【知識】稀土在環境與建築材料方面的應用

稀土在環境材料方面的一項重要用途是作為汽車尾氣淨化催化劑。它具有良好的催化活性、熱穩定性、抗毒性、使用壽命和價格優勢。北京有色金屬研究總院研製的稀土尾氣淨化催化劑主要採用氧化鈰，中國科學院大連化學物理研究所用鉑/氧化鋯·氧化鈰作為催化劑。可使汽車尾氣中的CO（一氧化碳）、HC（碳氫 化物）、NOX（氮氧化物）的淨化率達到60%-70%乃至更高。

國外，最近利用CEO（二氧化鈰）作為SO（二氧化硫）的吸附劑，使煙道中二氧化硫的淨化率達到95%。採用硫酸鈰脫除NOX的淨化率達90%以上。用氧化鈰吸附硫化氫可與其形成硫氧化鈰，在1000℃氣化脫硫時，可再生氧化鈰。自1973年提出二氧化碳甲烷化的設想以來，科學家們進行了多方面的研究，當用氫氣作為二氧化碳的還原劑，將氧化鑭結合到銅鋯烙鋁（Cu-Zr-Cr-Al）氧化物催化劑內，以使二氧化碳轉化為甲醇，既開發了新能源，又減少了二氧化碳的排放量。

稀土的原子半徑大，極易失去外層電子，具有特殊的變價特性和化學活性。中國建築材料科學研究院的科研工作都利用氧化鈦、氧化鋯等氧化物半導體光催化特性和稀土啟動手段，在材料的禁帶中增加新的表面能級，增加了光催化過程中的活性氧自由基，從而在可見光的條件下也具有了光催化劑效果。由此特性開發出稀土啟動抗菌劑（24小時抗菌率可達95%）和空氣淨化劑（NH、NO、NCHO、CO的淨化率均可達到60%以上）。這種催化劑採用了稀土和其他氧化物等多成分的協同效應，目前已開始應用於多種塗料、陶瓷、搪瓷和水泥製品等建築材料方面 ，能產生良好的抗菌和淨化效果。

玻璃陶瓷是應用稀土較早的傳統產業。在玻璃陶瓷中添加稀土可改善材料性能， 引起顏色變化。稀土用作玻璃的拋光材料，可提高拋光效果。稀土在玻璃陶瓷中的用量約占稀土總用量的25%-30%。近年來，稀土在高技術陶瓷中也開始發揮作用。稀土元素有獨特的電子層結構，其中不飽和的電子層（如4f電子層）受不同波長光的照射後，產生電子躍遷，又會發出另外波長的光。由於這種特性，稀土可用作玻璃陶瓷的各種著色劑，具有獨特的豔麗顏色。稀土陶瓷著色釉料按所呈顏色有以下種類（括弧內是含稀土著色劑的主要成分）：亮黃色（氧化鐠即鐠黃），橙色（氧化釔），淡紫色（氧化釹），鋯鐠釩綠（氧化鋯、氧化鐠、氧化釩），鋯鐠釩橙（同前），帶紅嬌黃（氧化鐠加入二氧化鈰），黃色與天藍之間（調整氧化鐠與五氧化二釩的比例），錳紅（添加1-3%氧化釔）。

稀土納米材料是今後研究的新方向。由於材料製成納米顆粒後會使材料性能產生突變，或者產生其他更為優異的性能，各國都在加緊研究。我國是世界上稀土資源最豐富的國家，研究開發稀土納米技術並將其應用於各種功能材料，包括各種功能建築材料和功能環保材料，都將具有廣闊的應用前景。可以預見，繁多功能各異的稀土納米材料將會成為21世紀的一項主導產品。


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