硝酸铈铵-稀土催化剂在汽车尾气净化中的应用

　　摩托车汽车尾气净化器用催化剂是三元催化器中的核心材料，主要由铂、铑等稀贵金属和稀土、锆的氧化物组成，现在的技术发展可用稀土催化剂完全取代贵金属。发动机排出的尾气经过催化剂的化学作用后，将其主要有害成分如一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物等转化成无害的二氧化碳、氮气、水等，从而达到净化空气的目的。

　　稀土元素具有特殊的外层电子结构，其配位数的可变性决定了它们具有某种"后备化学键"或"剩余原子价"的作用，而这种能力正是催化剂所必须具备的。因此，稀土元素不仅本身具有催化活性，还可以作为添加剂或助催化剂提高其他催化剂的催化性能，是稀土大量使用的领域之一。目前稀土催化剂的应用包括以下几个方面：内燃机尾气机外净化；工业废气及人居环境净化；催化燃烧；燃料电池；低值烷烃利用等。

　　催化转化器是涂有金属催化剂的多孔陶瓷块，是由载体、添加剂和稳定剂等多种材料组成的，其中一种重要组成是储氧材料，这种材料能够使燃料－空所比保持在化学计量值，即燃料与空气的重量比约为１４．６。铈是最好的储氧材料，因为发动机富燃料运转时，它能够释放氧，使碳氢化合物和一氧化碳完全氧化，当发动机贫燃料运转时，铈氧化成Ｃｅ↑４＋，能够储存氧。富燃料循环开始时，铈又能可逆地从Ｃｅ↑４＋变成Ｃｅ↑３＋，即变成氧化态，为催化剂中的化学反应供氧。，催化剂中添加铈能够降低钯、铂和铑等贵金属的用量。
　　稀土催化剂用于汽车尾气净化，效果好，质量稳定可靠，价格便宜，是一个正在发展中的稀土应用市场。自20世纪80年代以来，稀土催化剂逐步进入市场。目前美国的汽车尾气净化催化剂需求量迅速增加，并成为稀土应用的最大市场。1996年美国在这一市场的稀土用量为1.2万吨（REO），占当年稀土总用量的46%。80年代初期，日本和欧洲等国家改进了催化剂技术，将稀土加入催化剂中，降低了成本，提高了性能，大大地促进了稀土催化剂的应用。1996年日本在汽车尾气净化催化剂中的稀土用量为420吨；欧洲在这一市场中的稀土用量约为1000吨。我国的科学工作者早在70年代就开始对汽车尾气净化催化剂进行研究开发工作，经过20多年的努力，应用研究已居世界前沿水平，基本具备了产业化转化的条件。特别是在技术上采取了与国外不同的技术路线，即主要研究开发重点放在纯稀土催化剂或以稀土为基引入少量贵金属的技术方向上，这就在汽车尾气净化稀土催化剂的研究开发中形成了具有我国特色和世界先进水平的科研成果。汽车尾气净化催化剂的生产将是下世纪我国最大的催化剂行业之一，也将是稀土的主要用户之一。研究开发天然气公交车及柴油汽车净化高性能强抗硫稀土氧化物催化剂；开发欧Ⅱ和欧Ⅲ标准新型机动车尾气净化催化剂的制备工艺；开发天然气助催化高温燃烧稀土催化剂，提高燃烧炉效率和无污染排放；开发工业源排放有毒、有害、有机物等污染物气体净化催化剂。2002年环境领域包括汽车用催化剂、传感器工业源净化催化剂，稀土用量大约500吨。目前，国内已有上海、北京、无锡等地生产的稀土催化剂进入市场，并逐步在汽车尾气净化器上应用，其应用技术已达20世纪90年代世界先进水平。已在1000多部车上进行了实际应用，取得明显的净化效果。搞好稀土在这方面的应用，既开发了新的应用领域，又缓解了我国城市的大气污染，对实现经济和社会的可持续发展有着重要的意义。21世纪初，稀土在汽车尾气净化催化剂中的应用将会有一个大的飞跃，并成为一个新的稀土消费热点。稀土-贵金属复合催化剂的开发将大有可为。据估计，2005年我国将需要汽车尾气净化催化转换装置800～1000万套，需消费稀土约1500吨。2010年这组数据将达1200万套和1800吨。