Wie wir alle wissen, bestehen Seltenerdmineralien in China hauptsächlich aus leichten Seltenerdkomponenten, von denen Lanthan und Cer mehr als 60 % ausmachen. Mit der jährlichen Ausweitung der Produktion von Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien, Seltenerd-Leuchtstoffen, Seltenerd-Polierpulvern und Seltenen Erden in der chinesischen Metallurgieindustrie steigt auch die Nachfrage nach mittelschweren und schweren Seltenen Erden auf dem Inlandsmarkt rasant an. Dies hat zu einem großen Rückstand bei häufig vorkommenden leichten Seltenen Erden wie Ce, La und Pr geführt, was zu einem gravierenden Ungleichgewicht zwischen der Nutzung und Anwendung der Seltenerdressourcen in China führt. Leichte Seltenerdelemente zeigen aufgrund ihrer einzigartigen 4f-Elektronenschalenstruktur eine gute katalytische Leistung und Wirksamkeit in chemischen Reaktionsprozessen. Deshalb ist die Verwendung leichter Seltener Erden als Katalysatormaterial eine gute Möglichkeit zur umfassenden Nutzung der Seltenerdressourcen. Ein Katalysator ist eine Substanz, die chemische Reaktionen beschleunigen kann und weder vor noch nach der Reaktion verbraucht wird. Durch die Stärkung der Grundlagenforschung zur Seltenerdkatalyse lässt sich nicht nur die Produktionseffizienz steigern, sondern auch Ressourcen und Energie einsparen sowie die Umweltverschmutzung verringern, was im Einklang mit der strategischen Ausrichtung einer nachhaltigen Entwicklung steht.
Warum haben Seltenerdelemente eine katalytische Aktivität?
Seltene Erden besitzen eine besondere äußere Elektronenstruktur (4f), die als Zentralatom des Komplexes fungiert und verschiedene Koordinationszahlen von 6 bis 12 aufweist. Die Variabilität der Koordinationszahlen von Seltenen Erden bestimmt deren „Restvalenz“. Da 4f sieben bindungsfähige Backup-Valenzelektronenorbitale besitzt, fungiert es als „Restvalenz“ bzw. „Restvalenz“. Diese Fähigkeit ist für einen formalen Katalysator notwendig. Daher besitzen Seltene Erden nicht nur katalytische Aktivität, sondern können auch als Additive oder Cokatalysatoren eingesetzt werden, um die katalytische Leistung von Katalysatoren zu verbessern, insbesondere die Alterungsbeständigkeit und Vergiftungsbeständigkeit.
Derzeit ist die Rolle von Nano-Ceroxid und Nano-Lanthanoxid bei der Behandlung von Autoabgasen in den Mittelpunkt gerückt.
Zu den schädlichen Bestandteilen von Autoabgasen zählen vor allem CO, HC und NOx. Die im Abgasreinigungskatalysator verwendeten Seltenen Erden bestehen hauptsächlich aus einer Mischung von Ceroxid, Praseodymoxid und Lanthanoxid. Der Abgasreinigungskatalysator besteht aus komplexen Oxiden der Seltenen Erden sowie Kobalt, Mangan und Blei. Es handelt sich um einen ternären Katalysator mit Perowskit- und Spinellstruktur, dessen Hauptbestandteil Ceroxid ist. Dank der Redoxeigenschaften von Ceroxid können die Abgaskomponenten effektiv kontrolliert werden.
Abgasreinigungskatalysatoren für Kraftfahrzeuge bestehen hauptsächlich aus einem wabenförmigen Keramik- (oder Metall-)Träger und einer aktivierten Oberflächenbeschichtung. Die aktivierte Beschichtung besteht aus großflächigem γ-Al₂O₃, einer angemessenen Menge Oxid zur Stabilisierung der Oberfläche und in der Beschichtung dispergiertem katalytisch aktivem Metall. Um den Verbrauch von teurem Pt und RH zu reduzieren, den Verbrauch von günstigerem Pd zu erhöhen und so die Katalysatorkosten zu senken, wird der Aktivierungsbeschichtung des häufig verwendeten ternären Pt-Pd-Rh-Katalysators üblicherweise eine bestimmte Menge CeO₂ und La₂O₃ zugesetzt, um einen ternären Katalysator aus Seltenerdmetallen mit hervorragender katalytischer Wirkung zu bilden. La₂O₃ (UG-LaO₁) und CeO₂ wurden als Promotoren eingesetzt, um die Leistung von γ-Al₂O₃-geträgerten Edelmetallkatalysatoren zu verbessern. Untersuchungen zeigen, dass der Hauptmechanismus von La₂O₃ in Edelmetallkatalysatoren wie folgt ist:
1. Verbessern Sie die katalytische Aktivität der aktiven Beschichtung, indem Sie CeO2 hinzufügen, um die Edelmetallpartikel in der aktiven Beschichtung verteilt zu halten und so eine Verringerung der katalytischen Gitterpunkte und eine durch Sintern verursachte Aktivitätsbeeinträchtigung zu vermeiden. Durch Zugabe von CeO2 (UG-CeO1) zu Pt/γ-Al2O3 kann es sich in einer einzigen Schicht auf γ-Al2O3 verteilen (die maximale Menge der einschichtigen Dispersion beträgt 0,035 g CeO2/g γ-Al2O3), wodurch sich die Oberflächeneigenschaften von γ-Al2O3 ändern und der Dispersionsgrad von Pt verbessert wird. Wenn der CeO2-Gehalt gleich oder nahe der Dispersionsschwelle ist, erreicht der Dispersionsgrad von Pt den höchsten. Die Dispersionsschwelle von CeO2 ist die beste CeO2-Dosierung. In einer Oxidationsatmosphäre über 600 °C verliert Rh seine Aktivierung aufgrund der Bildung einer festen Lösung zwischen Rh2O3 und Al2O3. Die Anwesenheit von CeO2 schwächt die Reaktion zwischen Rh und Al2O3 und erhält die Aktivierung von Rh aufrecht. La2O3 (UG-LaO1) kann zudem das Wachstum ultrafeiner Pt-Partikel verhindern. Die Zugabe von CeO2 und La2O3 (UG-LaO1) zu Pd/γ2Al2O3 förderte die Dispersion von Pd auf dem Träger und führte zu einer synergistischen Reduktion. Die hohe Dispersion von Pd und seine Wechselwirkung mit CeO2 auf Pd/γ2Al2O3 sind der Schlüssel zur hohen Aktivität des Katalysators.
2. Automatische Anpassung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (aπ f). Steigt die Starttemperatur des Fahrzeugs oder ändern sich Fahrmodus und Geschwindigkeit, verändern sich Abgasdurchfluss und Abgaszusammensetzung. Dadurch ändern sich die Arbeitsbedingungen des Abgaskatalysators ständig, was wiederum dessen katalytische Leistung beeinträchtigt. Damit der Katalysator seine volle Reinigungsfunktion entfalten kann, muss das aπ f-Verhältnis der Luft auf das stöchiometrische Verhältnis von 1415 bis 1416 eingestellt werden. CeO2 ist ein Oxid variabler Valenz (Ce4 + ΠCe3+), das die Eigenschaften eines N-Typ-Halbleiters besitzt und über eine hervorragende Sauerstoffspeicher- und -abgabekapazität verfügt. Ändert sich das aπ f-Verhältnis, kann CeO2 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dynamisch anpassen. Bei Kraftstoffüberschuss wird O2 freigesetzt, um die Oxidation von CO und Kohlenwasserstoffen zu unterstützen. Bei Luftüberschuss wirkt CeO2-x reduzierend und reagiert mit NOx, um NOx aus dem Abgas zu entfernen und CeO2 zu bilden.
3. Wirkung des Cokatalysators: Wenn das aπ f-Gemisch im stöchiometrischen Verhältnis vorliegt, kann CeO2 als Cokatalysator neben der Oxidationsreaktion von H2, CO, HC und der Reduktionsreaktion von NOx auch die Wassergasmigration und die Dampfreformierungsreaktion beschleunigen und den CO- und HC-Gehalt senken. La2O3 kann die Umwandlungsrate bei der Wassergasmigrationsreaktion und der Kohlenwasserstoff-Dampfreformierungsreaktion verbessern. Der erzeugte Wasserstoff trägt zur NOx-Reduktion bei. Durch Zugabe von La2O3 zu Pd/CeO2-γ-Al2O3 zur Methanolzersetzung wurde festgestellt, dass die Zugabe von La2O3 die Bildung des Nebenprodukts Dimethylether hemmt und die katalytische Aktivität des Katalysators verbessert. Bei einem La2O3-Gehalt von 10 % weist der Katalysator eine gute Aktivität auf und die Methanolumwandlung erreicht das Maximum (ca. 91,4 %). Dies zeigt, dass La2O3 eine gute Dispersion auf einem γ-Al2O3-Träger aufweist. Darüber hinaus förderte es die Dispersion von CeO2 auf einem γ2Al2O3-Träger und die Reduzierung von Sauerstoff in der Masse, verbesserte die Dispersion von Pd weiter und verstärkte die Wechselwirkung zwischen Pd und CeO2 weiter, wodurch die katalytische Aktivität des Katalysators für die Methanolzersetzung verbessert wurde.
Entsprechend den Merkmalen des aktuellen Umweltschutzes und der Nutzung neuer Energien sollte China hochleistungsfähige Seltenerd-Katalysatormaterialien mit unabhängigen Rechten an geistigem Eigentum entwickeln, eine effiziente Nutzung der Seltenerdressourcen erreichen, die technologische Innovation bei Seltenerd-Katalysatormaterialien fördern und eine sprunghafte Entwicklung verwandter Hightech-Industriecluster wie Seltene Erden, Umwelt und neue Energien realisieren.
Zu den derzeit vom Unternehmen gelieferten Produkten zählen Nano-Zirkonoxid, Nano-Titanoxid, Nano-Aluminiumoxid, Nano-Aluminiumhydroxid, Nano-Zinkoxid, Nano-Siliziumoxid, Nano-Magnesiumoxid, Nano-Magnesiumhydroxid, Nano-Kupferoxid, Nano-Yttriumoxid, Nano-Ceroxid, Nano-Lanthanoxid, Nano-Wolframtrioxid, Nano-Ferroferrioxid, Nano-Antibiotika und Graphen. Die Produktqualität ist stabil und das Produkt wird von multinationalen Unternehmen in großen Mengen gekauft.
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Beitragszeit: 04.07.2022