การประยุกต์ใช้นาโนแรร์เอิร์ธออกไซด์ในไอเสียรถยนต์

อย่างที่เราทราบกันดีว่าแร่ธาตุหายากในประเทศจีนประกอบด้วยส่วนประกอบของแร่ธาตุหายากชนิดเบาเป็นหลัก โดยแลนทานัมและซีเรียมคิดเป็นมากกว่า 60% ด้วยการขยายตัวของวัสดุแม่เหล็กถาวรของแร่ธาตุหายาก วัสดุเรืองแสงของแร่ธาตุหายาก ผงขัดแร่ธาตุหายาก และแร่ธาตุหายากในอุตสาหกรรมโลหะวิทยาในจีนปีแล้วปีเล่า ความต้องการแร่ธาตุหายากชนิดปานกลางและชนิดหนักในตลาดภายในประเทศก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเช่นกัน ส่งผลให้แร่ธาตุหายากชนิดเบาในปริมาณมาก เช่น Ce, La และ Pr ค้างอยู่เป็นจำนวนมาก ซึ่งนำไปสู่ความไม่สมดุลอย่างร้ายแรงระหว่างการใช้ประโยชน์และการประยุกต์ใช้ทรัพยากรแร่ธาตุหายากในจีน พบว่าธาตุหายากชนิดเบาแสดงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาและประสิทธิผลที่ดีในกระบวนการปฏิกิริยาเคมี เนื่องมาจากโครงสร้างเปลือกอิเล็กตรอน 4f ที่ไม่เหมือนใคร ดังนั้น การใช้แร่ธาตุหายากชนิดเบาเป็นวัสดุเร่งปฏิกิริยาจึงเป็นวิธีที่ดีในการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรแร่ธาตุหายากอย่างครอบคลุม ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นสารชนิดหนึ่งที่สามารถเร่งปฏิกิริยาเคมีได้ และไม่ถูกใช้ก่อนและหลังปฏิกิริยา การเสริมสร้างการวิจัยพื้นฐานของตัวเร่งปฏิกิริยาแร่ธาตุหายากจะไม่เพียงแต่ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตเท่านั้น แต่ยังช่วยประหยัดทรัพยากรและพลังงานและลดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งสอดคล้องกับทิศทางเชิงกลยุทธ์ของการพัฒนาอย่างยั่งยืน

เหตุใดธาตุหายากจึงมีกิจกรรมเร่งปฏิกิริยา?

ธาตุหายากมีโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกพิเศษ (4f) ซึ่งทำหน้าที่เป็นอะตอมกลางของสารประกอบและมีหมายเลขการประสานงานต่างๆ ตั้งแต่ 6 ถึง 12 ความแปรผันของหมายเลขการประสานงานของธาตุหายากกำหนดว่าธาตุเหล่านี้มี "วาเลนซ์คงเหลือ" เนื่องจาก 4f มีวงโคจรอิเล็กตรอนวาเลนซ์สำรอง 7 วงซึ่งมีความสามารถในการสร้างพันธะ จึงมีบทบาทเป็น "พันธะเคมีสำรอง" หรือ "วาเลนซ์คงเหลือ" ความสามารถนี้จำเป็นสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างเป็นทางการ ดังนั้น ธาตุหายากจึงไม่เพียงแต่มีกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เป็นสารเติมแต่งหรือตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยา โดยเฉพาะความสามารถในการต่อต้านวัยและความสามารถในการต่อต้านพิษ

ในปัจจุบัน บทบาทของนาโนซีเรียมออกไซด์และนาโนแลนทานัมออกไซด์ในการบำบัดไอเสียรถยนต์กลายเป็นประเด็นสำคัญใหม่

ส่วนประกอบที่เป็นอันตรายในไอเสียรถยนต์ ได้แก่ CO, HC และ NOx แร่ธาตุหายากที่ใช้ในตัวเร่งปฏิกิริยาการฟอกไอเสียรถยนต์ด้วยแร่ธาตุหายากส่วนใหญ่เป็นส่วนผสมของซีเรียมออกไซด์ เพรซีโอไดเมียมออกไซด์ และแลนทานัมออกไซด์ ตัวเร่งปฏิกิริยาการฟอกไอเสียรถยนต์ด้วยแร่ธาตุหายากประกอบด้วยออกไซด์เชิงซ้อนของแร่ธาตุหายากและโคบอลต์ แมงกานีส และตะกั่ว ตัวเร่งปฏิกิริยานี้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแบบสามองค์ประกอบที่มีประเภทและโครงสร้างเปรอฟสไกต์ สปิเนล ซึ่งซีเรียมออกไซด์เป็นองค์ประกอบหลัก เนื่องจากซีเรียมออกไซด์มีคุณสมบัติรีดอกซ์ จึงสามารถควบคุมองค์ประกอบของก๊าซไอเสียได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ตัวเร่งปฏิกิริยาการฟอกไอเสียของรถยนต์ประกอบด้วยเซรามิกรังผึ้ง (หรือโลหะ) พาหะและสารเคลือบที่กระตุ้นพื้นผิว สารเคลือบที่กระตุ้นประกอบด้วย γ-Al2O3 พื้นที่ขนาดใหญ่ ออกไซด์ในปริมาณที่เหมาะสมสำหรับการทำให้พื้นผิวมีความเสถียร และโลหะที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่กระจายอยู่ในสารเคลือบ เพื่อลดการใช้ pt และ RH ที่มีราคาแพง เพิ่มการใช้ Pd ที่ถูกกว่า และลดต้นทุนของตัวเร่งปฏิกิริยา โดยยึดหลักการไม่ลดประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาการฟอกไอเสียของรถยนต์ จึงมักเติม CeO2 และ La2O3 ในปริมาณหนึ่งลงในสารเคลือบกระตุ้นของตัวเร่งปฏิกิริยาเทอร์นารี Pt-Pd-Rh ที่ใช้กันทั่วไป เพื่อสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาเทอร์นารีโลหะมีค่าหายากที่มีผลเร่งปฏิกิริยาที่ยอดเยี่ยม La2O3 (UG-La01) และ CeO2 ถูกใช้เป็นโปรโมเตอร์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่าที่รองรับ γ-Al2O3 ตามการวิจัย CeO2 กลไกหลักของ La2O3 ในตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่ามีดังนี้:

1. ปรับปรุงกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาของสารเคลือบที่ใช้งานอยู่โดยเติม CeO2 เพื่อให้อนุภาคโลหะมีค่ากระจายอยู่ในสารเคลือบที่ใช้งานอยู่ เพื่อหลีกเลี่ยงการลดจุดโครงตาข่ายเร่งปฏิกิริยาและความเสียหายต่อกิจกรรมที่เกิดจากการเผาผนึก การเติม CeO2 (UG-Ce01) ลงใน Pt/γ-Al2O3 สามารถกระจายบน γ-Al2O3 ได้ในชั้นเดียว (ปริมาณสูงสุดของการกระจายชั้นเดียวคือ 0.035g CeO2/g γ-Al2O3) ซึ่งเปลี่ยนคุณสมบัติพื้นผิวของ γ-Al2O3 และปรับปรุงระดับการกระจายของ Pt เมื่อปริมาณ CeO2 เท่ากับหรือใกล้เคียงกับเกณฑ์การกระจาย ระดับการกระจายของ Pt จะถึงระดับสูงสุด เกณฑ์การกระจายของ CeO2 คือปริมาณ CeO2 ที่ดีที่สุด ในบรรยากาศออกซิเดชันที่สูงกว่า 600℃ Rh จะสูญเสียการกระตุ้นเนื่องจากการก่อตัวของสารละลายของแข็งระหว่าง Rh2O3 และ Al2O3 การมีอยู่ของ CeO2 จะทำให้ปฏิกิริยาระหว่าง Rh และ Al2O3 อ่อนลงและคงการทำงานของ Rh ไว้ได้ La2O3(UG-La01) สามารถป้องกันการเติบโตของอนุภาคขนาดเล็กพิเศษของ Pt ได้เช่นกัน เมื่อเติม CeO2 และ La2O3(UG-La01) ลงใน Pd/γ 2al2o3 พบว่าการเติม CeO2 ส่งเสริมการกระจายตัวของ Pd บนตัวพาและทำให้เกิดการรีดักชันแบบเสริมฤทธิ์กัน การกระจายตัวที่สูงของ Pd และปฏิสัมพันธ์กับ CeO2 บน Pd/γ2Al2O3 เป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยามีกิจกรรมสูง

2. อัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงที่ปรับอัตโนมัติ (aπ f) เมื่ออุณหภูมิเริ่มต้นของรถยนต์เพิ่มขึ้นหรือเมื่อโหมดการขับขี่และความเร็วเปลี่ยนแปลง อัตราการไหลของไอเสียและองค์ประกอบของก๊าซไอเสียจะเปลี่ยนแปลง ซึ่งทำให้สภาพการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาการฟอกก๊าซไอเสียของรถยนต์เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาและส่งผลต่อประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยา จำเป็นต้องปรับอัตราส่วนเชื้อเพลิง π ของอากาศเป็นอัตราส่วนสโตอิชิโอเมตริก 1415~1416 เพื่อให้ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถทำหน้าที่ฟอกได้เต็มที่ CeO2 เป็นออกไซด์วาเลนซ์แปรผัน (Ce4 +ΠCe3+) ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N และมีความสามารถในการกักเก็บและปล่อยออกซิเจนที่ยอดเยี่ยม เมื่ออัตราส่วน A π F เปลี่ยนแปลง CeO2 สามารถมีบทบาทที่ยอดเยี่ยมในการปรับอัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงแบบไดนามิก นั่นคือ O2 จะถูกปล่อยออกมาเมื่อเชื้อเพลิงมีมากเกินไปเพื่อช่วยให้ CO และไฮโดรคาร์บอนออกซิไดซ์ ในกรณีที่มีอากาศมากเกินไป CeO2-x ทำหน้าที่ลดปริมาณและทำปฏิกิริยากับ NOx เพื่อกำจัด NOx ออกจากก๊าซไอเสียเพื่อให้ได้ CeO2

3. ผลของตัวเร่งปฏิกิริยา เมื่อส่วนผสมของ aπ f อยู่ในอัตราส่วนสโตอิชิโอเมตริก นอกจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของ H2, CO, HC และปฏิกิริยารีดักชันของ NOx แล้ว CeO2 ในฐานะตัวเร่งปฏิกิริยายังสามารถเร่งการเคลื่อนตัวของก๊าซน้ำและปฏิกิริยารีฟอร์มไอน้ำและลดปริมาณของ CO และ HC ได้อีกด้วย La2O3 สามารถปรับปรุงอัตราการแปลงในปฏิกิริยาการเคลื่อนตัวของก๊าซน้ำและปฏิกิริยารีฟอร์มไอน้ำไฮโดรคาร์บอน ไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นมีประโยชน์ต่อการลด NOx การเติม La2O3 ลงใน Pd/ CeO2 -γ-Al2O3 สำหรับการสลายตัวของเมทานอล พบว่าการเติม La2O3 ยับยั้งการก่อตัวของไดเมทิลอีเธอร์เป็นผลพลอยได้และปรับปรุงกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยา เมื่อปริมาณของ La2O3 อยู่ที่ 10% ตัวเร่งปฏิกิริยาจะมีกิจกรรมที่ดีและการแปลงเมทานอลจะถึงจุดสูงสุด (ประมาณ 91.4%) สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่า La2O3 มีการกระจายตัวที่ดีบนตัวพา γ-Al2O3 นอกจากนี้ ยังส่งเสริมการกระจายตัวของ CeO2 บนตัวพา γ2Al2O3 และการลดออกซิเจนจำนวนมาก ปรับปรุงการกระจายตัวของ Pd ให้ดีขึ้นต่อไป และปรับปรุงการโต้ตอบระหว่าง Pd และ CeO2 ให้ดีขึ้นต่อไป จึงปรับปรุงกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการสลายตัวของเมทานอลได้ดีขึ้น

ตามลักษณะเฉพาะของการปกป้องสิ่งแวดล้อมในปัจจุบันและกระบวนการใช้พลังงานใหม่ จีนควรพัฒนาวัสดุเร่งปฏิกิริยาแร่ธาตุหายากประสิทธิภาพสูงที่มีสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาที่เป็นอิสระ บรรลุการใช้ทรัพยากรแร่ธาตุหายากอย่างมีประสิทธิภาพ ส่งเสริมนวัตกรรมเทคโนโลยีของวัสดุเร่งปฏิกิริยาแร่ธาตุหายาก และตระหนักถึงการพัฒนาแบบก้าวกระโดดของคลัสเตอร์อุตสาหกรรมเทคโนโลยีขั้นสูงที่เกี่ยวข้อง เช่น แร่ธาตุหายาก สิ่งแวดล้อม และพลังงานใหม่

ปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์ที่บริษัทจัดหา ได้แก่ นาโนเซอร์โคเนีย นาโนไททาเนีย นาโนอะลูมินา นาโนอลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ นาโนซิงค์ออกไซด์ นาโนซิลิกอนออกไซด์ นาโนแมกนีเซียมออกไซด์ นาโนแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ นาโนคอปเปอร์ออกไซด์ นาโนอิตเทรียมออกไซด์ นาโนซีเรียมออกไซด์ นาโนแลนทานัมออกไซด์ นาโนทังสเตนไตรออกไซด์ นาโนเฟอร์โรเฟอร์ริกออกไซด์ ตัวแทนต่อต้านแบคทีเรียระดับนาโน และกราฟีน คุณภาพของผลิตภัณฑ์มีเสถียรภาพ และได้รับการจัดซื้อเป็นกลุ่มโดยบริษัทข้ามชาติ

โทร:86-021-20970332, Email:sales@shxlchem.com