电子传递体参与反应过程。
稀土元素可在氧化还原反应中扮演氧化剂、还原剂或催化剂的角色,从而改变化学反应的方向和速率。
(3)酸碱性质:稀土元素及其化合物具有较强的酸碱性质,可以在酸碱催化反应中作为酸性或碱性催化剂参与反应过程。
稀土元素催化剂的酸碱性质可以对反应底物的活化和中间体的稳定性产生影响,从而影响反应速率和产物选择性。
稀土催化原理的研究有助于揭示稀土元素在催化反应中的作用机制,为稀土催化剂的设计和优化提供理论指导。
三、稀土催化及助剂材料的应用领域稀土催化及助剂材料在化学合成、环境保护、能源转化等领域有广泛的应用。
稀土三元催化剂
稀土三元催化剂通常指的是由稀土元素组成的三元化合物,作为催化剂在各种化学反应中发挥作用。
稀土元素是指周期表中镧系元素,包括镧(La)、铈(Ce)、钕(Pr)、钷(Pm)、钐(Sm)、钆(Eu)、铽(Gd)、镝(Tb)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。
这些稀土元素及其化合物在催化领域中常常表现出特殊的催化性能,其应用包括:
1. 裂解催化剂:稀土元素常被用作裂解催化剂,促使油料中的大分子链裂解为更小的链,以生产燃料和化学原料。
2. 催化剂的氧化还原反应:稀土元素在氧化还原反应中表现出良好的催化活性,例如在汽车尾气处理中的三元催化剂(Three-Way Catalyst,TWC)中。
3. 生物质转化:稀土元素催化剂在生物质转化过程中也有应用,例如在生物质气化和生物质液化中发挥着催化作用。
4. 合成化学反应:稀土元素催化剂还广泛用于有机合成中,参与碳-碳键和碳-氧键的形成和断裂反应。
5. 光催化:针对一些稀土元素,如铈、钨等,它们还表现出优异的光催化性能,可用于光催化反应,例如水分解产氢等。
总体而言,稀土三元催化剂在多种化学反应中都具有广泛的应用,并且在环保和能源领域中扮演着重要的角色。
这些催化剂的性能取决于具体的反应条件和催化剂的组成。
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稀土元素催化剂优点和缺点
稀土元素催化剂是一类在化学反应中起催化作用的重要材料,具有许多优点和一些缺点。
本文将探讨稀土元素催化剂的优点和缺点。
优点:
1. 高催化活性,稀土元素催化剂具有较高的催化活性,能够在相对较低的温度和压力下促进化学反应的进行,从而提高反应速率和产物收率。
2. 良好的选择性,稀土元素催化剂对于特定的反应具有良好的选择性,能够有效地促进目标产物的生成,减少副产物的生成,提高反应的效率。
3. 抗毒性能,稀土元素催化剂对于一些有毒物质具有较好的抗毒性能,能够延长催化剂的使用寿命,减少催化剂的损耗。
4. 可再生性,稀土元素催化剂在一定条件下可以进行再生,减少了催化剂的使用成本,有利于环境保护和可持续发展。
缺点:
1. 成本较高,稀土元素催化剂的制备成本较高,稀土元素本身
的稀缺性和提炼难度导致了催化剂的价格较高。
2. 环境影响,稀土元素的提取和加工过程可能会对环境造成一
定的影响,包括土壤和水资源的污染等。
3. 催化剂失活,一些稀土元素催化剂在反应过程中容易发生失
活现象,降低了催化剂的使用寿命和效率。
总的来说,稀土元素催化剂具有很多优点,但也存在一些缺点。
随着科技的不断发展和进步,相信稀土元素催化剂的优点将会得到
更好的发挥,而缺点也将会得到更好的解决。
稀土催化材料
稀土催化材料是一类具有重要应用价值的新型材料,它在催化剂领域具有广泛
的应用前景。
稀土元素是指化学元素周期表中镧系元素和锕系元素,它们具有较高的化学活性和特殊的电子结构,因此在催化材料中具有独特的优势。
稀土催化材料以其优异的催化性能和广泛的应用领域受到了广泛的关注和研究。
首先,稀土催化材料具有较高的催化活性。
稀土元素具有丰富的价电子和特殊
的电子结构,这使得稀土催化材料在催化反应中能够提供更多的活性位点,从而提高催化活性。
与传统的催化剂相比,稀土催化材料在催化反应中表现出更高的催化活性和选择性,能够有效地降低催化剂的用量,提高反应产物的纯度。
其次,稀土催化材料具有良好的热稳定性和化学稳定性。
稀土元素具有较高的
熔点和氧化还原性,因此稀土催化材料在高温和恶劣环境下依然能够保持良好的催化性能。
此外,稀土催化材料还具有良好的耐腐蚀性能,能够抵抗酸碱和氧化性介质的侵蚀,保持催化活性和稳定性。
再次,稀土催化材料在环境保护和能源领域具有重要应用价值。
稀土催化材料
在汽车尾气净化、废水处理、能源转化等领域具有广泛的应用。
例如,稀土催化材料可以作为三元催化剂,有效降低汽车尾气中的氮氧化物和碳氢化合物的排放;同时,稀土催化材料还可以用于水分解制氢和催化裂解生物质制备生物柴油等能源领域。
综上所述,稀土催化材料具有较高的催化活性、良好的热稳定性和化学稳定性,以及重要的环保和能源应用价值。
随着科学技术的不断进步和催化剂领域的深入研究,相信稀土催化材料将在未来得到更广泛的应用和发展。
稀土材料在催化剂领域中的应用与前景展望引言稀土材料作为一类特殊的化合物,具有丰富的化学活性和独特的物理性质,在各个领域都有广泛的应用。
催化剂领域也不例外,稀土材料因其独特的电子结构和晶体结构,能够提供活性位点和调控反应路径,为催化剂设计和应用带来了新的机遇和挑战。
本文将着重讨论稀土材料在催化剂领域中的应用,并展望其未来发展的前景。
稀土材料在催化剂设计中的应用1.催化剂的构建稀土材料在催化剂设计中常常被用作载体材料,其高表面积和丰富的氧化态能够提供更多的催化活性位点。
此外,稀土材料还能够通过控制晶体结构和表面性质来调控催化剂的活性和选择性。
2.催化反应的催化剂稀土材料因其特殊的化学活性和表面性质,在很多催化反应中具有良好的催化性能。
例如,CeO2材料在三次氧化反应中表现出优异的催化活性和稳定性。
稀土材料还可以作为催化剂的助剂,通过改变表面活性位点或调整反应的反应路径来实现更高的催化效果。
3.稀土材料在催化剂中的应用案例(1)稀土金属氧化物在汽车尾气催化剂中的应用CeO2材料被广泛用于汽车尾气中氧化还原反应的催化剂中。
其在催化剂中的应用主要体现在其高氧存量和自由氧活性,能够提供更多的氧化态Cu和Pd的活性位点,实现更高的氧化还原效果。
(2)稀土催化剂在石化催化加氢中的应用石化催化加氢反应是石化工业中重要的反应之一,稀土材料在其中具有良好的催化效果。
以LaNi5为例,其在石化催化反应中具有较高的催化活性和稳定性,能够有效提高石化产品的质量和产率。
(3)稀土材料在催化剂中的纳米级调控稀土材料的纳米级调控给催化剂的设计和应用带来了更多的可能性。
通过调控稀土材料的晶体结构和表面性质,可以实现催化剂的选择性调控和活性增强。
例如,通过调控CeO2催化剂的晶体结构,可以实现对CO和NOx的高选择性催化还原。
稀土材料在催化剂领域中的前景展望1.稀土材料的合成和表征技术的发展随着合成和表征技术的不断发展,人们对稀土材料的理解和认识也越来越深入。
稀土催化材料稀土催化材料是一种在催化反应中起到催化剂作用的稀土元素化合物。
稀土元素是指周期表中的镧系元素和钇系元素,包括镧、铈、钕、钐、铽、镝、钆、铒、铥、镝、钫、镧和钇等15个元素。
由于稀土元素具有独特的电子结构和特殊的化学性质,稀土催化材料在催化领域中具有重要的应用价值。
稀土催化材料具有许多优异的特性,例如高催化活性、高选择性、耐高温、耐腐蚀等。
这些优点使得稀土催化材料成为许多重要催化反应的理想催化剂,如裂解、加氢、氧化、加氢裂化、蒸气重整等反应。
此外,稀土催化材料还可以用于环境污染治理和能源开发等领域,例如汽车尾气净化、有机废水处理、能源催化转化等。
稀土催化材料的催化活性和选择性来源于其特殊的化学性质。
稀土元素的4f电子是内层电子,对化学反应几乎没有参与。
而在外层电子结构中,稀土元素具有不同的电子构型和能级分布,这使得稀土催化材料可以提供合适的活性位点和电荷转移环境,从而促进催化反应的进行。
此外,稀土元素的离子半径和电子亲和能等参数也影响着稀土催化材料的催化性能。
目前,稀土催化材料的研究已经取得了一些重要的成果。
例如,利用稀土催化材料可以实现高效催化制备生物柴油、氢气制备和重整等,这些成果在环境保护和能源领域有着重要的应用前景。
此外,稀土催化材料还可以与其他催化材料组成复合催化剂,提高催化反应的效率和稳定性。
然而,稀土催化材料的应用还面临一些挑战。
首先,稀土元素的资源相对有限,稀土催化材料的生产成本较高。
其次,稀土催化材料的合成方法还需要进一步改进,以提高催化剂的活性和选择性。
另外,稀土催化材料的表面性质和结构也需要深入研究,以解析其催化机理。
综上所述,稀土催化材料是一种具有重要应用价值的催化剂,具有高催化活性、高选择性、耐高温、耐腐蚀等特点。
稀土催化材料的研究为环境保护和能源开发提供了重要的技术手段和理论指导。
未来,稀土催化材料的研究将有助于发展更高效、低成本的催化剂,推动催化领域的科学和技术进步。
稀土功能材料简介稀土元素具有独特的原子结构和化学性质,可以制备出多种具有特殊性能的功能材料。
本文将介绍一些主要的稀土功能材料。
1.稀土永磁材料稀土永磁材料是指利用稀土元素制成的永久磁性材料,具有高磁能积、高矫顽力和高最大磁能积等特点。
常见的稀土永磁材料包括钐钴永磁体和钕铁硼永磁体等。
2.稀土发光材料稀土发光材料是指利用稀土元素具有的独特电子结构,在激发条件下能够发出不同颜色和波长的光。
常见的稀土发光材料包括荧光粉、激光晶体和电致发光材料等。
3.稀土催化材料稀土催化材料是指利用稀土元素的化学活性,在催化剂或助剂中发挥作用,提高反应效率和产率。
常见的稀土催化材料包括汽车尾气处理催化剂、石油裂化催化剂等。
4.稀土超导材料稀土超导材料是指利用稀土元素的超导性能,在低温下具有零电阻和完全抗磁性。
常见的稀土超导材料包括镧钡铜氧化物等。
5.稀土储氢材料稀土储氢材料是指利用稀土元素的储氢性能,在吸氢状态下能够将氢气储存起来,并且可以在需要时释放出来。
常见的稀土储氢材料包括镧镍合金等。
6.稀土磁致伸缩材料稀土磁致伸缩材料是指利用稀土元素的磁致伸缩性能,在磁场作用下能够产生伸缩变化。
常见的稀土磁致伸缩材料包括铽铁氮合金等。
7.稀土抛光材料稀土抛光材料是指利用稀土元素的化学稳定性和微粒大小,在抛光液中发挥作用,使表面更加光滑亮丽。
常见的稀土抛光材料包括氧化铈颗粒等。
8.稀土玻璃添加剂稀土玻璃添加剂是指利用稀土元素的玻璃形成能力,在玻璃制造过程中改善玻璃的性能和光学性质。
常见的稀土玻璃添加剂包括镧玻璃、铈玻璃等。
稀土材料在催化剂领域中的应用及研究引言催化剂在化学领域中发挥着重要的作用,通过提高反应速率和选择性,催化剂可以促使化学反应在相对温和的条件下进行。
稀土材料因其特殊的电子结构和化学性质,近年来在催化剂领域中的应用和研究受到越来越多的关注。
本文将介绍稀土材料在催化剂领域中的应用及最新研究进展。
稀土催化剂的分类稀土催化剂可以根据其物理性质和化学成分进行分类。
根据物理性质,稀土催化剂可以分为氧化物、氧化物基复合物、负载催化剂等几类;根据化学成分,可以分为单一稀土催化剂和多组分稀土催化剂。
氧化物催化剂氧化物催化剂是最常见的稀土催化剂之一,其具有较高的催化活性和选择性。
以二氧化铈(CeO2)为代表的氧化物催化剂被广泛应用于CO氧化、NO氧化和有机物氧化等反应中。
研究表明,CeO2具有较高的氧存储容量和氧释放特性,这使其在氧还原反应中表现出优异的性能。
氧化物基复合物催化剂氧化物基复合物催化剂由稀土氧化物与其他金属氧化物组成。
这类催化剂具有更复杂的结构和更多的反应中心,因此具有更高的催化性能。
以Ce-Zr-O为代表的氧化物基复合物催化剂在汽车尾气处理和石化产业中广泛应用。
研究发现,Ce-Zr-O催化剂具有较高的氧存储容量和较低的氧稳定性,使得其在低温汽车尾气处理中表现出优异的性能。
负载催化剂负载催化剂是将稀土材料负载在二氧化硅、氧化铝等载体上形成的催化剂。
负载催化剂具有较高的比表面积和更好的分散性,能够提高催化剂的活性和稳定性。
稀土金属氧化物的负载催化剂在乙烯氧化、硝基苯加氢等反应中展示出良好的催化性能。
此外,负载催化剂还能改善稀土材料的抗碳积和抗硫化能力,延长催化剂的使用寿命。
单一稀土催化剂和多组分稀土催化剂单一稀土催化剂是指由单一稀土元素构成的催化剂,如Ce、La等。
多组分稀土催化剂是指由多种不同稀土元素组成的催化剂,如La-Ce、La-Pr等。
单一稀土催化剂在甲烷催化氧化和芳烃异构化等反应中表现出良好的催化性能。
2024年稀土催化剂市场前景分析摘要稀土催化剂作为一种重要的化学催化材料,在各个领域有着广泛的应用。
本文旨在通过对稀土催化剂市场前景的分析,探讨其发展趋势与挑战,为相关行业提供参考意见。
1. 引言稀土催化剂作为一种具有特殊性能和广泛应用的催化材料,其在化学工业生产、环境保护以及能源领域中发挥着重要作用。
稀土元素具有独特的电子结构和物理化学性质,使得稀土催化剂具有较高的活性和选择性,可以提高反应速率和产率,减少副反应产物的生成。
2. 市场规模与发展趋势稀土催化剂市场在过去几年里保持了较快的增长态势。
随着全球经济的发展和工业化进程的加快,对高效催化剂的需求不断增加,稀土催化剂作为一种主要的催化材料,市场前景广阔。
从应用领域来看,化学工业生产是稀土催化剂市场的主要驱动力。
稀土催化剂在石化、有机合成、医药合成等领域中有广泛应用,可以提高反应效率、减少能耗和环境污染,因此具有巨大的市场潜力。
另外,环境保护和能源领域也对稀土催化剂的需求日益增加。
稀土催化剂可以用于废气处理、汽车尾气净化、重金属污染治理等环境保护领域;在能源领域,稀土催化剂可以用于新能源材料的合成、储能技术的研究等,对推动清洁能源发展起到重要作用。
随着新材料、新技术的不断涌现,稀土催化剂市场面临新的发展机遇。
例如,纳米催化剂、金属有机骨架材料等新型催化材料的研究和开发,为稀土催化剂的应用带来了更广阔的前景。
3. 市场挑战与对策稀土催化剂市场虽然前景广阔,但也面临着一些挑战。
首先,稀土元素资源的有限和不均衡分布是稀土催化剂市场的主要制约因素。
稀土催化剂的生产与稀土元素的开采存在一定的相关性,而稀土元素资源在全球范围内主要分布在中国,这给全球稀土催化剂市场带来了一定的供应风险。
其次,稀土催化剂的生产成本相对较高,这也限制了其在一些应用领域的广泛推广。
为了降低成本,需要加强研发和创新,寻找更高效、低成本的制备方法,并探索可替代的催化材料。
此外,稀土催化剂的应用还存在一定的技术难题,例如催化剂的失活和寿命问题、反应条件的控制等。
稀土材料在化学催化领域的应用研究1. 引言稀土元素是指地球化学系列中的镧系元素和锶、铯、铕、钷五种元素。
由于稀土元素具有特殊的电子壳层结构和独特的磁性、光学和催化活性,因此在化学催化领域具有广泛的应用前景。
本文将综述稀土材料在化学催化领域的应用研究,并探讨其优势、挑战及未来发展方向。
2. 稀土材料在催化反应中的应用稀土材料在催化反应中扮演着重要的角色,可以用于加速反应速率、提高产物选择性、改善催化剂的稳定性等方面。
以下是几个常见的稀土材料在化学催化领域的应用案例:2.1 氧化镨催化剂在汽车尾气净化中的应用氧化镨是一种常见的稀土材料,具有良好的氧存储和还原性能。
在汽车尾气净化中,氧化镨可以作为催化剂的组成部分,协助将有害气体如一氧化碳和氮氧化物转化为无害的二氧化碳和氮气。
研究表明,氧化镨催化剂不仅具有高的催化活性和选择性,而且具有较好的耐高温性能,因此被广泛应用于汽车尾气净化系统中。
2.2 稀土金属催化剂在石油加工中的应用稀土金属催化剂在石油加工中具有重要作用。
例如,氧化铈、钐等稀土金属可以作为触媒组分应用于液相催化裂化、加氢处理和脱硫反应等重要反应中。
这些催化剂具有较高的活性和选择性,能够有效地促使石油加工过程中的化学反应进行,从而提高产率和改善产品质量。
2.3 稀土增强型催化剂在化学合成中的应用稀土元素的引入可以显著改变催化剂的活性和选择性。
稀土增强型催化剂已被广泛应用于化学合成领域,例如氧化锆-稀土复合催化剂在酸碱催化和酯化反应中的应用。
通过合理设计催化剂的组成和结构,可以提高反应速率、改善产物选择性,从而有效地促进化学合成过程的进行。
3. 稀土材料在化学催化领域的优势和挑战稀土材料在化学催化领域具有诸多优势。
首先,稀土元素具有独特的电子壳层结构,使得稀土材料具有特殊的催化活性和选择性。
其次,稀土材料的化学性质可以通过控制合成方法和条件进行调节,具有较高的可控性。
此外,稀土材料具有优异的热稳定性和机械强度,适用于高温、高压的工业催化反应。
稀土催化材料种类用途及其生产现状与发展分析09材料化学汤新春 0920213103摘要:催化剂是一种能够加速化学反应,且在反应前后自身不被消耗的物质;加强稀土催化的基础研究既提高生产效率,又节约资源和能源,减少环境污染,符合可持续发展的战略方向。
到目前为止,能够在工业中获得应用的稀土催化材料主要有3类,包括分子筛稀土催化材料、稀土钙钛矿催化材料、以及铈锆固溶体催化材料等,见表1所示。
其中分子筛稀土催化材料又可细分为中孔、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。
关键字:稀土催化材料种类生产现状一、稀土催化材料的种类众所周知,我国稀土矿以轻稀土组分为主,其中镧、铈等组分约占60%以上。
随着我国稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土抛光粉、稀土在冶金工业中等应用领域逐年扩大,国内市场对中重稀土的需求量也快速增加。
造成了高丰度的铈、镧、镨等轻稀土的大量积压,导致我国稀土资源的开采和应用之间存在着严重的不平衡。
研究发现,轻稀土元素由于其独特的4f电子层结构,使其在化学反应过程中表现出良好的助催化性能与功效。
因此,将轻稀土用作催化材料是一条很好的稀土资源综合利用出路。
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。
与传统的贵金属催化剂相比,稀土催化材料在资源丰度、成本、制备工艺、以及性能等方面都具有较强的优势。
目前不仅大量用于汽车尾气净化,还扩展到工业有机废气、室内空气净化、催化燃烧、以及燃料电池等领域。
自20世纪90年代末以来,发达国家的环保催化剂市场一直以20%速度增长。
因此,稀土催化材料在环保催化剂产品市场,特别是在有毒、有害气体的净化方面,具有巨大的应用市场和发展潜力。
二、汽车尾气净化近年来,随着我国汽车产量及保有量一直呈高速增长势态。
自2002年10月以来,我国汽车产量平均增长率超过37%。
2002年产量为325万辆, 2003年已达440余万辆。
预计2004年汽车产量将超过510万辆。
继美国、日本、德国之后,中国2003年汽车产量已超过法国,已成为世界第四大汽车制造国。
汽车的大量使用,使我国许多城市产生了严重的大气污染。
治理机动车的排气污染,主要依靠安装含催化剂的三元净化器。
由于稀土催化材料可以扩大三效催化剂的操作窗口,提高净化效率和稳定性,在汽车尾气净化方面已获得广泛应用。
在全球范围内,仅汽车尾气净化方面的稀土年消耗量可达1.5万吨REO。
目前,稀土用于汽车尾气净化方面包括在活性层中主要用作储氧材料、替代部分主催化剂、以及作为催化助剂等。
在分散层中主要用作改善γ-Al2O3的高温稳定性。
在载体中主要用于改善机械强度和热稳定性。
另外,汽车的电子燃油喷射系统需要的氧传感器也是由含稀土的陶瓷材料制造的。
除汽车外,我国自1999年以来,一直是世界最大的摩托车制造国,摩托车的年产量早已超过1000万辆。
目前对发达国家出口的摩托车要求必须安装尾气净化器,国内一些大中型城市已开始要求治理摩托车的排气污染,这是稀土催化材料应用的一个重要方面。
在柴油车的尾气污染治理中,目前主要依靠安装一个氧化净化器来对柴油车排放的碳烟以及部分气体污染物进行氧化净化治理。
这是稀土催化材料应用的又一个方面 2002 年以来,我国固定式小型燃油发动机的产量也快速增长。
目前主要用于家用发电机、庭院剪草机、小型灌溉设备、水上动力设备、以及许多其它方面。
2003年仅出口的小型燃油发动机就达1500余万台。
其中部分厂商已要求安装净化器,这又开拓了稀土催化材料的应用新领域。
从上述稀土催化材料的应用领域看,我国稀土催化材料的用量正逐年增大。
2003年,我国国内生产的汽车尾气净化器产量已达320余万套。
包括催化剂、载体、以及氧传感器所消耗的各类稀土,总稀土用量达910余吨。
预计到2005年,我国汽车尾气净化器的市场需求将超过 550万套,总稀土消耗量将达1560余吨。
三、工业有机废气治理目前的大气污染物主要来自机动车排放的尾气,以及工业过程排放的有机废气等。
如何针对这几种污染气体的成分特点,研究有效的催化材料是当前污染治理的关键所在。
与此同时,随着生活水平的提高,室内空气污染也已成为都市居民所担心的关键。
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。
目前,利用稀土催化技术治理工业有机废气的工作主要集中在挥发性有机废气治理、烟气脱硫、燃烧过程脱氮、纳米TiO2光催化稀土改性、以及焦化污水催化净化等方面。
目前,在有机涂料、工业溶剂、粘合剂、制衣、制鞋、以及许多与有机溶液生产与使用的行业,工业有机废气的污染很严重。
国内外的实践证明,治理工业废气和室内空气净化,催化氧化技术是最有效的技术措施。
1997年以来,美国工业有机废气净化用催化剂的销售额一直以年平均20%~25%的速度增长。
我国是化学品生产的大国,其中95%以上的废气尚未治理。
稀土催化材料由于其良好的催化性能,独特的低温活性,优越的抗中毒能力,在有机废气治理方面已显示出越来越优越的开发应用前景。
其中稀土复合中孔催化材料具有大表面积、合适孔径分布、结构稳定等特点,已经成为工业有机废气净化中最有前景的催化材料之一。
此外,通过纳米水平的设计,开发出先进的稀土催化材料,可以在降低90%贵金属用量的情况下仍能保证催化净化效率提高1倍。
稀土具有复杂的能级结构和光谱特性,对纳米TiO2进行掺杂改性,可有效提高光催化的效率,是最具希望解决可见光利用率的技术之一。
研究表明,在可见光下利用纳米TiO2的光催化与稀土催化材料的低温催化氧化复合,被认为是最有希望的、可大规模应用于人居环境净化的有效方法。
四、催化燃烧在20年之内,煤和石油在我国能源结构中仍将占主导地位。
传统的燃烧方式燃烧温度高,超过1500℃,在这个温度下燃烧很容易产生氮氧化物,增加全球温室效应。
另外,燃烧效率低,噪音高,且一些廉价燃料不能广泛应用。
利用催化燃烧技术可改变燃烧方式,提高燃烧效率,降低燃烧温度,减少NOx的形成,且燃烧过程中噪音低,廉价燃料也可大量应用,具有高效节能、环境友好等优点,是燃烧技术的未来发展方向。
据有关资料介绍,利用催化燃烧技术可提高热效率64%,燃烧效率可达99.5%,节能效果达15%以上。
我国现有近40套炼油装置,年加工原油超过2亿吨。
另外,燃煤电厂,工业锅炉、以及民用取暖等,年消耗能源超过14亿吨标准煤。
采用催化燃烧技术,其节能效果将相当可观。
另外,2002年我国燃气式热水器产量达7600万台,利用催化燃烧技术,也可提高民用燃料的燃烧效率。
因此,催化燃烧技术在天然气发电、工业热源和民用等方面有巨大的发展潜力。
目前,用于催化燃烧的主要是稀土催化材料,具有价格便宜、原料易得、耐高温性能好等优势。
特别是利用分子组装技术制备稀土催化材料,使稀土及其活性组分在高温下具有较好的稳定性,是促进催化燃烧的发展方向。
其中稀土基钙钛矿、六铝酸盐等稀土复合氧化物在天然气高温催化燃烧应用方面更具有良好的发展前景。
五、燃料电池燃料电池能量转化效率高,污染物超低或零排放,是21世纪高效、低污染的绿色能源。
预计到2010年,燃料电池技术可在大型电站、新型分布式电站等方面形成超过3000亿美元的庞大市场。
稀土氧化物具有良好的离子和电子导电性,对改善固体氧化物燃料电池的性能有着无法取代的作用。
通过选择合适的氧化物组成,可提高电极材料的离子导电率,降低氧还原的活化能。
通过研究组成、结构与导电性的关系以及掺杂离子的形态,来设计、合成新型结构的复合稀土氧化物,获得高电催化活性和高电导率的稀土电极材料,是固体氧化物燃料电池目前的研究热点。
六、展望1.针对能源和环保领域的特点,发展具有自主知识产权的高性能稀土催化材料,促进稀土资源的高效利用,是解决稀土资源平衡利用的关键。
2.我国正处于汽车工业大发展时期,将稀土催化材料用于汽车尾气净化,既保护环境,又扩大稀土应用,是把稀土资源优势转化为经济优势的一个重要途经。
3.将稀土催化材料用于工业有机废气污染治理和人居环境净化,是推动稀土催化应用的动力之一。
4.稀土催化燃烧既提高燃烧效率,节约能源,又减少氮氧化物排放,保护环境,必将成为稀土催化的一个新兴领域。
5.稀土催化材料用于固体氧化物燃料电池是稀土在能源领域中的一个重要应用。
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