第九章 稀土催化剂材料综述
稀土催化及助剂材料
稀土催化及助剂材料一、稀土催化及助剂材料的基本概念稀土元素是指周期表中第三个元素系列中的15个元素，包括镧系和钪系元素。
这些元素在地壳中分布极度不均匀，因此被称为“稀土”。
稀土元素具有较特殊的化学性质，包括较强的氧化还原能力、较高的催化活性和较大的化学活性等特点。
因此，稀土元素被广泛应用于催化反应和助剂材料中，成为现代化学领域中不可或缺的重要材料。
稀土催化及助剂材料是利用稀土元素作为催化剂或助剂来加速化学反应或改变反应路径的材料。
这些材料可以提高反应速率、增加产物选择性、减少反应温度或压力等，在化学合成、环境保护、能源转化等领域发挥着重要作用。
稀土催化及助剂材料因其独特的性能和广泛的应用前景而备受关注。
二、稀土催化原理稀土元素在催化反应中的作用主要是与底物、反应中间体和产物形成稳定或活化的配合物，从而改变反应的速率和产物选择性。
稀土催化反应包括氧化还原、加成、氢化、羰基化、亲核取代等多种类型，其催化原理主要包括以下几种：（1）配位效应：稀土元素在催化反应中与底物分子或反应中间体形成配合物，从而改变反应的速率和选择性。
这种配位效应可通过稀土元素的配位效应对反应底物的选择性作用，也可通过稀土元素催化剂对反应中间体的稳定性改善反应速率。
（2）氧化还原性质：稀土元素具有较强的氧化还原性质，可以在氧化还原反应中作为电子传递体参与反应过程。
稀土元素可在氧化还原反应中扮演氧化剂、还原剂或催化剂的角色，从而改变化学反应的方向和速率。
（3）酸碱性质：稀土元素及其化合物具有较强的酸碱性质，可以在酸碱催化反应中作为酸性或碱性催化剂参与反应过程。
稀土元素催化剂的酸碱性质可以对反应底物的活化和中间体的稳定性产生影响，从而影响反应速率和产物选择性。
稀土催化原理的研究有助于揭示稀土元素在催化反应中的作用机制，为稀土催化剂的设计和优化提供理论指导。
三、稀土催化及助剂材料的应用领域稀土催化及助剂材料在化学合成、环境保护、能源转化等领域有广泛的应用。
稀土催化剂的制备及应用
稀土催化剂的制备及应用稀土元素是地球上的重要资源，也是重要的催化剂材料。
它们在催化剂领域中应用很广泛，有着非常优异的催化性能，被广泛用于各种化学反应中。
本文将从稀土催化剂的制备和应用两个方面来探讨稀土元素在催化剂领域的作用。
一、稀土催化剂的制备（一）物理制备法物理制备法是将稀土化合物直接制备成为催化剂，通过物理方法将稀土化合物搅拌、烧结或磨粉制成均匀的催化剂。
此种方法简单、易于操作，但缺点是制备的催化剂活性低、纯度较低、稳定性差。
（二）化学制备法化学制备法则主要利用稀土元素同其他物质反应，制备出具有催化作用的稀土催化剂。
以沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等常用的化学合成方法来制备催化剂。
此种方法制备的催化剂活性高、纯度较高、稳定性较好。
但制备过程较复杂、稀土资源消耗较大。
二、稀土催化剂的应用（一）稀土催化剂在炼化工业中的应用稀土催化剂在炼化工业中应用广泛，是工业生产中不可缺少的催化剂。
稀土催化剂可用于裂解原油、煤油、柴油等烃类物质，提高炼化原料的转化率和选择性。
同时，稀土催化剂还可用于清除燃料中的有害物质，如SOx、NOx等。
此外，稀土催化剂还可用于氧化、酯化、醇化等反应中。
（二）稀土催化剂在环保领域中的应用稀土催化剂在环保领域中也有广泛的应用。
例如，稀土催化剂可用于处理排放废气中的VOCs、CO、NOx等有害物质，此方法工艺简单、处理效果好。
同时，稀土催化剂还可用于垃圾焚烧、污水处理等环保领域中，可有效降解污染物，达到净化环境的目的。
（三）稀土催化剂在生物质能领域中的应用生物质能是一种可再生、清洁能源，在未来将有广阔的应用前景。
稀土催化剂也可以用于生物质的转化反应中。
例如，稀土催化剂可用于生物质制氢反应中，将生物质转化为高纯度的氢气。
此方法具有节能环保、资源利用率高的优点，对于生物质的高效利用有着非常重要的意义。
三、结语稀土元素是一种非常重要的资源，在催化剂领域中有着广泛的应用。
本文从稀土催化剂的制备和应用两个方面对其进行了探讨，说明了稀土催化剂在炼化工业、环保领域和生物质能领域中的作用。
稀土催化剂材料综述26页PPT
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
稀土催化材料的应用及展望(综述类论文)
1. 引言稀土是我国的重要战略资源之一，其储量、产量及出口量均列世界第一。
稀土因其特殊的4f电子层结构而有着优异的催化特性。
目前，在裂化催化剂、汽车尾气净化催化剂、合成橡胶催化剂、燃料电池的膜催化剂及催化燃烧等领域用含稀土的催化剂部分或全部替代贵金属催化剂，是全球催化材料研究的热点。
汽车尾气净化催化剂汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放，减少汽车污染的最有效的手段。
特别是具有抗铅中毒的特征，因而，受到人们的重视，在汽车尾气净化领域备受青睐。
在石油工业中采用稀土分子筛催化剂进行石油裂化催化，可以大幅度提高原油裂化转化率，增加汽油和柴油的产率。
在实际使用中，原油转化率由35％～40％提高到70％～80％，汽油产率提高7％～13％。
运用稀土分子筛催化剂进行石油裂化催化，具有原油处理量大、轻质油收率高、产品质量高、活性高、生焦率低、催化剂损耗低、选择性好等优点。
与此同时新型的应用稀土材料的燃料电池具有能量转化率高、环境污染小、噪声低、灵活性大、使用寿命长等诸多优点，在电动汽车、潜艇、航天、洁净电站、移动电源等各个领域具有广阔的应用前景。
稀土元素因其特殊的物理和化学性质，在改进和提高燃料电池性能等方面具有潜在的应用前景。
2.稀土催化材料的种类我国稀土矿以轻稀土组分为主，其中镧、铈等组分约占60%以上。
随着我国稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土抛光粉、稀土在冶金工业中等应用领域逐年扩大，国内市场对中重稀土的需求量也快速增加。
造成了高丰度的铈、镧、镨等轻稀土的大量积压，导致我国稀土资源的开采和应用之间存在着严重的不平衡。
研究发现，轻稀土元素由于其独特的4f电子层结构，使其在化学反应过程中表现出良好的助催化性能与功效。
因此，将轻稀土用作催化材料是一条很好的稀土资源综合利用出路。
催化剂是一种能够加速化学反应，且在反应前后自身不被消耗的物质；加强稀土催化的基础研究既提高生产效率，又节约资源和能源，减少环境污染，符合可持续发展的战略方向。
稀土催化材料
稀土催化材料
稀土催化材料是一类具有重要应用价值的新型材料，它在催化剂领域具有广泛
的应用前景。
稀土元素是指化学元素周期表中镧系元素和锕系元素，它们具有较高的化学活性和特殊的电子结构，因此在催化材料中具有独特的优势。
稀土催化材料以其优异的催化性能和广泛的应用领域受到了广泛的关注和研究。
首先，稀土催化材料具有较高的催化活性。
稀土元素具有丰富的价电子和特殊
的电子结构，这使得稀土催化材料在催化反应中能够提供更多的活性位点，从而提高催化活性。
与传统的催化剂相比，稀土催化材料在催化反应中表现出更高的催化活性和选择性，能够有效地降低催化剂的用量，提高反应产物的纯度。
其次，稀土催化材料具有良好的热稳定性和化学稳定性。
稀土元素具有较高的
熔点和氧化还原性，因此稀土催化材料在高温和恶劣环境下依然能够保持良好的催化性能。
此外，稀土催化材料还具有良好的耐腐蚀性能，能够抵抗酸碱和氧化性介质的侵蚀，保持催化活性和稳定性。
再次，稀土催化材料在环境保护和能源领域具有重要应用价值。
稀土催化材料
在汽车尾气净化、废水处理、能源转化等领域具有广泛的应用。
例如，稀土催化材料可以作为三元催化剂，有效降低汽车尾气中的氮氧化物和碳氢化合物的排放；同时，稀土催化材料还可以用于水分解制氢和催化裂解生物质制备生物柴油等能源领域。
综上所述，稀土催化材料具有较高的催化活性、良好的热稳定性和化学稳定性，以及重要的环保和能源应用价值。
随着科学技术的不断进步和催化剂领域的深入研究，相信稀土催化材料将在未来得到更广泛的应用和发展。
第九章 稀土催化剂材料PPT课件
第五章 稀土催化剂材料
1
一、化工领域用催化剂
二、石油裂化催化剂
内
三、合成橡胶领域用催化剂
容
四、汽车尾气净化催化剂
四、 汽 车 尾 气 净 化 催 化 剂
我国现状
据统计,截止2007年底,全国机动 车保有量达到1.598亿辆,其中汽 车保有量为近5700万辆,较 2006 年增长了14.28%,且呈快速增长 趋势。城市汽车污染排放问题 日益突出,已成为继城市煤烟污 染之后的又一主要污染源,所引 起的大气污染是一个不 容忽视 的问题。
化
带来不良影响,表现为智力下降、肾损
催
伤、不育症以及高血压等。
化
剂
危害：CO对人的神经系统有严重的
破坏作用，组织人体血红蛋白向人体
组织输送氧气，引起慢性中毒。HC 中含有多种致癌物质。NOx可能导致 呼吸困难、呼吸道感染和哮喘等症。
在太阳光的作用下，NO2分解产生的 O和O2生成O3，还进一步与烃类反应 形成光化学二次污染，对人类健康造
二、尾气排放及净化
1.尾气排放
燃油机动车的气态排放物主要由 CO、NOx和碳氢化合物(HC)组成，有 些还含有铅，磷，硫等有毒物质。
含铅汽油经燃烧后,85%左右的铅
汽
排入大气中造成铅污染。半个多世纪
车
以来,通过汽车燃烧排入大气中的铅已
尾 气 净
达数百万吨,成为一种公认的全球性污 染。铅对人体的许多器官和系统都会
成更大的伤害，同时，NOx还是形成 酸雨和引起气候变化的主要原因。
目前，全球燃油车辆中仅汽车就每 年向大气排放20亿吨CO、4亿吨HC、 2亿吨NOx。
稀土催化材料的研究与应用
稀土催化材料的研究与应用一、引言稀土催化材料是指含有稀土元素的催化剂材料。
稀土元素具有独特的电子结构和物理化学特性，在催化领域中具有重要的地位。
稀土元素的f轨道电子与其他元素的d轨道电子发生杂化，形成稀土元素的独特能带结构，使稀土元素具有优异的催化性能。
本文将重点介绍稀土催化材料的研究进展和应用。
二、稀土催化材料的分类稀土催化材料的分类方式有多种，例如按用途分为环保催化剂、能源催化剂、生物催化剂等；按组成分为单质稀土催化剂、复合稀土催化剂等。
常用的分类方式是按结构分为三种：1. 氧化物型稀土催化剂氧化物型稀土催化剂由稀土氧化物组成，例如La2O3、CeO2等。
这类催化剂具有高氧存储能力和氧化还原能力，广泛应用于汽车尾气催化转化、空气污染防治等领域。
研究表明，氧化物型稀土催化剂在反应体系中可产生极端的表面、界面和晶粒结构特征，使其具有优异的催化性能。
2. 氧化物载体型稀土催化剂氧化物载体型稀土催化剂由稀土氧化物和载体氧化物组成，例如CeO2-ZrO2、CeO2-Al2O3等。
这类催化剂具有高的比表面积、稳定性和催化活性，广泛应用于汽车尾气净化、化工生产等领域。
研究表明，氧化物载体型稀土催化剂的载体具有大量的酸碱物种，这些物种在反应过程中可作为活性位点发挥催化作用。
3. 氧化物接触型稀土催化剂氧化物接触型稀土催化剂由稀土氧化物和其他材料（例如金属、陶瓷等）接触组成，例如LaFeO3、NdVO4等。
这类催化剂具有独特的催化性能，在微观尺度上充分利用稀土元素的能带结构优势。
近年来，氧化物接触型稀土催化剂在可再生能源、新能源车辆等领域得到了广泛应用。
三、稀土催化材料的应用稀土催化材料具有优异的催化性能和广泛的应用前景，在环保、能源、新材料等领域应用广泛。
1. 环保催化剂稀土催化材料在环保领域的应用主要体现在汽车尾气净化、VOCs（挥发性有机物）污染控制等方面。
以CeO2为代表的氧化物型稀土催化剂，能够有效降解汽车尾气中的CO、NOx和HC等污染物，具有优异的催化性能。
《稀土催化剂》课件
碳酸盐催化剂
由稀土碳酸盐制成的催化剂，用于酯化和酯加 成反应。
稀土催化剂的应用
炼油催化 cracking
稀土催化剂在炼油工艺中起着关键作用，用于燃料 转化和裂解反应。
有机合成催化
稀土催化剂在有机合成中广泛应用，用于高效催化 各种有机反应。
汽车尾气净化催化
稀土催化剂用于汽车尾气净化系统中，帮助减少有 害气体排放。
电化学催化
稀土催化剂在电化学反应中起着重要作用，用于储 能和催化合成。稀土催化Fra bibliotek的前景1
应用前景
稀土催化剂在许多领域仍具有巨大的发展潜力，包括能源、环境和化学工业。
2
研究挑战
进一步研究稀土催化剂的性质和反应机理是当前的挑战之一。
3
新领域的发展
《稀土催化剂》PPT课件
稀土催化剂是一种特殊类型的催化剂，它们由稀土元素组成。
简介
稀土催化剂具有独特的化学特性和催化活性，广泛应用于各个领域。
稀土催化剂的种类
氧化物催化剂
由稀土氧化物制成的催化剂，用于化学反应中 氧化和还原反应。
氮化物催化剂
由稀土氮化物制成的催化剂，用于氨合成等反 应。
硫化物催化剂
拓展稀土催化剂的应用，探索其在新兴领域的潜在用途。
结论
稀土催化剂在许多化学反应中发挥着重要作用，但也存在一些挑战。未来的 研究和应用将进一步推动稀土催化剂的发展。
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2.尾气净化
汽 车 尾 气 净 化 催 化 剂
尾气净化分为机内净化和机外净 化两种。 机内净化是通过对发动机、曲轴 箱涉及的改进和燃油精制等方法 来降低有害气体的生成。在这方 面改革比较难，而且机内净化只 能减少有害物质生成，不能从根 本上消除有害气体。 必须加快研究机动车尾气后处理 净化技术的速度，才能适应交通 运输业的告诉发展。
目前，全球燃油车辆中仅汽车就每 年向大气排放20亿吨CO、4亿吨HC、 2亿吨NOx。
汽 车 尾 气 净 化 催 化 剂
目前，世界汽车排放标准并立， 分为欧洲、美国、日本标准体系。 欧洲标准测试要求相对而言比较 宽泛，是发展中国家大都沿用的 汽车尾气排放体系。并且，由于 我国的轿车车型大多从欧洲引进 生产技术，中国大体上采用欧洲 标准体系。
二、尾气排放及净化
1.尾气排放
燃油机动车的气态排放物主要由 CO、NOx和碳氢化合物(HC)组成，有 些还含有铅，磷，硫等有毒物质。 含铅汽油经燃烧后,85%左右的铅 排入大气中造成铅污染。半个多世纪 以来,通过汽车燃烧排入大气中的铅已 达数百万吨,成为一种公认的全球性污 染。铅对人体的许多器官和系统都会 带来不良影响,表现为智力下降、肾损 伤、不育症以及高型
LaMO3（M=Co，Ni，Mn，Fe，Cr）
活性组分的晶相
LnCoO3（Ln=La，Pr，Nd，Gd，Ho）
La1-xAxCoO3 La1-xAxMnO3
活性组分
AxB1-xLO3
催化剂形状
LaxSr1-xFeyMn1-y-zPd2O3
4.稀土在尾气净化催化剂中的
2 NH 3 N 2 3H 2
(2)还原反应
2 NO 2H 2 N 2 2H 2O
NOx xCO 1 / 2 N 2 xCO2
汽 车 尾 气 净 化 催 化 剂
CO H 2O CO2 H 2
目前我国稀土催化剂制成的净 化装置的转换率较高，如CO的 转换率为90%左右，HC转换率 为85%，NOx的转化率为70% 以上，与美国、日本和欧洲研 制的稀土催化剂的转化率水平 接近。
第五章 稀土催化剂材料
一、化工领域用催化剂
二、石油裂化催化剂 三、合成橡胶领域用催化剂 四、汽车尾气净化催化剂
内
容
四、 汽 车 尾 气 净 化 催 化 剂
我国现状 据统计,截止2007年底,全国机动 车保有量达到1.598亿辆,其中汽 车保有量为近5700万辆,较 2006 年增长了14.28%,且呈快速增长 趋势。城市汽车污染排放问题 日益突出,已成为继城市煤烟污 染之后的又一主要污染源,所引 起的大气污染是一个不 容忽视 的问题。
从上世纪80年代起,美国联邦政 府提高了车辆NOx的排放标准,从 而促进了新型催化剂的产生和发 展,铂铑钯三效催化剂应运而生。 随着汽车排放标准的逐步严格, 到上世纪90年代,三效催化剂除 通常工况下的催化功能外,还能 解决汽车冷启动时的污染控制, 以及克服富氧气氛下的NOx还原 问题。 三效净化催化剂是目前 汽车尾气净化的主流技术。
我国现阶段使用的是中国Ⅲ
号排放标准，相当于欧Ⅲ和欧 Ⅳ的汽车排放 。中国Ⅲ号标准
的尾气污染物排放限值比我国 目前现行的第Ⅱ阶段标准降低 了30%。
这个计划在不断的修改和修
订，2000年，执行EU Phase 3标准，CO 、NOx和 HC限制 在1.5g/Km、0g/Km和 0.2g/Km。
汽 车 尾 气 净 化 催 化 剂
危害：CO对人的神经系统有严重的 破坏作用，组织人体血红蛋白向人体 组织输送氧气，引起慢性中毒。HC 中含有多种致癌物质。NOx可能导致 呼吸困难、呼吸道感染和哮喘等症。 在太阳光的作用下，NO2分解产生的 O和O2生成O3，还进一步与烃类反应 形成光化学二次污染，对人类健康造 成更大的伤害，同时，NOx还是形成 酸雨和引起气候变化的主要原因。
汽 车 尾 气 净 化 催 化 剂
(1)氧化反应
2CO O2 2CO2
4HC 5O2 4CO2 2H 2O
2NO 2CO 2CO2 N 2
汽 车 尾 气 净 化 催 化 剂
4HC 10NO 5N 2 4CO2 2H 2O
6NO 4NH 3 5N 2 6H 2O
随着交通运输也的发展，汽车尾气
已经成为当今世界环境的一个大污 染源。 安装催化净化转化器是降低汽车尾 气对环境污染的有效方法。用于汽 车尾气净化的粗化剂种类较多，期 中贵金属(Pt,Pd,Rh)虽然活性高、净 化效果好，但价格昂贵。 含稀土的催化剂价格低，化学和热 稳定性好，活性也较高，尤其抗中 毒、寿命长，是一种很有使用价值 和发展前景的汽车尾气净化催化剂。
一、汽车尾气净化催化剂的发展概况
汽车尾气催化净化技术,是随着汽车 排放标准的日益严格而逐步发展起来的。 1959年在美国加州,首次颁布了控制汽车 排放污染物的立法,并于 1975年率先将净 化催化剂应用于汽车工业。上世纪60年代 到70年代中期,由于汽车排放法规中只要 求控制CO和HC,出现了“两效”催化剂, 即氧化型催化剂,该催化剂的活性组分以 贵金属铂或钯为主,将尾气中的HC和CO同 时氧化,从而降低了HC和CO的污染物排放。
作用
通常稀土是以氧化物（CeO2、 Y2O3等）的形式加入催化剂中， 在保证催化剂活性不变的前提下， 可以大幅度减少贵金属的用量， 并改善催化剂的性能。 主要作用有4个方面：
1）提高催化剂载体的性能
机外净化是通过安装催化净化器， 使有害物质转化为无害物质，这是目 前机动车尾气净化的最有效方法，被 世界发达国家广泛应用。
采用电子控制燃烧喷射技术（EFI） 和三元催化转换器(TWC)组成的闭环 控制系统是目前尾气净化的主流技术， 能较好的控制排放。 催化净化器的原理是利用催化剂表 面发生的氧化和还原反应，将排气中 的CO和HC等有害物质氧化为CO2和 H2O，将NOx还原成N2。