【知识】稀土在环境与建筑材料方面的应用

稀土在环境材料方面的一项重要用途是作为汽车尾气净化催化剂。它具有良好的催化活性、热稳定性、抗毒性、使用寿命和价格优势。北京有色金属研究总院研制的稀土尾气净化催化剂主要采用氧化铈，中国科学院大连化学物理研究所用铂/氧化锆·氧化铈作为催化剂。可使汽车尾气中的CO（一氧化碳）、HC（碳氢 化物）、NOX（氮氧化物）的净化率达到60%-70%乃至更高。

国外，最近利用CEO（二氧化铈）作为SO（二氧化硫）的吸附剂，使烟道中二氧化硫的净化率达到95%。采用硫酸铈脱除NOX的净化率达90%以上。用氧化铈吸附硫化氢可与其形成硫氧化铈，在1000℃气化脱硫时，可再生氧化铈。自1973年提出二氧化碳甲烷化的设想以来，科学家们进行了多方面的研究，当用氢气作为二氧化碳的还原剂，将氧化镧结合到铜锆烙铝（Cu-Zr-Cr-Al）氧化物催化剂内，以使二氧化碳转化为甲醇，既开发了新能源，又减少了二氧化碳的排放量。

稀土的原子半径大，极易失去外层电子，具有特殊的变价特性和化学活性。中国建筑材料科学研究院的科研工作都利用氧化钛、氧化锆等氧化物半导体光催化特性和稀土激活手段，在材料的禁带中增加新的表面能级，增加了光催化过程中的活性氧自由基，从而在可见光的条件下也具有了光催化剂效果。由此特性开发出稀土激活抗菌剂（24小时抗菌率可达95%）和空气净化剂（NH、NO、NCHO、CO的净化率均可达到60%以上）。这种催化剂采用了稀土和其它氧化物等多成分的协同效应，目前已开始应用于多种涂料、陶瓷、搪瓷和水泥制品等建筑材料方面 ，能产生良好的抗菌和净化效果。

玻璃陶瓷是应用稀土较早的传统产业。在玻璃陶瓷中添加稀土可改善材料性能， 引起颜色变化。稀土用作玻璃的抛光材料，可提高抛光效果。稀土在玻璃陶瓷中的用量约占稀土总用量的25%-30%。近年来，稀土在高技术陶瓷中也开始发挥作用。稀土元素有独特的电子层结构，其中不饱和的电子层（如4f电子层）受不同波长光的照射后，产生电子跃迁，又会发出另外波长的光。由于这种特性，稀土可用作玻璃陶瓷的各种着色剂，具有独特的艳丽颜色。稀土陶瓷着色釉料按所呈颜色有以下种类（括号内是含稀土着色剂的主要成分）：亮黄色（氧化镨即镨黄），橙色（氧化钇），淡紫色（氧化钕），锆镨钒绿（氧化锆、氧化镨、氧化钒），锆镨钒橙（同前），带红娇黄（氧化镨加入二氧化铈），黄色与天蓝之间（调整氧化镨与五氧化二钒的比例），锰红（添加1-3%氧化钇）。

稀土纳米材料是今后研究的新方向。由于材料制成纳米颗粒后会使材料性能产生突变，或者产生其它更为优异的性能，各国都在加紧研究。我国是世界上稀土资源最丰富的国家，研究开发稀土纳米技术并将其应用于各种功能材料，包括各种功能建筑材料和功能环保材料，都将具有广阔的应用前景。可以预见，繁多功能各异的稀土纳米材料将会成为21世纪的一项主导产品。


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