稀土催化剂在环保领域中的应用
摘要：介绍了稀土催化剂在汽车尾气治理、降解印染废水、对城市生活垃圾的处理以及其他领域的研究与应用进展，展望了稀土催化剂在环保产业中的发展前景。
关键字：稀土催化剂汽车尾气治理废水降解垃圾处理
如何高效、经济和无害化地消除或减少由于人类活动而产生的环境污染成为环境可持续发展的核心问题。在解决环境问题过程中,寻求一种既能对环境友好,又能有效降低环境污染物的催化材料至关重要,稀土材料具备这些特性。由于稀土元素具有丰富的能级和特殊的4f外电子层结构,有着特殊的物理和化学性能,不仅本身具有催化性能,而且可以作为添加剂和助催化剂,对其他催化剂进行改性,提高催化剂的催化性能。因此,稀土材料作为催化剂在许多化学过程中得到广泛应用,如化工、冶金、医疗、能源和环境等。本文主要对稀土催化材料在汽车尾气净化等涉及环境保护领域的几个重要过程中的利用和发展现状进行了评述,并就稀土催化材料在环境保护应用中存在的问题及其发展方向进行了分析与展望。
1.稀土催化剂在汽车尾气中的应用
在我国大中型城市，特别是在北京、上海、广州等地，汽车尾气排放已成为主要的大气污染源。在北京市大气污染物排放总量中，平均有83%的一氧化碳、74%的碳氢化合物，以及41%的氮氧化物是由汽车尾气排放形成的。汽车尾气治理产品在20世纪70年代前主要使用三元贵金属（Pt、Pd、Rh）催化剂，尽管这类催化剂具有催化活性高、净化效果好和使用寿命长等特点，但是因其价格昂贵，且负载催化剂的氧化铝载体热稳定性易受影响，因而限制了其广泛使用。稀土凭借其独特的物化性质，能够提高催化剂载体的热稳定性和机械强度，贵金属的分散度、改善催化剂的储氧能力等，在汽车尾气净化方面起着重要的作用。
2.稀土催化臭氧氧化法降解印染废水
印染废水是一种有机物含量高、色度高、生化性能差的难降解有机废水，印染废水处理技术中 COD难以降低和高色度废水难以脱色是两大难点。目前，有效降解印染废水的方法有很多，其中催化氧化是主流的先进技术，尤其是臭氧在处理一些难降解有机物方面占有重要地位，显示出一定的优越性。在传统的臭氧氧化体系中，掺入某些稀土化合物作为催化剂，对臭氧进行同相催化，可以有效降解废水中难降解的有机物，提高臭氧的氧化率。通过进一步实验发
现，以 TiO
2、CuO、Al
2
O
3
为载体制备的负载型稀土催化剂对臭氧进行多相催化，
可以进一步提高臭氧的催化效率。本文通过前期的比较实验发现，以 SiO
2
为载体制备的二氧化硅负载型稀土催化剂，较同类型不同载体的负载型催化剂而言，
具有较高的比表面积，且制备载体的原料 Na
2SiO
3
便宜易得，该催化剂在废水
处理方面优势明显。多相稀土/臭氧催化法具有操作简单、COD 去除率高、处理
费用少、工艺性能稳定等优点，为印染废水的处理提供了新的路径，拓宽了稀土在工业水处理方面的应用领域。
3.稀土催化剂对城市生活垃圾热解制氢影响
我国大中城市年产垃圾１亿吨以上，垃圾堆存量逾 70 多亿吨，侵占土地面积达５亿平方米，对环境造成严重危害，因此各国都把城市生活垃圾的减量化、无害化和资源化作为处置城市生活垃圾问题的原则，垃圾热解是在无氧或缺氧的条件下进行的分解反应，无害化彻底，并且可以资源回收。在此基础上引入催化剂，通过催化热解重整的方式从生活垃圾中回收氢资源，具有重大意义。稀土催化剂作为一种环境友好型催化剂，在脱硫、脱硝、汽车尾气净化等
的方向方面表现出优良性能，利用它通过催化重整的方式使热解过程向生成 H
2
发生，有效提高氢资源回收率。
研究表明，在不同温度下稀土催化剂对生活垃圾热解制氢的影响规律以及稀土催化剂催化条件下对生活垃圾热解产气、产氢的改善效果。实验结果表明，在 750~900 ℃范围内，使用稀土催化剂催化热解，产气量和氢气含量明显提升，但在 800 ℃以上的温度区间有失活迹象，在 800 ℃时，产氢量达到最大，此时产气量为 0.82 L/g，氢气含量为 31.8 %。相对于不使用催化剂的热解过程，稀土催化剂对垃圾热解的产气量和氢气含量均有明显提升，尤其在 800 ℃以下催化剂不失活的条件下，催化产氢效果改善显著。
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