稀土催化材料

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國(guó)家出版基金項(xiàng)目

十二五國(guó)家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃項(xiàng)目

“”

中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)———新材料

稀土催化材料

中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)組織編寫

叢書主編黃伯云

叢書副主編韓雅芳

編著吳曉東等

單頁(yè)

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內(nèi)容簡(jiǎn)介

中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料叢書是中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)組織編寫的被新聞出版廣電總

“———”,

局批準(zhǔn)為十二五國(guó)家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃項(xiàng)目并獲年度國(guó)家出版基金資助叢書共

“”,2016。

分冊(cè)涵蓋了新型功能材料高性能結(jié)構(gòu)材料高性能纖維復(fù)合材料等種重點(diǎn)發(fā)展材料

16,、、16。

本分冊(cè)為稀土催化材料

《》。

本書以稀土催化材料在各種清潔能源和環(huán)境保護(hù)技術(shù)中的應(yīng)用為主線系統(tǒng)論述了稀土在機(jī)

,

動(dòng)車尾氣催化材料清潔燃油催化材料石油化工催化材料燃料電池催化材料催化燃燒材料

、、、、、

制氫催化材料以及其他催化材料中的相關(guān)研發(fā)進(jìn)展

。

本書可供新材料研究院所高等院校新材料產(chǎn)業(yè)界政府相關(guān)部門新材料中介咨詢機(jī)構(gòu)

、、、、

等領(lǐng)域的人員參考

。

圖書在版編目(CIP)數(shù)據(jù)

中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料稀土催化材料吳曉東等編著北京

../.—:

中國(guó)鐵道出版社

,2017.6

ISBN978-7-113-22217-8

中吳新興產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中國(guó)稀土

Ⅰ.①…Ⅱ.①…Ⅲ.①---②

金屬有色金屬冶金產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中國(guó)

----Ⅳ.①F269.24②F426.32

中國(guó)版本圖書館數(shù)據(jù)核字第號(hào)

CIP(2016)189760

中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料

書名:———

稀土催化材料

作者:吳曉東等編著

策劃:李小軍讀者熱線:

(010)63550836

責(zé)任編輯:李小軍許璐

封面設(shè)計(jì):

責(zé)任校對(duì):張玉華

責(zé)任印制:郭向偉

出版發(fā)行:中國(guó)鐵道出版社北京市西城區(qū)右安門西街號(hào)

(100054,8)

網(wǎng)址:

htt://

印刷:中煤p北京印p務(wù)有限公司

()

版次:年月第版年月第次印刷

201761201761

開本:印張字?jǐn)?shù)千

787mm×1092mm1/16:12.75:269

書號(hào):

ISBN978-7-113-22217-8

定價(jià):元

58.00

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購(gòu)買鐵道版圖書如有印制質(zhì)量問(wèn)題請(qǐng)與本社教材圖書營(yíng)銷部聯(lián)系調(diào)換電話

,,。:(010)63550836

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:(010)51873659

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中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料叢書

“———”

編委會(huì)

主任:黃伯云(中國(guó)工程院院士、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng))

副主任:韓雅芳(教授、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)兼秘書長(zhǎng))

田京芬(中國(guó)鐵道出版社社長(zhǎng)、全國(guó)新聞出版行業(yè)領(lǐng)軍人才)

編委:李元元(中國(guó)工程院院士、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)理事長(zhǎng))

魏炳波(中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng))

周玉(中國(guó)工程院院士、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng))

謝建新(中國(guó)工程院院士、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng))

鄭有炓(中國(guó)科學(xué)院院士、南京大學(xué)教授)

李衛(wèi)(中國(guó)工程院院士、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)常務(wù)理事)

姚燕(教授、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng))

羅宏杰(教授、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng))

韓高榮(教授、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng))

唐見茂(教授、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)常務(wù)理事、咨詢專家)

張新明(教授、俄羅斯工程院院士、俄羅斯宇航科學(xué)院院士)

潘復(fù)生(教授、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)常務(wù)理事)

朱美芳(教授、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)常務(wù)理事)

張?jiān)鲋?教授、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)常務(wù)理事兼副秘書長(zhǎng))

武英(教授、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)常務(wù)理事兼副秘書長(zhǎng))

趙永慶(教授、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)理事)

李賀軍(教授、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)理事)

楊桂生(教授、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)理事)

吳曉東(清華大學(xué)材料學(xué)院教授)

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ⅳ稀土催化材料

吳玲(教授、國(guó)家新材料行業(yè)生產(chǎn)力中心主任)

尚成嘉(北京科技大學(xué)教授、中國(guó)金屬學(xué)會(huì)第六屆理事會(huì)理事)

徐志康(浙江大學(xué)教授)

楊輝(浙江大學(xué)教授)

姜希猛(清華大學(xué)深圳研究院高級(jí)工程師)

趙靜(中國(guó)鐵道出版社總編辦主任)

責(zé)任編委:唐見茂

總主編:黃伯云

副總主編:韓雅芳

雙頁(yè)

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序

新材料是高技術(shù)和現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和先導(dǎo),對(duì)培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、

國(guó)家重大工程項(xiàng)目的建設(shè)以及可持續(xù)發(fā)展都具有重要的支撐和保證作用。在我

國(guó)政府大力支持下,我國(guó)新材料在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)進(jìn)步、創(chuàng)新能力、應(yīng)用水平等方

面均取得了重大進(jìn)展,自主的產(chǎn)業(yè)體系初步形成,具備了良好的發(fā)展基礎(chǔ)。同

時(shí),從全球高新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景看,新材料的基礎(chǔ)地位和先導(dǎo)作用也

越來(lái)越重要。

“中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)———新材料”叢書是為貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院年頒布的

2010

《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》(國(guó)發(fā)〔〕號(hào))而組織編著出

201032

版的。在國(guó)發(fā)〔〕號(hào)文中,新材料被列為我國(guó)七種重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一,其

201032

總體目標(biāo)定位是:“大力發(fā)展稀土功能材料、高性能膜材料、特種玻璃、功能陶瓷、半

導(dǎo)體照明材料等新型功能材料。積極發(fā)展高品質(zhì)特殊鋼、新型合金材料、工程塑料

等先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料。提升碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維等高性能纖維及其復(fù)

合材料發(fā)展水平。開展納米、超導(dǎo)、智能等共性基礎(chǔ)材料研究?！北緟矔芍袊?guó)材料

研究學(xué)會(huì)負(fù)責(zé)組織編著、中國(guó)鐵道出版社出版,并成功入選“‘十二五’國(guó)家重點(diǎn)出

版物出版規(guī)劃項(xiàng)目”,獲得年度國(guó)家出版基金資助。這是論述我國(guó)新材料發(fā)

2016

展戰(zhàn)略的第一部系統(tǒng)性科技系列著作,代表了當(dāng)代新材料發(fā)展的主流,對(duì)推動(dòng)我國(guó)

戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。

本叢書從發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的高度出發(fā),重點(diǎn)選擇了國(guó)發(fā)〔〕號(hào)

201332

文件鼓勵(lì)的高性能結(jié)構(gòu)材料、特種功能材料和高性能纖維及其復(fù)合材料,全面系統(tǒng)

闡述了發(fā)展這些重點(diǎn)新材料的產(chǎn)業(yè)背景及戰(zhàn)略意義,系統(tǒng)地論述了這些新材料的

理論基礎(chǔ)和應(yīng)用技術(shù)、我國(guó)取得的最新研究成果、應(yīng)用方向及發(fā)展前景,針對(duì)性地

提出了我國(guó)發(fā)展這些新材料的主要方向和任務(wù),分析了存在的主要問(wèn)題,提出了相

應(yīng)的對(duì)策和建議,是我國(guó)近年來(lái)在新材料領(lǐng)域內(nèi)具有領(lǐng)先水平的科技著作叢書。

叢書最大的特點(diǎn)是體現(xiàn)了一個(gè)“新”字:介紹和論述了我國(guó)材料領(lǐng)域取得的最新研

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ⅵ稀土催化材料

究成果、開發(fā)的最先進(jìn)材料品種和最新制造技術(shù),所著內(nèi)容代表當(dāng)代全球新材料發(fā)

展方向和主流。叢書既具有較高的學(xué)術(shù)性和技術(shù)先進(jìn)性,同時(shí)對(duì)我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)

發(fā)展也具有重要的參考價(jià)值。

中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)是全國(guó)一級(jí)學(xué)術(shù)團(tuán)體,具有資源、信息和人才的綜合優(yōu)勢(shì),

多年來(lái)在促進(jìn)材料科學(xué)進(jìn)步、開展國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流、承接政府職能轉(zhuǎn)移、提供新材

料產(chǎn)業(yè)發(fā)展決策咨詢、開展社會(huì)化服務(wù)等方面做了大量的、卓有成效的工作,為推

動(dòng)我國(guó)新材料發(fā)展發(fā)揮了重要作用。參加本叢書編著的作者都是我國(guó)從事相關(guān)材

料研究和開發(fā)的一流的科研單位和院校、一流的專家學(xué)者,擁有數(shù)十年的科研、教

學(xué)和產(chǎn)業(yè)開發(fā)經(jīng)驗(yàn),并取得了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的科研成果,創(chuàng)作態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn),從而保障了本

套叢書的內(nèi)容質(zhì)量。

本叢書的編著和出版是近年來(lái)我國(guó)材料研究領(lǐng)域具有足夠影響的一件大事。

我們希望,本叢書的出版能對(duì)我國(guó)新材料技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生較大的助推作用,也

熱切希望廣大材料科技人員、產(chǎn)業(yè)精英、決策機(jī)構(gòu)積極投身到發(fā)展我國(guó)新材料研發(fā)

的行列中來(lái),為推動(dòng)我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)又好又快的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)!

中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng)

中國(guó)工程院院士

年月

20166

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前言

“中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)———新材料”叢書是中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)組織編寫的,被新聞出

版廣電總局批準(zhǔn)為“十二五”國(guó)家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃項(xiàng)目。

根據(jù)國(guó)務(wù)院《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》,新材料被列為我國(guó)戰(zhàn)

略性新興產(chǎn)業(yè)之一。該叢書定位為:從戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的高度,著重論述該類新材料在

國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)重大工程和項(xiàng)目中的地位和作用、技術(shù)基礎(chǔ)、最新研究成果、應(yīng)用

領(lǐng)域及發(fā)展前景。其特點(diǎn)在于體現(xiàn)一個(gè)“新”字,即在遵守國(guó)家有關(guān)保密規(guī)定的前提下

論述當(dāng)代新材料的最先進(jìn)的工藝和最重要的性能。它代表當(dāng)代全球新材料發(fā)展主流,

對(duì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。叢書共分冊(cè),涵蓋了新

16

型功能材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、高性能纖維復(fù)合材料等種重點(diǎn)發(fā)展材料。本分冊(cè)為

16

《稀土催化材料》。

進(jìn)入世紀(jì),催化技術(shù)已經(jīng)在能源清潔生產(chǎn)、利用和大氣污染治理等方面發(fā)揮了關(guān)

21

鍵作用,全球催化劑市場(chǎng)不斷擴(kuò)大。美國(guó)集團(tuán)的研究報(bào)告顯示,年

Freedonia2008-2012

期間,全球催化劑市場(chǎng)以的需求速度增長(zhǎng),其中北美和亞太地區(qū)占據(jù)較大份額,分別達(dá)

6%

到和。按需求量計(jì)算,年全球催化劑市場(chǎng)達(dá)到。隨著人們對(duì)環(huán)境

32%31%20125.3Mt

保護(hù)意識(shí)的逐漸增強(qiáng),環(huán)境保護(hù)催化劑在解決地球環(huán)境問(wèn)題中起到至關(guān)重要的作用,在催

化劑市場(chǎng)領(lǐng)域占有較高的份額。

我國(guó)已經(jīng)是稀土催化材料的應(yīng)用大國(guó),但在擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和技術(shù)創(chuàng)新的稀

土催化新材料和高性能的材料、器件和產(chǎn)品開發(fā)方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比尚存在較大差距。

因此,如何加速稀土催化材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究,使我國(guó)的輕稀土資源得到高質(zhì)高效的應(yīng)

用,為創(chuàng)造“美麗中國(guó)”做貢獻(xiàn),具有格外重要的意義。為了適應(yīng)稀土催化新材料的快速發(fā)

展和人才培養(yǎng)的需要,我們編著了本書。全書以稀土催化材料在各種清潔能源和環(huán)境保

護(hù)技術(shù)中的應(yīng)用為主線,具體包括稀土在機(jī)動(dòng)車尾氣催化材料、清潔燃油催化材料、石油

化工催化材料、燃料電池催化材料、催化燃燒材料、制氫催化材料以及其他催化材料中的

相關(guān)研發(fā)進(jìn)展。其中前三類稀土催化材料已得到廣泛應(yīng)用,后面幾類稀土催化材料很有

發(fā)展前景和潛在應(yīng)用價(jià)值。

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稀土催化材料

ⅷ

本書共分七章,參加編著的有劉爽(第章)、李敏(第章)、萬(wàn)杰(第章)、陳磊(第

1222

章)、許騰飛(第章)、馬靜(第章)、陳文明(第章)、于海寧(第章)、高宇曦(第章)、

33445

張宏偉(第章)、趙寶槐(第章)、肖藝(第章)、馬子然(第章)、於俊(第章)、劉雪松

56677

(第章)。最后由吳曉東統(tǒng)稿定稿。本書在編著過(guò)程中,多方面參考和引用了國(guó)內(nèi)外最

7

新的文獻(xiàn)資料,力求盡可能全面、科學(xué)、準(zhǔn)確地反映稀土催化材料領(lǐng)域的全貌以及最新的

科學(xué)技術(shù)研究前沿和開發(fā)成果。在此謹(jǐn)向所參考和引用文獻(xiàn)的作者致以誠(chéng)摯的謝意。

稀土催化材料科學(xué)正在蓬勃發(fā)展之中,其涉及的應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛,多學(xué)科多領(lǐng)域

交叉滲透,加之編者水平有限,書中難免存在不妥之處,敬請(qǐng)專家和讀者批評(píng)指正。

編著者

年月

20174

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目錄

第0章緒論……………………

1

第1章機(jī)動(dòng)車尾氣催化材料………………

3

背景……………………

1.13

機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染……………

1.1.13

機(jī)動(dòng)車尾氣凈化技術(shù)簡(jiǎn)介………

1.1.24

稀土尾氣催化劑研究進(jìn)展……………

1.212

稀土材料用于汽油車尾氣凈化…………………

1.2.113

稀土材料用于柴油車尾氣凈化…………………

1.2.217

稀土作為輔助材料的特殊功效…………………

1.2.322

尾氣催化劑用稀土材料的產(chǎn)業(yè)化國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀…………………

1.2.425

稀土尾氣催化劑制備…………………

1.326

鈰鋯固溶體的制備………………

1.3.126

其他稀土汽車尾氣催化劑制備…………………

1.3.231

總結(jié)與展望……………

1.433

參考文獻(xiàn)……………………

34

第2章清潔燃油催化材料………………

44

背景……………………

2.144

清潔汽油和柴油規(guī)范……………

2.1.144

清潔汽油和柴油催化技術(shù)………

2.1.250

催化裂化稀土催化劑…………………

2.251

催化裂化催化劑的發(fā)展…………

2.2.152

稀土改性型分子篩…………

2.2.2Y53

商用催化裂化催化劑……………

2.2.356

汽柴油脫硫稀土催化劑………………

2.360

選擇性加氫脫硫催化劑…………

2.3.160

吸附法深度脫硫催化劑和助劑…………………

2.3.263

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ⅹ稀土催化材料

汽油降烯烴稀土催化劑………………

2.464

參考文獻(xiàn)……………………

67

第3章石油化工催化材料………………

70

背景……………………

3.170

石油煉制…………

3.1.170

合成橡膠…………

3.1.271

生物柴油…………

3.1.372

塑料化工…………

3.1.473

催化重整稀土催化劑…………………

3.273

稀土貴金屬重整催化劑………

3.2.1-74

稀土非貴金屬重整催化劑……………………

3.2.2-75

加氫精制稀土催化劑…………………

3.381

稀土催化劑作為活性組分………

3.3.182

稀土催化劑作為催化劑助劑……………………

3.3.283

合成氨稀土催化劑……………………

3.484

熔鐵催化劑………………………

3.4.184

釕基催化劑………………………

3.4.286

其他合成氨的工藝………………

3.4.388

聚合橡膠合成稀土催化劑…………

3.5/88

雙烯聚合…………

3.5.189

單烯聚合…………

3.5.292

炔烴聚合…………

3.5.393

環(huán)氧乙烷聚合……………………

3.5.493

塑料合成催化劑…………………

3.5.594

參考文獻(xiàn)……………………

95

第4章燃料電池催化材料………………

102

背景…………………

4.1102

燃料電池簡(jiǎn)介…………………

4.1.1102

燃料電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)展……………

4.1.2107

稀土在燃料電池中應(yīng)用………

4.1.3111

稀土用于固體氧化物燃料電池……………………

4.2112

作為電解質(zhì)……………………

4.2.1112

作為陰極材料…………………

4.2.2114

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目錄?

作為陽(yáng)極催化劑………………

4.2.3116

稀土用于質(zhì)子交換膜燃料電池陽(yáng)極催化劑材料…………………

4.3118

稀土用于熔融碳酸鹽燃料電池電極材料…………

4.4120

總結(jié)與展望…………

4.5121

參考文獻(xiàn)……………………

122

第5章催化燃燒材料……………………

127

背景…………………

5.1127

環(huán)保和能源對(duì)催化燃燒的需求………………

5.1.1127

催化燃燒的特點(diǎn)與應(yīng)用………

5.1.2128

稀土在催化燃燒中的應(yīng)用……………………

5.1.3129

催化燃燒………………………

5.2VOC129

甲烷催化燃燒………………………

5.3131

燃煤催化燃燒………………………

5.4133

燃油催化燃燒………………………

5.5135

甲烷部分氧化…………………

5.5.1136

甲烷二氧化碳重整……………

5.5.2137

參考文獻(xiàn)……………………

137

第6章制氫催化材料……………………

141

稀土用于分解水制氫催化劑………

6.1142

分解水制氫催化劑概述………

6.1.1142

分解水制氫催化劑摻雜改性…………………

6.1.2143

稀土用于烷烴分解制氫催化劑……………………

6.2145

烷烴分解制氫催化劑概述……………………

6.2.1145

烷烴分解制氫的主要方法……………………

6.2.2146

烷烴分解制氫的主要催化劑…………………

6.2.3147

稀土用于乙醇重整制氫催化劑……………………

6.3149

乙醇重整制氫催化劑概述……………………

6.3.1149

乙醇重整制氫的主要催化途徑………………

6.3.2150

乙醇重整制氫的主要催化劑體系……………

6.3.3151

稀土氧化物在乙醇重整制氫催化劑中的應(yīng)用………………

6.3.4154

稀土用于水煤氣變換反應(yīng)催化劑…………………

6.4157

水煤氣變換反應(yīng)制氫應(yīng)用概述………………

6.4.1157

水煤氣變換反應(yīng)催化劑概述…………………

6.4.2158

單頁(yè)

CMYK

?稀土催化材料

稀土氧化物在水煤氣變換反應(yīng)催化劑中的應(yīng)用……………

6.4.3159

參考文獻(xiàn)……………………

161

第7章其他催化材料……………………

165

污水凈化……………

7.1165

污水狀況及危害………………

7.1.1165

稀土催化降解…………………

7.1.2166

稀土吸濾材料…………………

7.1.3168

稀土絮凝劑……………………

7.1.4172

稀土混凝劑印染制革………

7.1.5(、)174

光催化空氣凈化……………………

7.2175

光催化空氣凈化概述…………

7.2.1