稀土催化材料在工业废气、人居环境净化中的研究与应用综述
摘要:阐述了稀土催化材料在工业废气、人居环境净化方面的研究与应用现状,并对稀土催化材料的发展进行了展望,认为将稀土催化材料用于工业有机废气污染治理和人居环境净化,是推动稀土催化应用的动力之一。等离子体辅助的催化技术,可以显著改善低温活性。作为长期去除污染物的有效措施,光催化技术应大力开发。开发联合脱硫脱氮的新方法、新理论、新技术及新设备,将成为烟气净化技术发展的总趋势。作为一种新型催化材料应用,掺杂稀土的ABO3钙钛矿复合氧化物以及TiO2为基础的复合氧化物,在环境净化方面的发展方向是努力降低成本,提高光催化剂活性,尽量多利用太阳光,扩大降解范围。
关键词:稀土,催化材料,废气,人居环境,净化
0 引言
稀土元素数目众多，包括从镧到镥的 15 个镧系元素。若包含钪与钇，则多达 17 个元素。由于稀土元素具有特殊的外层电子结构（4f），其作为络合物的中心原子，具有从 6～12 的各种配位数。稀土元素这种配位数的可变性，决定了它们具有“剩余的原子价”。因为 4f有 7 个后备价电子轨道具有成键能力，起着某种“后备化学键”或“剩余原子价”的作用。这种能力正是催化剂所必须具备的。
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，以提高催化剂的催化性能，尤其是抗老化能力和抗中毒能力。利用稀土具有的特异的物理和化学性能，研制成的各种稀土功能材料在信息、生物、新材料、新能源以及环保等现代科技和现代工业中起着十分重要的作用。稀土催化材料的研究和应用，既可提高生产效率，又能节约资源和能源，减少环境污染，符合可持续发展的战略方向。目前能够在工业中获得应用的稀土催化材料，主要有 3 类：分子筛稀土催化材料、稀土钙钛矿催化材料、铈锆固溶体催化材料等［1］。与传统的贵金属催化剂相比，稀土催化材料在资源丰度、成本、制备工艺以及性能等方面,都具有较强的优势。目前稀土催化剂在能源环境领域主要用于汽车尾气净化、工业废气及人居环境净化、催化燃烧和燃料电池等几个方面。尤其在工业废气、人居环境净化方面，具有巨大的应用市场和发展潜力，成为研究和开发的热点。自 20 世纪 90 年代末以来，发达国家的环保催化剂市场一直以 20%的速度增长。
1 稀土催化在工业废气、人居环境净化中的研究和应用现状
1.1 意义
稀土已被广泛应用到不同的催化过程中。如精细石油产品及环境催化，尤其是汽车尾气处理。在石油化工中，采用稀土催化剂可简化工艺过程，大大提高经济效益。无论是改造传统产业，还是发展高新技术产业，稀土应用的投入产出比最低是 1∶24。“十五”期间，中国稀土新材料的研制与开发目前，在整个稀土用量中，稀土催化材料所占比例最大，2004 年国内稀土用量已超过 3 万 t，其中在稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土催化材料等领域的使用量，已突破 1.5 万 t。稀土催化材料面向精细化工产品的开发，是一项复杂、高技术深度的研究，将会以技术密度高、投资回报大、技术垄断性强、销售利润高的特点，为社会带来可观的综合经济效益
环境污染的控制与治理，是人类 21 世纪面临和亟待解决的重大课题。空气中超标的硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、碳氢化物（HC）、挥发性有机物（VOCS）等有害气体绝对量大，治理困难，严重威胁着人类健康和环境。如，空气中的粉尘和有害气体污染会大大降低人体对病毒的免疫力，由于空气污染增加了人们病毒感染的机率。目前的大气污染物主要来自机动车排放的尾气，以及工业过程排放的有机废气等。
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