稀土催化材料種類(lèi)用途及其生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展分析(精)

稀土催化材料種類(lèi)用途及其生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展分析(1)一、稀土催化材料的種類(lèi)眾所周知，我國(guó)稀土礦以輕稀土組分為主，其中鑭、鈰等組分約占60%以上。隨著我國(guó)稀土永磁材料、稀土發(fā)光材料、稀土拋光粉、稀土在冶金工業(yè)中等應(yīng)用領(lǐng)域逐年擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)中重稀土的需求量也快速增加。造成了高豐度的鈰、鑭、錯(cuò)等輕稀土的大量積壓，導(dǎo)致我國(guó)稀土資源的開(kāi)采和應(yīng)用之間存在著嚴(yán)重的不平衡。研究發(fā)現(xiàn)，輕稀土元素由于其獨(dú)特的4f電子層結(jié)構(gòu)，使其在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中表現(xiàn)出良好的助催化性能與功效。因此，將輕稀土用作催化材料是一條很好的稀土資源綜合利用出路.催化劑是一種能夠加速化學(xué)反應(yīng)，且在反應(yīng)前后自身不被消耗的物質(zhì);加強(qiáng)稀土催化的基礎(chǔ)研究既提高生產(chǎn)效率,又節(jié)約資源和能源,減少環(huán)境污染，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。到目前為止，能夠在工業(yè)中獲得應(yīng)用的稀土催化材料主要有3類(lèi)，包括分子篩稀土催化材料、稀土鈣鈦礦催化材料、以及鈰鋯固溶體催化材料等，見(jiàn)表1所示。其中分子篩稀土催化材料又可細(xì)分為中孔、微孔、介孔、以及納孔稀土催化材料等幾大類(lèi)，且目前主要用于煉油催化劑。稀土鈣鈦礦催化材料由于其制備簡(jiǎn)單、耐高溫、抗中毒等性能優(yōu)越,目前主要用作環(huán)保催化劑，也廣泛用于光催化分解水制氫、以及石油化工行業(yè)的碳?xì)浠衔镏卣磻?yīng)等方面。目前已開(kāi)發(fā)并應(yīng)用的主要有鈣鈦礦型稀土復(fù)合氧化物催化劑、以及摻雜微量貴金屬的稀土鈣鈦礦型催化劑等。鈰鋯固溶體催化材料是應(yīng)汽車(chē)尾氣凈化市場(chǎng)的需求發(fā)展起來(lái)的一種稀土催化材料。早期主要利用鈰的儲(chǔ)氧性能來(lái)調(diào)節(jié)汽車(chē)尾氣中的氧化還原反應(yīng)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)單一的鈰儲(chǔ)氧材料其持久性耐高溫性能并不能滿(mǎn)足日益發(fā)展的汽車(chē)尾氣催化劑的壽命要求，而添加一些鋯可明顯改善儲(chǔ)氧材料的抗高溫性能,從而改善催化劑的耐久性。目前，鈰鋯固溶體催化材料不僅用于石油化工領(lǐng)域的各種催化過(guò)程,也廣泛用于汽車(chē)尾氣凈化、以及其它環(huán)保領(lǐng)域。？與傳統(tǒng)的貴金屬催化劑相比，稀土催化材料在資源豐度、成本、制備工藝、以及性能等方面都具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì).目前不僅大量用于汽車(chē)尾氣凈化，還擴(kuò)展到工業(yè)有機(jī)廢氣、室內(nèi)空氣凈化、催化燃燒、以及燃料電池等領(lǐng)域。自20世紀(jì)90年代末以來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家的環(huán)保催化劑市場(chǎng)一直以20%速度增長(zhǎng).因此，稀土催化材料在環(huán)保催化劑產(chǎn)品市場(chǎng),特別是在有毒、有害氣體的凈化方面，具有巨大的應(yīng)用市場(chǎng)和發(fā)展?jié)摿?。二、汽?chē)尾氣凈化?近年來(lái)，隨著我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量及保有量一直呈高速增長(zhǎng)勢(shì)態(tài)。自2002年10月以來(lái)，我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量平均增長(zhǎng)率超過(guò)37%。2002年產(chǎn)量為325萬(wàn)輛，2003年已達(dá)440余萬(wàn)輛。預(yù)計(jì)2004年汽車(chē)產(chǎn)量將超過(guò)510萬(wàn)輛。繼美國(guó)、日本、德國(guó)之后，中國(guó)2003年汽車(chē)產(chǎn)量已超過(guò)法國(guó),已成為世界第四大汽車(chē)制造國(guó)。汽車(chē)的大量使用，使我國(guó)許多城市產(chǎn)生了嚴(yán)重的大氣污染.治理機(jī)動(dòng)車(chē)的排氣污染，主要依靠安裝含催化劑的三元凈化器。由于稀土催化材料可以擴(kuò)大三效催化劑的操作窗口，提高凈化效率和穩(wěn)定性，在汽車(chē)尾氣凈化方面已獲得廣泛應(yīng)用.在全球范圍內(nèi),僅汽車(chē)尾氣凈化方面的稀土年消耗量可達(dá)1。5萬(wàn)噸REO.目前,稀土用于汽車(chē)尾氣凈化方面包括在活性層中主要用作儲(chǔ)氧材料、替代部分主催化劑、以及作為催化助劑等。在分散層中主要用作改善Y-A12O3的高溫穩(wěn)定性.在載體中主要用于改善機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。另外，汽車(chē)的電子燃油噴射系統(tǒng)需要的氧傳感器也是由含稀土的陶瓷材料制造的。？除汽車(chē)外，我國(guó)自1999年以來(lái)，一直是世界最大的摩托車(chē)制造國(guó)，摩托車(chē)的年產(chǎn)量早已超過(guò)1000萬(wàn)輛.目前對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家出口的摩托車(chē)要求必須安裝尾氣凈化器，國(guó)內(nèi)一些大中型城市已開(kāi)始要求治理摩托車(chē)的排氣污染，這是稀土催化材料應(yīng)用的一個(gè)重要方面.在柴油車(chē)的尾氣污染治理中，目前主要依靠安裝一個(gè)氧化凈化器來(lái)對(duì)柴油車(chē)排放的碳煙以及部分氣體污染物進(jìn)行氧化凈化治理。這是稀土催化材料應(yīng)用的又一個(gè)方面2002年以來(lái)，我國(guó)固定式小型燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)量也快速增長(zhǎng)。目前主要用于家用發(fā)電機(jī)、庭院剪草機(jī)、小型灌溉設(shè)備、水上動(dòng)力設(shè)備、以及許多其它方面。2003年僅出口的小型燃油發(fā)動(dòng)機(jī)就達(dá)1500余萬(wàn)臺(tái).其中部分廠商已要求安裝凈化器，這又開(kāi)拓了稀土催化材料的應(yīng)用新領(lǐng)域。從上述稀土催化材料的應(yīng)用領(lǐng)域看，我國(guó)稀土催化材料的用量正逐年增大。2003年，我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的汽車(chē)尾氣凈化器產(chǎn)量已達(dá)320余萬(wàn)套。包括催化劑、載體、以及氧傳感器所消耗的各類(lèi)稀土，總稀土用量達(dá)910余噸.預(yù)計(jì)到2005年，我國(guó)汽車(chē)尾氣凈化器的市場(chǎng)需求將超過(guò)550萬(wàn)套，總稀土消耗量將達(dá)1560余噸.三、工業(yè)有機(jī)廢氣治理目前的大氣污染物主要來(lái)自機(jī)動(dòng)車(chē)排放的尾氣，以及工業(yè)過(guò)程排放的有機(jī)廢氣等。如何針對(duì)這幾種污染氣體的成分特點(diǎn),研究有效的催化材料是當(dāng)前污染治理的關(guān)鍵所在。與此同時(shí)，隨著生活水平的提高，室內(nèi)空氣污染也已成為都市居民所擔(dān)心的關(guān)鍵。因此,工業(yè)有機(jī)廢氣的催化治理技術(shù)，以及室內(nèi)空氣凈化是近年來(lái)稀土催化研究最為活躍的領(lǐng)域之一.目前，利用稀土催化技術(shù)治理工業(yè)有機(jī)廢氣的工作主要集中在揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理、煙氣脫硫、燃燒過(guò)程脫氮、納米TiO2光催化稀土改性、以及焦化污水催化凈化等方面。？目前，在有機(jī)涂料、工業(yè)溶劑、粘合劑、制衣、制鞋、以及許多與有機(jī)溶液生產(chǎn)與使用的行業(yè)，工業(yè)有機(jī)廢氣的污染很?chē)?yán)重.國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐證明，治理工業(yè)廢氣和室內(nèi)空氣凈化，催化氧化技術(shù)是最有效的技術(shù)措施。1997年以來(lái)，美國(guó)工業(yè)有機(jī)廢氣凈化用催化劑的銷(xiāo)售額一直以年平均20%?25%的速度增長(zhǎng)。我國(guó)是化學(xué)品生產(chǎn)的大國(guó)，其中95%以上的廢氣尚未治理。稀土催化材料由于其良好的催化性能，獨(dú)特的低溫活性，優(yōu)越的抗中毒能力，在有機(jī)廢氣治理方面已顯示出越來(lái)越優(yōu)越的開(kāi)