ნანო იშვიათმიწა ოქსიდის გამოყენება ავტომობილის გამონაბოლქვში

როგორც ყველამ ვიცით, ჩინეთში იშვიათმიწა მინერალები ძირითადად შედგება მსუბუქი იშვიათმიწა კომპონენტებისგან, რომელთაგან ლანთანი და ცერიუმი 60%-ზე მეტს შეადგენს. ჩინეთში მეტალურგიულ ინდუსტრიაში იშვიათმიწა მინერალების მუდმივი მაგნიტის მასალების, იშვიათმიწა მინერალების ლუმინესცენტური მასალების, იშვიათმიწა მინერალების გასაპრიალებელი ფხვნილისა და იშვიათმიწა მინერალების ზრდასთან ერთად, შიდა ბაზარზე საშუალო და მძიმე იშვიათმიწა მინერალებზე მოთხოვნაც სწრაფად იზრდება. ამან გამოიწვია მაღალი სიმრავლის მსუბუქი იშვიათმიწა მინერალების, როგორიცაა Ce, La და Pr, დიდი რაოდენობით დაგროვება, რაც ჩინეთში იშვიათმიწა მინერალების რესურსების ექსპლუატაციასა და გამოყენებას შორის სერიოზულ დისბალანსს იწვევს. დადგინდა, რომ მსუბუქი იშვიათმიწა ელემენტები ქიმიური რეაქციის პროცესში კარგ კატალიზურ მახასიათებლებსა და ეფექტურობას ავლენენ მათი უნიკალური 4f ელექტრონული გარსის სტრუქტურის გამო. ამიტომ, მსუბუქი იშვიათმიწა მინერალების კატალიზურ მასალად გამოყენება იშვიათმიწა მინერალების ყოვლისმომცველი გამოყენების კარგი გზაა. კატალიზატორი არის ნივთიერება, რომელსაც შეუძლია ქიმიური რეაქციის დაჩქარება და არ მოიხმარება რეაქციამდე და მის შემდეგ. იშვიათმიწა მინერალების კატალიზის საბაზისო კვლევის გაძლიერება არა მხოლოდ წარმოების ეფექტურობის გაუმჯობესებას, არამედ რესურსებისა და ენერგიის დაზოგვას და გარემოს დაბინძურების შემცირებას უწყობს ხელს, რაც მდგრადი განვითარების სტრატეგიულ მიმართულებას შეესაბამება.

რატომ აქვთ იშვიათმიწა ელემენტებს კატალიზური აქტივობა?

იშვიათმიწა ელემენტებს აქვთ სპეციალური გარე ელექტრონული სტრუქტურა (4f), რომელიც კომპლექსის ცენტრალური ატომის როლს ასრულებს და აქვს სხვადასხვა კოორდინაციული რიცხვი 6-დან 12-მდე. იშვიათმიწა ელემენტების კოორდინაციული რიცხვის ცვალებადობა განსაზღვრავს, რომ მათ აქვთ „ნარჩენი ვალენტობა“. რადგან 4f-ს აქვს შვიდი სარეზერვო ვალენტური ელექტრონული ორბიტალი ბმის უნარით, ის ასრულებს „სათადარიგო ქიმიური ბმის“ ან „ნარჩენი ვალენტობის“ როლს. ეს უნარი აუცილებელია ფორმალური კატალიზატორისთვის. ამიტომ, იშვიათმიწა ელემენტებს არა მხოლოდ აქვთ კატალიზური აქტივობა, არამედ შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც დანამატები ან კოკატალიზატორები კატალიზატორების კატალიზური მუშაობის გასაუმჯობესებლად, განსაკუთრებით დაბერების საწინააღმდეგო და მოწამვლის საწინააღმდეგო უნარის გასაუმჯობესებლად.

ამჟამად, ნანო ცერიუმის ოქსიდის და ნანო ლანთანუმის ოქსიდის როლი ავტომობილების გამონაბოლქვის დამუშავებაში ახალ ყურადღებას ამახვილებს.

ავტომობილის გამონაბოლქვში მავნე კომპონენტები ძირითადად მოიცავს CO, HC და NOx-ს. ავტომობილის გამონაბოლქვის გამწმენდ კატალიზატორში გამოყენებული იშვიათმიწა ლითონები ძირითადად ცერიუმის ოქსიდის, პრაზეოდიმიუმის ოქსიდის და ლანთანუმის ოქსიდის ნარევს წარმოადგენს. ავტომობილის გამონაბოლქვის გამწმენდი იშვიათმიწა ლითონების კატალიზატორი შედგება იშვიათმიწა ლითონებისა და კობალტის, მანგანუმის და ტყვიის რთული ოქსიდებისგან. ეს არის სამმაგი კატალიზატორი პეროვსკიტის, სპინელის ტიპისა და სტრუქტურის მქონე, რომელშიც ცერიუმის ოქსიდი ძირითადი კომპონენტია. ცერიუმის ოქსიდის რედოქს მახასიათებლების გამო, გამონაბოლქვი აირების კომპონენტების ეფექტურად კონტროლი შესაძლებელია.

ავტომობილის გამონაბოლქვის გამწმენდი კატალიზატორი ძირითადად შედგება თაფლისებრი კერამიკის (ან ლითონის) მატარებლისა და ზედაპირულად გააქტიურებული საფარისგან. გააქტიურებული საფარი შედგება დიდი ფართობის γ-Al2O3-ისგან, ზედაპირის ფართობის სტაბილიზაციისთვის საჭირო რაოდენობის ოქსიდისგან და საფარში გაფანტული კატალიზურად აქტიური ლითონისგან. ძვირადღირებული pt-სა და RH-ის მოხმარების შესამცირებლად, იაფი Pd-ს მოხმარების გასაზრდელად და კატალიზატორის ღირებულების შესამცირებლად. ავტომობილის გამონაბოლქვის გამწმენდი კატალიზატორის მუშაობის არშემცირების წინაპირობით, CeO2-ისა და La2O3-ის გარკვეული რაოდენობა ჩვეულებრივ ემატება ფართოდ გამოყენებული Pt-Pd-Rh სამმაგი კატალიზატორის გააქტიურების საფარს, რათა შეიქმნას იშვიათმიწა ძვირფასი ლითონის სამმაგი კატალიზატორი შესანიშნავი კატალიზური ეფექტით. La2O3(UG-LaO1) და CeO2 გამოიყენებოდა როგორც პრომოუტერები γ-Al2O3-ით შემაკავშირებელი კეთილშობილი ლითონების კატალიზატორების მუშაობის გასაუმჯობესებლად. კვლევის თანახმად, CeO2, La2O3-ის მოქმედების ძირითადი მექანიზმი კეთილშობილ ლითონების კატალიზატორებში შემდეგია:

1. აქტიური საფარის კატალიზური აქტივობის გაუმჯობესება CeO2-ის დამატებით, რათა ძვირფასი ლითონის ნაწილაკები აქტიურ საფარში გაფანტული იყოს, რათა თავიდან იქნას აცილებული კატალიზური ბადის წერტილების შემცირება და შედუღებით გამოწვეული აქტივობის დაზიანება. CeO2(UG-Ce01)-ის Pt/γ-Al2O3-ში დამატება იწვევს γ-Al2O3-ზე ერთ ფენად გაფანტვას (ერთშრიანი დისპერსიის მაქსიმალური რაოდენობაა 0.035 გ CeO2/გ γ-Al2O3), რაც ცვლის γ-Al2O3-ის ზედაპირულ თვისებებს და აუმჯობესებს Pt-ის დისპერსიის ხარისხს. როდესაც CeO2-ის შემცველობა ტოლია ან ახლოსაა დისპერსიის ზღურბლთან, Pt-ის დისპერსიის ხარისხი აღწევს უმაღლეს ნიშნულს. CeO2-ის დისპერსიის ზღვარი CeO2-ის საუკეთესო დოზაა. 600℃-ზე მაღალ დაჟანგვის ატმოსფეროში Rh კარგავს აქტივაციას Rh2O3-სა და Al2O3-ს შორის მყარი ხსნარის წარმოქმნის გამო. CeO2-ის არსებობა შეასუსტებს Rh-სა და Al2O3-ს შორის რეაქციას და შეინარჩუნებს Rh-ის აქტივაციას. La2O3-ს (UG-LaO1) ასევე შეუძლია ხელი შეუშალოს Pt ულტრაწვრილი ნაწილაკების ზრდას. CeO2-ის და La2O3-ის (UG-LaO1)-ის Pd/γ2al2o3-ზე დამატებით დადგინდა, რომ CeO2-ის დამატება ხელს უწყობს Pd-ის დისპერსიას მატარებელზე და იწვევს სინერგიულ აღდგენას. Pd-ის მაღალი დისპერსია და მისი ურთიერთქმედება CeO2-თან Pd/γ2Al2O3-ზე კატალიზატორის მაღალი აქტივობის გასაღებია.

2. ავტომატურად რეგულირებადი ჰაერ-საწვავის თანაფარდობა (aπ f). როდესაც ავტომობილის საწყისი ტემპერატურა იზრდება, ან როდესაც მართვის რეჟიმი და სიჩქარე იცვლება, გამონაბოლქვი ნაკადის სიჩქარე და გამონაბოლქვი აირის შემადგენლობა იცვლება, რაც იწვევს ავტომობილის გამონაბოლქვი აირის გამწმენდი კატალიზატორის მუშაობის პირობების მუდმივ ცვლილებას და გავლენას ახდენს მის კატალიზურ მუშაობაზე. აუცილებელია ჰაერის π საწვავის თანაფარდობის 1415~1416 სტექიომეტრიულ თანაფარდობამდე რეგულირება, რათა კატალიზატორმა სრულად შეასრულოს თავისი გამწმენდი ფუნქცია. CeO2 არის ცვლადი ვალენტური ოქსიდი (Ce4 +ΠCe3+), რომელსაც აქვს N-ტიპის ნახევარგამტარის თვისებები და აქვს შესანიშნავი ჟანგბადის შენახვისა და გამოყოფის უნარი. როდესაც A π F თანაფარდობა იცვლება, CeO2-ს შეუძლია შესანიშნავი როლი შეასრულოს ჰაერ-საწვავის თანაფარდობის დინამიურად რეგულირებაში. ანუ, O2 გამოიყოფა, როდესაც საწვავი ჭარბია, რაც ხელს უწყობს CO-ს და ნახშირწყალბადების დაჟანგვას; ჭარბი ჰაერის შემთხვევაში, CeO2-x ასრულებს აღმდგენი როლს და რეაგირებს NOx-თან, რათა გამონაბოლქვი აირიდან NOx მოაცილოს CeO2-ის მისაღებად.

3. კოკატალიზატორის ეფექტი როდესაც aπ f-ის ნარევი სტექიომეტრიულ თანაფარდობაშია, H2, CO, HC-ის დაჟანგვის რეაქციისა და NOx-ის აღდგენის რეაქციის გარდა, CeO2-ს, როგორც კოკატალიზატორს, ასევე შეუძლია დააჩქაროს წყლის აირის მიგრაცია და ორთქლის რეფორმირების რეაქცია და შეამციროს CO-სა და HC-ის შემცველობა. La2O3-ს შეუძლია გააუმჯობესოს გარდაქმნის სიჩქარე წყლის აირის მიგრაციის რეაქციაში და ნახშირწყალბადების ორთქლის რეფორმირების რეაქციაში. წარმოქმნილი წყალბადი სასარგებლოა NOx-ის აღდგენისთვის. მეთანოლის დაშლისთვის La2O3-ის Pd/CeO2-γ-Al2O3-ზე დამატებით, აღმოჩნდა, რომ La2O3-ის დამატება აფერხებს თანმდევი პროდუქტის, დიმეთილის ეთერის წარმოქმნას და აუმჯობესებს კატალიზატორის კატალიზურ აქტივობას. როდესაც La2O3-ის შემცველობა 10%-ია, კატალიზატორი კარგ აქტივობას ავლენს და მეთანოლის გარდაქმნა მაქსიმუმს აღწევს (დაახლოებით 91.4%). ეს აჩვენებს, რომ La2O3-ს აქვს კარგი დისპერსია γ-Al2O3 მატარებელზე. გარდა ამისა, მან ხელი შეუწყო CeO2-ის დისპერსიას γ2Al2O3 მატარებელზე და მასიური ჟანგბადის შემცირებას, კიდევ უფრო გააუმჯობესა Pd-ის დისპერსია და კიდევ უფრო გააძლიერა Pd-სა და CeO2-ს შორის ურთიერთქმედება, რითაც გაუმჯობესდა მეთანოლის დაშლის კატალიზატორის კატალიზური აქტივობა.

გარემოს დაცვისა და ენერგიის გამოყენების ახალი პროცესების ამჟამინდელი მახასიათებლების გათვალისწინებით, ჩინეთმა უნდა შეიმუშაოს მაღალი ხარისხის იშვიათმიწა მეტალების კატალიზური მასალები დამოუკიდებელი ინტელექტუალური საკუთრების უფლებებით, მიაღწიოს იშვიათმიწა მეტალების რესურსების ეფექტურ გამოყენებას, ხელი შეუწყოს იშვიათმიწა მეტალების კატალიზური მასალების ტექნოლოგიურ ინოვაციებს და განახორციელოს დაკავშირებული მაღალტექნოლოგიური სამრეწველო კლასტერების, როგორიცაა იშვიათმიწა მეტალები, გარემოს დაცვა და ახალი ენერგია, ნახტომისებური განვითარება.

ამჟამად, კომპანიის მიერ მოწოდებული პროდუქცია მოიცავს ნანოცირკონიუმს, ნანოტიტანს, ნანო ალუმინის ოქსიდს, ნანო ალუმინის ჰიდროქსიდს, ნანოთუთიის ოქსიდს, ნანოსილიციუმის ოქსიდს, ნანო მაგნიუმის ოქსიდს, ნანო მაგნიუმის ჰიდროქსიდს, ნანო სპილენძის ოქსიდს, ნანო იტრიუმის ოქსიდს, ნანო ცერიუმის ოქსიდს, ნანო ლანთანის ოქსიდს, ნანო ვოლფრამის ტრიოქსიდს, ნანო ფეროფერინის ოქსიდს, ნანო ანტიბაქტერიულ აგენტს და გრაფენს. პროდუქტის ხარისხი სტაბილურია და ის მრავალეროვნული საწარმოების მიერ პარტიებად არის შეძენილი.

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