【知識】稀土在催化劑中的應用

催化劑是一種能夠改變反應速度但自身不發生化學變化的物質。它不參與反應，但少量存在就能加快反應，即改變化學反應速度。稀土催化劑及助催化劑種類繁多，但目前形成產業化的只有石油裂化催化劑、汽車尾氣淨化催化劑及合成橡膠催化劑。

一、石油裂化催化劑

汽 油、柴油是工業和交通運輸中的重要動力燃料。這些產品是通過原油的加工煉製而得。原油是複雜的烴類混合物。用蒸餾的方法可把它分離為不同沸點的餾分，沸點 低於200℃的餾分為汽油，200～300℃為煤油餾分，300～350℃為柴油鎦分，350～500℃的為減壓餾分油。以上各種餾分油還需進一步加工精 制，方能得到成品油。通常用蒸餾的方法只能得到約30%的汽油和柴油。剩下的重質餾分油還可進一步加工，大分子的烴類通過熱裂化、催化裂化或加氫裂化，可 進一步獲得輕質油品。熱裂化得到的產品品質低，而加氫裂化費用高，只有催化裂化符合發展要求而得到廣泛的採用。催化裂化加工過程採用稀土沸石裂化催化劑 後，由於它的特異的催化性能，使催化裂化工藝發生了一場革命性的變化。

稀土在裂化催化劑中有很多作用。首先，稀土能增強催化劑活性和沸石的熱穩定性。其次，催化劑必須進行高溫蒸汽下的再生，以燒掉佔據沸石有效孔隙的越積越多的碳，稀土對此有重要作用。通過提高催化劑中稀土含量，還可產生其他重要影響。

在 石油工業中採用稀土分子篩催化劑進行石油裂化催化，可以大幅度提高原油裂化轉化率，增加汽油和柴油的產率。在實際使用中，原油轉化率由35%～40%提高 到70～80%，汽油產率提高7～13%。運用稀土分子篩催化劑進行石油裂化催化，具有原油處理量大、輕質油收率高、產品品質高、活性高、生焦率低、催化 劑損耗低、選擇性好等優點。

二、稀土汽車尾氣淨化催化劑

隨著汽車的普及和人們對汽車尾氣污染危害認識的加深。要求控制汽車尾 氣污染的呼聲越來越高。從上世紀60年代起美國、歐洲和日本就制定了嚴格的汽車排氣限制標準。我國於1983年也制定了汽車污染物排放標準和測量方法。國 家環保總局的檢測資料顯示，我國機動車每年排放的一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物和鉛化物等有害氣體2000多噸，汽車尾氣已經成為9個大中城市空氣污染 的主要來源。

在美國稀土應用最大的領域是用於作為汽車尾氣淨化催化劑，1995年汽車尾氣淨化催化劑的稀土用量為1.1萬噸，占當年稀土總用量的44%左右。

汽 車尾氣淨化催化劑是控制汽車尾氣排放，減少汽車污染的最有效的手段。用於汽車尾氣淨化的催化劑有多種，早期汽車尾氣淨化器使用普通金屬（Cu、Cr、 Ni），其原料豐富、成本低，但催化活性差、起燃溫度高、易中毒，現在已不使用了。後來，人們使用貴金屬（Pt、Pd、Ph等）作催化劑。具有活性高、壽 命長、淨化效果好等優點，目前歐美等國家普遍使用這種貴金屬催化劑，可由於這些貴金屬價格昂貴，有時淨化催化裝置占整車造價的十分之一，因此很難廣泛推 廣，而且為防止貴金屬催化劑鉛中毒，汽車需使用無鉛汽油。

含稀土的汽車尾氣淨化催化劑其特點是價格低、熱穩定性好、活性較高、使用壽命長。特別是具有抗鉛中毒的特徵，因而，受到人們的重視，在汽車尾氣淨化領域備受青睞。

汽 車尾氣中的有害成份主要有一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）。稀土汽車尾氣淨化催化劑所用的稀土主要是以氧化鈰、氧化鐠和氧化鑭 的混合物為主，稀土汽車尾氣淨化催化劑由稀土與鈷、錳、鉛的複合氧化物組成，是一類三元催化劑，具有鈣鈦礦、尖晶石型結構，氧化還原活性較高，其中氧化鈰 是關鍵成份。由於氧化鈰的氧化還原特性，能有效地控制排放尾氣的組分。淨化汽車尾氣的催化劑在汽車排氣管內，借助於排氣溫度和空氣中氧的濃度，對尾氣中的 CO、HC和NOx同時起氧化還原作用，使其轉化成無害物質CO2、H2O、N2。用於汽車尾氣淨化催化劑的載體通常有陶瓷、金屬蜂窩體、氧化鋁小球和金 屬網狀骨架等。稀土可作為陶瓷載體的穩定劑，也可作為活性組分。

三、合成橡膠用的催化劑

在化學工業中，稀土催化劑可以把石油提煉工業中的副產品乙烯、丙烯、丁烯和芳香烴等迅速聚合成各種性能的橡膠，並達到同天然橡膠相同的性能。在合成氨工業中採用稀土催化劑可以將反應過程中的一氧化碳和副產物二氧化碳迅速轉化為甲烷。

上 世紀發展起來的高分子材料工業給人類社會帶來了巨大的物質文明，橡膠作為高分子材料的重要組成部分，具有其他材料不可替代的特殊性能，成為國民經濟和日常 生活中不可缺少的重要物質，橡膠就其來源而言，有合成橡膠和天然橡膠之分。目前，合成橡膠的產量及應用範圍都大大超過了天然橡膠，成為重要的合成材料品種 並獲得了迅速的發展。


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