Como todos sabemos, os minerais de terras raras na China são compostos principalmente por componentes de terras raras leves, dos quais o lantânio e o cério representam mais de 60%. Com a expansão de materiais de ímã permanente de terras raras, materiais luminescentes de terras raras, pó de polimento de terras raras e terras raras na indústria metalúrgica na China ano após ano, a demanda por terras raras médias e pesadas no mercado interno também está aumentando rapidamente. Isso causou um grande acúmulo de terras raras leves de alta abundância, como Ce, La e Pr, o que leva a um sério desequilíbrio entre a exploração e a aplicação de recursos de terras raras na China. Foi descoberto que os elementos de terras raras leves apresentam bom desempenho catalítico e eficácia no processo de reação química devido à sua estrutura única de camada eletrônica 4f. Portanto, o uso de terras raras leves como material catalítico é uma boa maneira de utilizar integralmente os recursos de terras raras. O catalisador é um tipo de substância que pode acelerar a reação química e não é consumido antes e depois da reação. O fortalecimento da pesquisa básica de catálise de terras raras pode não apenas melhorar a eficiência da produção, mas também economizar recursos e energia e reduzir a poluição ambiental, o que está alinhado com a direção estratégica do desenvolvimento sustentável.
Por que os elementos de terras raras têm atividade catalítica?
Os elementos de terras raras possuem uma estrutura eletrônica externa especial (4f), que atua como o átomo central do complexo, e possui vários números de coordenação, variando de 6 a 12. A variabilidade do número de coordenação dos elementos de terras raras determina sua "valência residual". Como o 4f possui sete orbitais de elétrons de valência reserva com capacidade de ligação, ele desempenha o papel de "ligação química reserva" ou "valência residual". Essa capacidade é necessária para um catalisador formal. Portanto, os elementos de terras raras não apenas possuem atividade catalítica, mas também podem ser usados como aditivos ou cocatalisadores para melhorar o desempenho catalítico dos catalisadores, especialmente a capacidade antienvelhecimento e antienvenenamento.
Atualmente, o papel do nano óxido de cério e do nano óxido de lantânio no tratamento de gases de escape de automóveis tornou-se um novo foco.
Os componentes nocivos nos gases de escape de automóveis incluem principalmente CO, HC e NOx. As terras raras utilizadas no catalisador de purificação de gases de escape de automóveis são principalmente uma mistura de óxido de cério, óxido de praseodímio e óxido de lantânio. O catalisador de purificação de gases de escape de automóveis de terras raras é composto por óxidos complexos de terras raras e cobalto, manganês e chumbo. Trata-se de um tipo de catalisador ternário com estrutura do tipo perovskita e espinélio, no qual o óxido de cério é o componente principal. Devido às características redox do óxido de cério, os componentes dos gases de escape podem ser controlados de forma eficaz.
O catalisador para purificação de gases de escape de automóveis é composto principalmente por um suporte cerâmico (ou metálico) alveolar e um revestimento ativado na superfície. O revestimento ativado é composto por γ-Al2O3 de grande área, uma quantidade adequada de óxido para estabilizar a área superficial e metal cataliticamente ativo disperso no revestimento. Para reduzir o consumo de PT e RH, caros, aumentar o consumo de Pd, mais barato, e reduzir o custo do catalisador. Com a premissa de não reduzir o desempenho do catalisador para purificação de gases de escape de automóveis, uma certa quantidade de CeO2 e La2O3 é comumente adicionada ao revestimento de ativação do catalisador ternário Pt-Pd-Rh comumente utilizado para formar um catalisador ternário de metais preciosos de terras raras com excelente efeito catalítico. La2O3 (UG-La01) e CeO2 foram usados como promotores para melhorar o desempenho de catalisadores de metais nobres suportados em γ-Al2O3. De acordo com pesquisas, CeO2, o principal mecanismo de ação do La2O3 em catalisadores de metais nobres é o seguinte:
1. Melhorar a atividade catalítica do revestimento ativo adicionando CeO2 para manter as partículas de metais preciosos dispersas no revestimento ativo, evitando a redução dos pontos de rede catalítica e danos à atividade causados pela sinterização. A adição de CeO2 (UG-Ce01) à mistura Pt/γ-Al2O3 permite a dispersão em γ-Al2O3 em uma única camada (a quantidade máxima de dispersão em camada única é de 0,035 g de CeO2/g de γ-Al2O3), o que altera as propriedades de superfície do γ-Al2O3 e melhora o grau de dispersão da Pt. Quando o teor de CeO2 é igual ou próximo ao limiar de dispersão, o grau de dispersão da Pt atinge o seu valor máximo. O limiar de dispersão do CeO2 é a melhor dosagem de CeO2. Em atmosfera de oxidação acima de 600 °C, o Rh perde sua ativação devido à formação de uma solução sólida entre Rh2O3 e Al2O3. A presença de CeO2 enfraquece a reação entre Rh e Al2O3, mantendo a ativação de Rh. La2O3(UG-La01) também pode impedir o crescimento de partículas ultrafinas de Pt. A adição de CeO2 e La2O3(UG-La01) a Pd/γ 2Al2O3 demonstrou que a adição de CeO2 promoveu a dispersão de Pd no carreador e produziu uma redução sinérgica. A alta dispersão de Pd e sua interação com CeO2 em Pd/γ 2Al2O3 são a chave para a alta atividade do catalisador.
2. Relação ar-combustível autoajustada (aπ f) Quando a temperatura inicial do automóvel aumenta, ou quando o modo de condução e a velocidade mudam, a taxa de fluxo de escape e a composição dos gases de escape mudam, o que faz com que as condições de trabalho do catalisador de purificação dos gases de escape do automóvel mudem constantemente e afetem seu desempenho catalítico. É necessário ajustar a relação π do ar para a relação estequiométrica de 1415~1416, para que o catalisador possa dar pleno desempenho à sua função de purificação. O CeO2 é um óxido de valência variável (Ce4 +ΠCe3+), que possui as propriedades de um semicondutor do tipo N e possui excelente capacidade de armazenamento e liberação de oxigênio. Quando a relação A π F muda, o CeO2 pode desempenhar um excelente papel no ajuste dinâmico da relação ar-combustível. Ou seja, o O2 é liberado quando há excesso de combustível para ajudar na oxidação de CO e hidrocarbonetos; Em caso de excesso de ar, o CeO2-x desempenha um papel redutor e reage com o NOx para remover o NOx dos gases de escape e obter CeO2.
3. Efeito do cocatalisador Quando a mistura de aπ f está em razão estequiométrica, além da reação de oxidação de H2, CO, HC e da reação de redução de NOx, CeO2 como cocatalisador também pode acelerar a migração de gás de água e a reação de reforma a vapor e reduzir o conteúdo de CO e HC. La2O3 pode melhorar a taxa de conversão na reação de migração de gás de água e na reação de reforma a vapor de hidrocarbonetos. O hidrogênio gerado é benéfico para a redução de NOx. Adicionando La2O3 a Pd/CeO2 -γ-Al2O3 para decomposição de metanol, verificou-se que a adição de La2O3 inibiu a formação do subproduto éter dimetílico e melhorou a atividade catalítica do catalisador. Quando o conteúdo de La2O3 é de 10%, o catalisador tem boa atividade e a conversão de metanol atinge o máximo (cerca de 91,4%). Isso mostra que La2O3 tem boa dispersão no transportador γ-Al2O3. Além disso, promoveu a dispersão de CeO2 no transportador γ2Al2O3 e a redução do oxigênio em massa, melhorou ainda mais a dispersão de Pd e aumentou ainda mais a interação entre Pd e CeO2, melhorando assim a atividade catalítica do catalisador para decomposição de metanol.
De acordo com as características da proteção ambiental atual e do novo processo de utilização de energia, a China deve desenvolver materiais catalíticos de terras raras de alto desempenho com direitos de propriedade intelectual independentes, alcançar a utilização eficiente dos recursos de terras raras, promover a inovação tecnológica de materiais catalíticos de terras raras e realizar um desenvolvimento acelerado de clusters industriais de alta tecnologia relacionados, como terras raras, meio ambiente e novas energias.
Atualmente, os produtos fornecidos pela empresa incluem nano zircônia, nano titânia, nano alumina, nano hidróxido de alumínio, nano óxido de zinco, nano óxido de silício, nano óxido de magnésio, nano hidróxido de magnésio, nano óxido de cobre, nano óxido de ítrio, nano óxido de cério, nano óxido de lantânio, nano trióxido de tungstênio, nano óxido ferroférrico, nano agente antibacteriano e grafeno. A qualidade do produto é estável e ele tem sido comprado em lotes por empresas multinacionais.
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Horário da publicação: 04/07/2022