יישום של תחמוצת ננו-ארץ נדירה באגזוז של מכוניות

כידוע לכולנו, מינרלי אדמה נדירה בסין מורכבים בעיקר מרכיבי אדמה נדירה קלים, מתוכם לנתן וצריום מהווים יותר מ-60%. עם התרחבות חומרי מגנט קבועים של אדמה נדירה, חומרים זוהרים של אדמה נדירה, אבקת ליטוש של אדמה נדירה ואדמה נדירה בתעשיית המתכת בסין משנה לשנה, הביקוש לאדמה נדירה בינונית וכבדה בשוק המקומי עולה במהירות. הדבר גרם לצבר גדול של אדמה נדירה קלה בשפע רב כמו Ce, La ו-Pr, מה שמוביל לחוסר איזון חמור בין ניצול ויישום משאבי אדמה נדירה בסין. נמצא כי יסודות אדמה נדירה קלים מראים ביצועים קטליטיים ויעילות טובים בתהליך התגובה הכימית בשל מבנה קליפת האלקטרונים הייחודי שלהם 4f. לכן, שימוש באדמה נדירה קלה כחומר קטליטי הוא דרך טובה לניצול מקיף של משאבי אדמה נדירה. זרז הוא סוג של חומר שיכול להאיץ תגובה כימית ואינו נצרך לפני ואחרי התגובה. חיזוק המחקר הבסיסי של קטליזה של אדמה נדירה יכול לא רק לשפר את יעילות הייצור, אלא גם לחסוך במשאבים ואנרגיה ולהפחית את זיהום הסביבה, דבר התואם את הכיוון האסטרטגי של פיתוח בר-קיימא.

מדוע ליסודות אדמה נדירים יש פעילות קטליטית?

ליסודות אדמה נדירים יש מבנה אלקטרוני חיצוני מיוחד (4f), הפועל כאטום המרכזי של הקומפלקס ויש לו מספרי קואורדינציה שונים הנעים בין 6 ל-12. השונות של מספר הקואורדינציה של יסודות אדמה נדירים קובעת שיש להם "ערכיות שיורית". מכיוון של-4f יש שבעה אורביטלים של אלקטרונים ערכיים לגיבוי עם יכולת קשר, הוא ממלא תפקיד של "קשר כימי גיבוי" או "ערכיות שיורית". יכולת זו הכרחית לזרז פורמלי. לכן, ליסודות אדמה נדירים יש לא רק פעילות קטליטית, אלא גם יכולים לשמש כתוספים או כקו-זרזים כדי לשפר את הביצועים הקטליטיים של הזרזים, במיוחד את יכולת האנטי-אייג'ינג ואת יכולת האנטי-הרעלה.

כיום, תפקידם של ננו-צריום אוקסיד וננו-לנתנום אוקסיד בטיפול בפליטת מכוניות הפך למוקד חדש.

רכיבים מזיקים בפליטת רכב כוללים בעיקר CO, HC ו-NOx. הזרז לטיהור פליטות רכב מסוג אדמה נדירה הוא בעיקר תערובת של תחמוצת צריום, תחמוצת פרסאודימיום ותחמוצת לנתן. הזרז לטיהור פליטות רכב מסוג אדמה נדירה מורכב מתחמוצות מורכבות של אדמה נדירה וקובלט, מנגן ועופרת. זהו סוג של זרז טרנרי בעל מבנה מסוג פרובסקיט וספינל, שבו תחמוצת צריום היא המרכיב המרכזי. בשל מאפייני החמצון-חיזור של תחמוצת צריום, ניתן לשלוט ביעילות ברכיבי גזי הפליטה.

זרז לטיהור פליטות רכב מורכב בעיקר מנשא קרמי (או מתכתי) וציפוי מופעל על פני השטח. הציפוי המופעל מורכב מ-γ-Al2O3 בעל שטח גדול, כמות מתאימה של תחמוצת לייצוב שטח הפנים ומתכת פעילה קטליטית המפוזרת בציפוי. כדי להפחית את צריכת ה-pt וה-RH היקרים, להגדיל את צריכת ה-Pd הזול יותר ולהפחית את עלות הזרז. מתוך הנחה שלא יפגעו בביצועי הזרז לטיהור פליטות רכב, כמות מסוימת של CeO2 ו-La2O3 מוסיפים בדרך כלל לציפוי ההפעלה של הזרז הטרינרי Pt-Pd-Rh הנפוץ ליצירת זרז טרינרי ממתכת יקרה נדירה בעל אפקט קטליטי מעולה. La2O3(UG-La01) ו-CeO2 שימשו כמקדמי אנרגיה לשיפור ביצועי הזרזים של מתכות אצילות הנתמכות על ידי γ-Al2O3. על פי מחקרים, המנגנון העיקרי של La2O3 בזרזים של מתכות אצילות הוא כדלקמן:

1. שיפור הפעילות הקטליטית של הציפוי הפעיל על ידי הוספת CeO2 כדי לשמור על פיזור חלקיקי המתכת היקרה בציפוי הפעיל, על מנת למנוע הפחתה של נקודות סריג קטליטיות ונזק לפעילות הנגרם על ידי סינטור. הוספת CeO2(UG-Ce01) לתוך Pt/γ-Al2O3 יכולה לפזר על γ-Al2O3 בשכבה אחת (הכמות המקסימלית של פיזור בשכבה אחת היא 0.035 גרם CeO2/גרם γ-Al2O3), מה שמשנה את תכונות פני השטח של γ-Al2O3 ומשפר את דרגת הפיזור של Pt. כאשר תכולת CeO2 שווה או קרובה לסף הפיזור, דרגת הפיזור של Pt מגיעה לשיא. סף הפיזור של CeO2 הוא המינון הטוב ביותר של CeO2. באטמוספרת חמצון מעל 600℃, Rh מאבד את ההפעלה שלו עקב היווצרות תמיסה מוצקה בין Rh2O3 ל-Al2O3. נוכחות CeO2 תחליש את התגובה בין Rh ל-Al2O3 ותשמור על ההפעלה של Rh. La2O3(UG-La01) יכול גם למנוע את צמיחתם של חלקיקי Pt עדינים במיוחד. הוספת CeO2 ו-La2O3(UG-La01) ל-Pd/γ2al2o3, נמצא כי הוספת CeO2 קידמה את פיזור ה-Pd על גבי הנשא ויצרה הפחתה סינרגטית. הפיזור הגבוה של Pd והאינטראקציה שלו עם CeO2 על Pd/γ2Al2O3 הם המפתח לפעילות הגבוהה של הזרז.

2. יחס אוויר-דלק מותאם אוטומטית (aπ f) כאשר טמפרטורת ההתנעה של הרכב עולה, או כאשר מצב הנהיגה והמהירות משתנים, קצב זרימת הפליטה והרכב גזי הפליטה משתנים, מה שגורם לתנאי העבודה של הזרז לטיהור גזי הפליטה של ​​הרכב להשתנות ללא הרף ומשפיע על ביצועיו הקטליטיים. יש צורך להתאים את יחס π של דלק באוויר ליחס סטוכיומטרי של 1415~1416, כך שהזרז יוכל לתת את מלוא תפקוד הטיהור שלו. CeO2 הוא תחמוצת ערכיות משתנה (Ce4 +ΠCe3+), בעלת תכונות של מוליך למחצה מסוג N, ובעלת יכולת אחסון ושחרור חמצן מצוינת. כאשר יחס Aπ F משתנה, CeO2 יכול למלא תפקיד מצוין בהתאמה דינמית של יחס אוויר-דלק. כלומר, O2 משתחרר כאשר יש עודף דלק כדי לסייע לחמצון CO ופחמימנים; במקרה של עודף אוויר, CeO2-x ממלא תפקיד מחזר ומגיב עם NOx כדי להסיר NOx מגז הפליטה כדי לקבל CeO2.

3. השפעת הקו-קטליזטור כאשר תערובת aπ f נמצאת ביחס סטוכיומטרי, בנוסף לתגובת החמצון של H2, CO, HC ותגובת החיזור של NOx, CeO2 כקו-קטליזטור יכול גם להאיץ את נדידת גז המים ותגובת הרפורמציה בקיטור ולהפחית את תכולת ה-CO וה-HC. La2O3 יכול לשפר את קצב ההמרה בתגובת נדידת גז המים ותגובת הרפורמציה בקיטור של פחמימנים. המימן שנוצר מועיל להפחתת NOx. הוספת La2O3 ל-Pd/CeO2-γ-Al2O3 לפירוק מתנול, נמצא כי הוספת La2O3 עיכבה את היווצרות תוצר הלוואי של דימתיל אתר ומשפרת את הפעילות הקטליטית של הזרז. כאשר תכולת La2O3 היא 10%, לזרז יש פעילות טובה והמרת המתנול מגיעה למקסימום (כ-91.4%). זה מראה של-La2O3 יש פיזור טוב על נשא γ-Al2O3. יתר על כן, הוא קידם את פיזור CeO2 על נשא γ2Al2O3 ואת ההפחתה של חמצן בתפזורת, שיפר עוד יותר את פיזור ה-Pd והגביר עוד יותר את האינטראקציה בין Pd ל-CeO2, ובכך שיפר את הפעילות הקטליטית של הזרז לפירוק מתנול.

בהתאם למאפייני הגנת הסביבה הנוכחית ותהליכי ניצול אנרגיה חדשים, סין צריכה לפתח חומרים קטליטיים בעלי ביצועים גבוהים של חומרי אדמה נדירה בעלי זכויות קניין רוחני עצמאיות, להשיג ניצול יעיל של משאבי אדמה נדירה, לקדם חדשנות טכנולוגית של חומרים קטליטיים של אדמה נדירה, ולהגשים פיתוח פורץ דרך של אשכולות תעשייתיים מתקדמים קשורים כגון אדמה נדירה, סביבה ואנרגיה חדשה.

נכון לעכשיו, המוצרים המסופקים על ידי החברה כוללים ננו זירקוניה, ננו טיטניה, ננו אלומינה, ננו אלומיניום הידרוקסיד, ננו תחמוצת אבץ, ננו תחמוצת סיליקון, ננו מגנזיום תחמוצת, ננו מגנזיום הידרוקסיד, ננו תחמוצת נחושת, ננו תחמוצת איטריום, ננו תחמוצת צריום, ננו תחמוצת לנתן, ננו טונגסטן טריאוקסיד, ננו תחמוצת פרופרי, ננו חומר אנטיבקטריאלי וגרפן. איכות המוצר יציבה, והוא נרכש בקבוצות על ידי חברות רב לאומיות.

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