稀土催化材料的应用及研究进展

稀土元素具有未充满电子的4f轨道和镧系收缩等特征,当用作催化剂的活性组分或载体时常常表现出独特的催化性能. 稀土催化材料的研究和发展为La和Ce等高丰度轻稀土元素的高质、高效利用提供了有效的途径. 目前稀土催化材料在石油化工、化石燃料的催化燃烧、机动车尾气净化、工业废气治理和固体氧化物燃料电池等领域发挥着重要的作用. 本文综述了稀土催化材料的应用以及理论研究进展,重点讨论了稀土元素对所涉及催化剂的结构、活性和稳定性等的影响.     

满足欧V排放标准的汽油车中偶催化剂

制备了具有高性能的稀土储氧材料Ce0.65Zr0.25Y0.07La0.03O1.95和镧稳定的氧化铝(La-Al2O3),并以此为基础制备了Pt-Pd-Rh型中偶汽油车尾气净化催化剂.老化前后的性能检测表明,稀土储氧材料具有较大的比表面积和优异的储氧性能,La-Al2O3也具有优越的织构性能和高的热稳定性.催化剂对模拟尾气具有较高的催化活性和稳定性,在捷达-MT型汽油车上的测试结果表明,经该催化剂处理后的尾气排放能够满足欧Ⅴ排放标准.     

我国汽车尾气净化催化剂的现状与思考

汽车排放的尾气中含有大量的NOx, HC及CO,对人体十分有害.净化催化剂可以将这些有害物质的绝大部分转化为无害的N2, CO2和H2O.三效净化催化剂主要由堇青石陶瓷蜂窝基体及涂覆其上的活性涂层组成,涂层中主要含有活性氧化铝载体、贵金属活性组分及稀土氧化物等添加剂成分.国外发达国家已广泛使用三效催化剂,正在向超低排放甚至零排放发展.国内新排放法规已颁布并正在实施,但因为各种原因,国产的三效催化剂尚没有大规模应用.国产净化催化剂产业的发展前景十分广阔,但要不断提高研究开发水平、完善产业化技术、实现生产线的高度自动化、实行催化剂生产的现代化管理.     

稀土在汽车尾气净化催化剂中的作用

通过对稀土在汽车尾气净化催化剂中的作用综述,阐明随着贵金属资源的日趋耗竭和越来越严格的排放法规在全世界范围的推行,稀土在高性价比汽车尾气净化催化剂中必将扮演越来越重要的角色,发挥其它元素甚至贵金属元素都无法取代的作用.     

铈基、镧基稀土催化剂催化燃烧柴油炭烟颗粒的研究进展

随着环保法规的日益严格和人们环保意识的提高,柴油车尾气污染物中的炭烟颗粒对环境的严重污染引起了人们广泛的关注。作为炭烟颗粒排出柴油机的最后一道处理技术,催化净化技术是目前控制柴油车尾气炭烟颗粒排放使用最有效和应用最广泛的技术手段。因而,开发高效的催化剂是催化净化技术最关键和最重要的因素。总结了近年来Ce基、La基稀土催化剂材料,包括:纳米颗粒、不同晶面、纤维状、三维有序大孔结构等不同形貌的Ce基催化剂以及La基钙(类钙)钛矿催化剂对炭烟颗粒催化燃烧的最新研究进展;并对比报道了Ce基和La基催化剂对炭烟燃烧的反应机制。最后,总结性地提出了目前有关稀土基催化剂在炭烟催化燃烧中存在的问题和未来的发展趋势。     

满足欧Ⅲ排放标准的汽油车中偶催化剂

 制备了高性能稀土储氧材料Ce0.5Zr0.4Y0.1O2和镧稳定的氧化铝(La-Al2O3), 并以此为基础制备了中偶汽油车尾气净化催化剂. 经老化前后的性能检测证实,稀土储氧材料具有优异的织构性能和储氧性能且高温稳定性优良; La-Al2O3具有优异的织构性能及优异的抗高温老化性能. 中偶催化剂对HC, CO和NOx具有优异的低温活性、抗高温老化性能和低的劣化系数. 捷达-MT型汽油车排放检测表明该催化剂能够满足欧Ⅲ排放标准.     

稀土在汽油车尾气净化中的应用

截至2021年底，中国的汽车保有量超过3亿辆，其中汽油车占比90%以上，是中国最重要的汽车类型。为了应对汽油车尾气中的氮氧化物(NO_x)、碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)等典型污染物，“三效催化剂”这一具有里程碑意义的汽油车尾气后处理技术被开发、应用并不断完善。新近流行的汽油缸内直喷(GDI)技术会导致显著的颗粒污染物(PM)排放，由此又催生了汽油车颗粒物过滤器(GPF)技术。上述技术的实施或多或少都需要依赖中国战略资源——稀土的参与。本文首先对各类汽油车尾气净化技术的发展进行了回顾，之后重点分析了(以CeO₂为主的)稀土材料在三效催化剂储氧材料、催化剂载体/贵金属稳定剂和汽油车颗粒物过滤器中的具体应用方式和效果。可以看出，随着新型稀土材料的开发和技术迭代，现代汽油车尾气净化技术正在变得越来越高效、越来越便宜。最后，本文对汽油车尾气净化用稀土材料的发展趋势进行了展望，分析了相关产业未来升级的重点和难点所在。     

满足欧Ⅲ排放标准的压缩天然气汽车中偶催化剂

制备了具有高性能的稀土储氧材料Ce0.45Zr0.45Y0.05La0.05O2和耐高温大比表面积材料La-Al2O3,并以此为基础制备了Pt-Rh型中偶压缩天然气汽车尾气净化催化剂.催化剂对模拟尾气具有较高的催化活性和稳定性,在捷达-MT型压缩天然气汽车上的测试结果表明该催化剂能够满足欧Ⅲ排放标准.     

城市公交车用稀土催化净化反应器的开发与试验

采用稀土元素作催化剂、蜂窝陶瓷作载体, 针对城市公交汽油车设计制造了尾气净化装置, 进行了发动机的性能试验, 测试了净化装置的净化转化率和消声量频率特性. 结果表明, 对于试验用稀土催化净化反应器, 实际消声量在各个频率段上均大于必需消声量; 净化转化效果明显, 例如当发动机怠速运转、补氧量充足时, CO和HC的净化转化率可达90%以上; 同普通消声器相比, 压降稍大, 从而导致发动机输出功率有所下降, 燃油消耗率有所上升.     

催化剂载体FeCrAlY材料磷化工艺研究

为了提高机动车尾气净化催化剂金属载体FeCrAlY材料与γ-Al2O3活性层的结合力, 通过铁系和低锌系磷化技术在FeCrAlY基体表面建立了磷化膜中间过渡层. 提出了两种含稀土磷化体系的组成范围和工艺条件, 介绍了用稀土化合物溶液对基体磷化前表调及磷化膜热处理的作用, 并根据FeCrAlY材料的特性使用K3[Fe(CN)6]+NaCl溶液评价磷化膜质量.     

稀土催化材料的应用及研究进展

介绍了稀土催化材料在石油化工，化石燃料催化燃烧、机动车尾气的催化净化，有毒有害废气的治理，Cl化工、固体氧化物燃料电池及移动制氢、稀土催化理论研究等方面的应用和研究现状，并就稀土催化材料研究中存在的问题和稀土催化材料的发展进行了思考和展望。     

Low‐Temperature CO Oxidation over a Ternary Oxide Catalyst with High Resistance to Hydrocarbon Inhibition

Platinum group metal (PGM) catalysts are the current standard for control of pollutants in automotive exhaust streams. Aside from their high cost, PGM catalysts struggle with CO oxidation at low temperatures (<200 °C) due to inhibition by hydrocarbons in exhaust streams. Here we present a ternary mixed oxide catalyst composed of copper oxide, cobalt oxide, and ceria (dubbed CCC) that outperforms synthesized and commercial PGM catalysts for CO oxidation in simulated exhaust streams while showing no signs of inhibition by propene. Diffuse reflectance IR (DRIFTS) and light‐off data both indicate low interaction between propene and the CO oxidation active site on this catalyst, and a separation of adsorption sites is proposed as the cause of this inhibition resistance. This catalyst shows great potential as a low‐cost component for low temperature exhaust streams that are expected to be a characteristic of future automotive systems.     

稀土对HZSM—5上正己烷芳构化性能的影响

以正己烷为原料,在连续流动常压反应装置上考察了稀土改性HZSM－5沸石催化剂的芳构化和裂解性能,用红光谱,X射线衍射,X光电子能谱等研究了这些离子改性的沸石催化剂的表面性质,比较了机械混合法和浸渍法引入稀土对催化剂性能的影响,稀土可提高混合法制备的改性催化剂的芳构化性能,B酸中心是正已烷构化的活性中心,L酸中心则对正己烷的裂解起重要作用。     

Detoxification of automotive exhaust gases with multifunctional catalysts.

Carbon monoxide, hydrocarbons, and nitrogen oxides can be simultaneously transformed into inoffensive substances on multifunctional catalysts. Consisting of noble metals or base metal oxides deposited on an inert support, these catalysts can be used in monolithic form or as granular packings. Compared with other methods of automotive exhaust detoxification, multifunctional catalysts are distinguished by incurring fuel savings.     

Study on non-noble metal catalysts for automotive emission control

Cordierite honeycomb catalysts supported on rare earth (RE)-transition metal oxides, used for removing simultaneously three major pollutants, carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC) and nitrogen oxides (NO_x), in automotive emission have been investigated. The results indicate that the catalyst has improved three-way performance (TWP).     

一氧化碳低温催化氧化

一氧化碳 (CO) 催化氧化反应因在实际生活中应用广泛而受到人们普遍关注,如激光器中微量CO的消除、封闭体系中CO的消除、汽车尾气净化以及质子交换膜燃料电池中少量CO的消除等。本文总结了近年来CO低温催化氧化研究进展,包括催化剂及其制备方法、CO氧化反应机理以及不同环境气氛对催化剂CO低温氧化性能的影响。催化剂的制备方法主要包括传统浸渍法、共沉淀法、沉积-沉淀法、溶胶-凝胶法、离子交换法、化学气相沉积法、溶剂化金属原子浸渍法等。催化剂可分为贵金属催化剂、非贵金属催化剂、以分子筛为载体的催化剂和合金催化剂等。CO氧化反应机理方面的相关报道较多,人们针对不同催化剂体系提出了各种假设。不同环境气氛对催化剂CO低温氧化性能的影响主要分为H₂O、CO₂、H₂和其它气氛等4部分进行描述。最后对该领域的发展前景进行了展望。     

Pd/Al2O3催化剂的高温热烧结研究

以汽车尾气净化催化剂为背景，用溶胶－凝胶法和浸渍法制备了低负载量贵金属单钯燃烧催化剂。通过ＸＲＤ宽化法检测了在１２７３Ｋ的模拟反应气流中烧结２４ｈ后催化剂上Ｐｄ晶粒大小的变化。     

Laser-excited ionic fluorescence spectrometry of rare-earth elements in the inductively-coupled plasma

A pulsed tunable dye laser pumped with an excimer laser is used to excite ionic fluorescence of the rare earth elements in the inductively-coupled plasma. Because several fluorescence lines were observed after laser excitation, it was possible to draw partial energy-level diagrams for most of the rare earths. Non-resonance fluorescence lines were used for all measurements in order to minimize spectral interferences. Detection limits at given excitation wavelengths are reported for each element. Laser-excited ionic fluorescence eliminates the problem of spectral interferences which has been associated with the determination of the rare earths by atomic emission spectrometry in the inductively-coupled plasma.     

Metal layered zeolite catalysts for NOx abatement in lean exhaust gas conditions

Metal layered ZSM-5 zeolites ion-exchanged with copper are effective catalysts in NO_x abatement in lean automotive exhaust gas conditions. The effective ion-exchange level of Cu is above 100%, and some co-cations improve the catalytic activity. The thermal stability of the catalyst can be improved with Cr as a co-cation.