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稀土催化劑應(yīng)用
中國稀土行業(yè)協(xié)會顧長玉
作為稀土資源大國，我國正從稀土原材料的開發(fā)向稀土推廣應(yīng)用轉(zhuǎn)變，不再是靠出口稀土礦產(chǎn)獲取利潤。隨著稀土限售政策的發(fā)布，更是帶動稀土深加工方面的發(fā)展，接下來淺談稀土在催化劑方面的應(yīng)用。
稀土元素具有特殊的電子結(jié)構(gòu)，其內(nèi)層的 4f 電子被外層的 5s及 5p 電子所屏蔽，在原子中定域。決定元素性質(zhì)的外層電子排布 4f 和 5d 形成導(dǎo)帶，4f 電子的定域化和不完全填充使稀土具有獨特的光學(xué)和磁學(xué)特性，這些性質(zhì)使稀土在催化領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。目前稀土催化劑的應(yīng)用包括以下幾個方面：汽車尾氣凈化；工業(yè)廢氣和人居環(huán)境凈化；催化燃燒；燃料電池；低值烷烴利用；石油化工等。
一、稀土在汽車尾氣凈化中的研究與應(yīng)用
近幾年來，我國汽車產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，各地汽車尾氣排放量已占大氣污染源85％左右，汽車尾氣排放已成為主要的大氣污染源。CO、HC、NOx，這三者構(gòu)成了汽車尾氣對大氣的主要污染成分，可導(dǎo)致酸雨和城市光化學(xué)煙霧，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境，危害人體健康。當(dāng)前世界上控制汽車尾氣排放的有效的技術(shù)是電子控制燃油噴射系統(tǒng)加三效催化劑。其中以三效催化劑為核心，能同時催化凈化汽車尾氣中的 CO、HC 和 NOx三種有害氣體，盡可能地降低尾氣種有害氣體的排放量。三效催化劑主要分為貴金屬催化劑和稀土催化劑。由于貴金屬資源短缺、價格昂貴，難以推廣，稀土催化劑以其價格低、熱穩(wěn)定性好、活性較高、使用壽命長等特點備受青睞。
稀土汽車尾氣凈化催化劑所用的稀土主要是以氧化鈰、氧化鐠和氧化鑭的混合物為主， 其中氧化鈰是關(guān)鍵成份。由于氧化鈰的氧化還原特性，有效地控制排放尾氣的組分，能在還原氣氛中供氧，或在氧化氣氛中耗氧。同時將稀土成分加入催化劑活性組分中，能提高催化劑的抗鉛、硫中毒性能、耐高溫穩(wěn)定性，并能改善催化劑的空燃比工作特性。終述，稀土催化劑主要具有如下特性：
1. 提高催化劑的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度
2. 提高催化劑的活性和儲氧能力
3. 提高催化劑的抗中毒能力
4. 具有三效催化劑的效果
二、稀土在工業(yè)廢氣和人居環(huán)境凈化中的研究與應(yīng)用
目前利用稀土催化技術(shù)治理工業(yè)廢氣和人居環(huán)境凈化的工作，主要集中在揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理、煙氣脫硫脫氮、光催化空氣凈化和焦化污水催化凈化等方面。
我國稀土資源豐富,而且稀土材料性價比高,可重復(fù)使用,對環(huán)境無二次污染,是環(huán)境友好材料,其發(fā)展和應(yīng)用對環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。同時,稀土作為獨特的催化功能組分或重要的助催化劑,憑借其有的催化性能和抗中毒能力,在多種催化材料中發(fā)揮著重要和不可替代的作用,也為多種催化劑向產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)化提供了條件。
