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稀土催化材料種類用途及其生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展分析
（作者未知） 2010/5/26
稀土催化材料種類用途及其生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展分析
一、稀土催化材料的種類
眾所周知，我國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，國內(nèi)市場對中重稀土的需求量也快速增加。造成了高豐度的鈰、鑭、鐠等輕稀土的大量積壓，導(dǎo)致我國稀土資源的開采和應(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，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，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)汽車尾氣凈化市場的需求發(fā)展起來的一種稀土催化材料。早期主要利用鈰的儲(chǔ)氧性能來調(diào)節(jié)汽車尾氣中的氧化還原反應(yīng)。后來發(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足日益發(fā)展的汽車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)域的各種催化過程，也廣泛用于汽車尾氣凈化、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。目前不僅大量用于汽車尾氣凈化，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，發(fā)達(dá)國家的環(huán)保催化劑市場一直以20%速度增長。因此，稀土催化材料在環(huán)保催化劑產(chǎn)品市場，特別是在有毒、有害氣體的凈化方面，具有巨大的應(yīng)用市場和發(fā)展?jié)摿Α?br>
二、汽車尾氣凈化
近年來，隨著我國汽車產(chǎn)量及保有量一直呈高速增長勢態(tài)。自2002年10月以來，我國汽車產(chǎn)量平均增長率超過37%。2002年產(chǎn)量為325萬輛， 2003年已達(dá)440余萬輛。預(yù)計(jì)2004年汽車產(chǎn)量將超過510萬輛。繼美國、日本、德國之后，中國2003年汽車產(chǎn)量已超過法國，已成為世界第四大汽車制造國。
汽車的大量使用，使我國許多城市產(chǎn)生了嚴(yán)重的大氣污染。治理機(jī)動(dòng)車的排氣污染，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，在汽車尾氣凈化方面已獲得廣泛應(yīng)用。在全球范圍內(nèi)，僅汽車尾氣凈化方面的稀土年消耗量可達(dá)1.5萬噸REO。
目前，稀土用于汽車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γ-Al2O3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。
除汽車外，我國自1999年以來，一直是世界最大的摩托車制造國，摩托車的年產(chǎn)量早已超過1000萬輛。目前對發(fā)達(dá)國家出口的摩托車要求必須安裝尾氣凈化器，國內(nèi)一些大中型城市已開始要求治理摩托車的排氣污染，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)氧化凈化器來對柴油車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，我國固定式小型燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)量也快速增長。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余萬臺(tái)。其中部分廠商已要求安裝凈化器，這又開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，我國稀土催化材料的用量正逐年增大。2003年，我國國內(nèi)生產(chǎn)的汽車尾氣凈化器產(chǎn)量已達(dá)320余萬套。包括催化劑、載體、以及氧傳感器所消耗的各類稀土，總稀土用量達(dá)910余噸。預(yù)計(jì)到2005年，我國汽車尾氣凈化器的市場需求將超過 550萬套，總稀土消耗量將達(dá)1560余噸。
三、工業(yè)有機(jī)廢氣治理
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