우리 모두 알다시피, 중국의 희토류 광물은 주로 경희토류 성분으로 구성되어 있으며, 그중 란탄과 세륨이 60% 이상을 차지합니다. 중국의 희토류 영구자석 소재, 희토류 발광 소재, 희토류 연마 분말 및 야금 산업의 희토류가 해마다 확장됨에 따라 국내 시장의 중희토류 및 중희토류 수요도 급격히 증가하고 있습니다. 이로 인해 Ce, La, Pr과 같은 풍부한 경희토류의 대량 재고가 발생하여 중국에서 희토류 자원의 개발과 활용 간에 심각한 불균형이 발생합니다. 경희토류 원소는 고유한 4f 전자 껍질 구조로 인해 화학 반응 과정에서 우수한 촉매 성능과 효능을 나타내는 것으로 밝혀졌습니다. 따라서 경희토류를 촉매 재료로 사용하는 것은 희토류 자원을 종합적으로 활용하는 좋은 방법입니다. 촉매는 화학 반응을 가속화할 수 있는 일종의 물질이며 반응 전후에 소모되지 않습니다. 희토류 촉매에 대한 기초 연구를 강화하면 생산 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 자원과 에너지를 절약하고 환경 오염을 줄일 수 있어 지속 가능한 발전의 전략적 방향에 부합합니다.
희토류 원소가 촉매 활성을 갖는 이유는 무엇인가?
희토류 원소는 특수한 외부 전자 구조(4f)를 가지고 있으며, 이는 착물의 중심 원자 역할을 하며 6에서 12까지 다양한 배위수를 갖습니다. 희토류 원소의 배위수의 다양성은 "잔류 원자가"를 갖음을 결정합니다. 4f는 결합 능력을 가진 7개의 예비 원자가 전자 오비탈을 가지고 있기 때문에 "백업 화학 결합" 또는 "잔류 원자가" 역할을 합니다. 이러한 능력은 형식 촉매에 필수적입니다. 따라서 희토류 원소는 촉매 활성을 가질 뿐만 아니라, 촉매의 성능, 특히 노화 방지 및 독성 방지 능력을 향상시키기 위한 첨가제 또는 조촉매로 사용될 수 있습니다.
현재, 자동차 배기가스 처리에 있어서 나노 세륨산화물과 나노 란타늄산화물의 역할이 새로운 관심사로 떠오르고 있습니다.
자동차 배기가스 중 유해 성분은 주로 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)입니다. 희토류 자동차 배기가스 정화 촉매에 사용되는 희토류는 주로 산화세륨, 산화프라세오디뮴, 산화란탄의 혼합물입니다. 희토류 자동차 배기가스 정화 촉매는 희토류와 코발트, 망간, 납의 복합 산화물로 구성됩니다. 페로브스카이트, 스피넬형, 구조를 가진 3원 촉매로, 산화세륨이 주요 성분입니다. 산화세륨의 산화환원 특성 덕분에 배기가스 성분을 효과적으로 제어할 수 있습니다.
자동차 배기가스 정화 촉매는 주로 허니콤 세라믹(또는 금속) 담체와 표면 활성화 코팅으로 구성됩니다. 활성화 코팅은 넓은 면적의 γ-Al₂O₃, 표면 안정화를 위한 적정량의 산화물, 그리고 코팅 내에 분산된 촉매 활성 금속으로 구성됩니다. 고가의 PTFE와 RH의 소비를 줄이고, 저렴한 Pd의 소비를 늘리며, 촉매 비용을 절감하기 위해, 자동차 배기가스 정화 촉매의 성능을 저하시키지 않는다는 전제 하에, 일반적으로 사용되는 Pt-Pd-Rh 3원 촉매의 활성화 코팅에 일정량의 CeO₂와 La₂O₃를 첨가하여 우수한 촉매 효과를 가진 희토류 귀금속 3원 촉매를 형성합니다. La₂O₃(UG-LaO₃)와 CeO₂는 γ-Al₂O₃ 담지 귀금속 촉매의 성능을 향상시키기 위해 촉진제로 사용되었습니다. 연구에 따르면, CeO₂, 귀금속 촉매에서 La₂O₃의 주요 메커니즘은 다음과 같습니다.
1. 활성 코팅의 촉매 활성을 향상시키기 위해 CeO2를 첨가하여 귀금속 입자가 활성 코팅에 분산되도록 합니다. 이렇게 하면 촉매 격자점 감소 및 소결로 인한 활성 손상을 방지할 수 있습니다. CeO2(UG-CeO1)를 Pt/γ-Al2O3에 첨가하면 γ-Al2O3 위에 단일 층으로 분산될 수 있습니다(단일 층 분산의 최대량은 CeO2 g/γ-Al2O3 g입니다). 이는 γ-Al2O3의 표면 특성을 변화시키고 Pt의 분산도를 향상시킵니다. CeO2 함량이 분산 한계치와 같거나 가까울 때 Pt의 분산도가 가장 높아집니다. CeO2의 분산 한계치는 CeO2의 최적 투여량입니다. 600℃ 이상의 산화 분위기에서 Rh는 Rh2O3와 Al2O3 사이에 고용체를 형성하여 활성을 잃습니다. CeO2의 존재는 Rh와 Al2O3의 반응을 약화시키고 Rh의 활성화를 유지합니다. La2O3(UG-LaO1)은 또한 Pt 초미립자의 성장을 방지할 수 있습니다. CeO2와 La2O3(UG-LaO1)을 Pd/γ2Al2O3에 첨가했을 때, CeO2의 첨가가 Pd의 담체 내 분산을 촉진하고 시너지 효과를 나타내는 것으로 나타났습니다. Pd의 높은 분산도와 Pd/γ2Al2O3 상의 CeO2와의 상호작용이 촉매의 높은 활성의 핵심입니다.
2. 자동 조절 공연비(aπ f) 자동차의 시동 온도가 상승하거나 주행 모드 및 속도가 변경되면 배기 유량과 배기가스 조성이 변하여 자동차 배기가스 정화 촉매의 작동 조건이 지속적으로 변하고 촉매 성능에 영향을 미칩니다. 촉매가 정화 기능을 최대한 발휘할 수 있도록 공기의 π 연료비를 화학양론비인 1415~1416으로 조정해야 합니다. CeO2는 N형 반도체의 특성을 가진 가변 원자가 산화물(Ce4 +ΠCe3+)이며, 뛰어난 산소 저장 및 방출 능력을 가지고 있습니다. Aπ F 비가 변할 때 CeO2는 공연비를 동적으로 조절하는 데 탁월한 역할을 할 수 있습니다. 즉, 연료가 과다할 경우 O2가 방출되어 CO와 탄화수소의 산화를 돕습니다. 공기가 과다할 경우 CeO2-x는 환원 작용을 하여 NOx와 반응하여 배기가스에서 NOx를 제거하여 CeO2를 생성합니다.
3. 조촉매의 효과 aπ f의 혼합물이 화학양론비일 때, H2, CO, HC의 산화 반응과 NOx의 환원 반응 외에도, 조촉매인 CeO2는 수성 가스 이동 반응과 증기 개질 반응을 촉진하고 CO와 HC의 함량을 감소시킬 수 있습니다. La2O3는 수성 가스 이동 반응과 탄화수소 증기 개질 반응에서 전환율을 향상시킬 수 있습니다. 생성된 수소는 NOx 환원에 유익합니다. 메탄올 분해를 위해 Pd/CeO2-γ-Al2O3에 La2O3를 첨가한 결과, La2O3의 첨가가 부산물인 디메틸 에테르의 생성을 억제하고 촉매의 촉매 활성을 향상시키는 것으로 나타났습니다. La2O3의 함량이 10%일 때 촉매는 활성이 좋으며 메탄올 전환율은 최대(약 91.4%)에 도달합니다. 이는 La2O3가 γ-Al2O3 담체에 잘 분산되어 있음을 보여줍니다. 또한 γ2Al2O3 담체에 대한 CeO2의 분산과 벌크 산소의 감소를 촉진하고, Pd의 분산을 더욱 개선하고 Pd와 CeO2 간의 상호 작용을 더욱 향상시켜 메탄올 분해 촉매의 촉매 활성을 개선합니다.
현재 환경보호와 신에너지 이용 프로세스의 특성에 따라, 중국은 자주적 지식재산권을 갖춘 고성능 희토류 촉매재료를 개발하고, 희토류 자원의 효율적인 이용을 실현하며, 희토류 촉매재료의 기술 혁신을 촉진하고, 희토류, 환경, 신에너지 등 관련 첨단산업 클러스터의 비약적 발전을 실현해야 합니다.
현재 회사에서 공급하는 제품으로는 나노 지르코니아, 나노 티타니아, 나노 알루미나, 나노 수산화 알루미늄, 나노 산화 아연, 나노 산화 실리콘, 나노 산화 마그네슘, 나노 수산화물 마그네슘, 나노 산화 구리, 나노 산화 이트륨, 나노 산화 세륨, 나노 산화 란탄, 나노 삼산화 텅스텐, 나노 산화 철 3가 철, 나노 항균제 및 그래핀 등이 있습니다. 제품 품질이 안정적이며 다국적 기업에서 일괄 구매하고 있습니다.
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게시 시간: 2022년 7월 4일