催化剂是一种能够改变反应速度但自身不发生化学变化的物质。它不参与反应,但有少量存在就能加快反应,即可改变化学反应的速度。稀土催化剂及助催化剂的种类繁多,但目前形成产业化的只有石油裂化催化剂、汽车尾气净化催化剂及合成橡胶催化剂。
石油在催化裂化加工过程中采用稀土沸石裂化催化剂,由于其特异的催化性能,使催化裂化工艺发生了一场革命性的变化。它可以大幅度提高原油裂化转化率,增加汽油和柴油的产率。在实际使用中,原油的转化率可以由35%~40%提高到70%~80%,汽油产率提高7%~13%。运用稀土分子筛催化剂进行石油裂化催化,具有原油处理量大、轻质油收率高、产品质量高、活性高、生焦率低、催化剂损耗低和选择性好等优点。
随着汽车的普及和人们对汽车尾气污染危害认识的加深,要求控制汽车尾气污染的呼声也越来越高。汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放,减少汽车污染的最有效的手段。含稀土的汽车尾气净化催化剂较贵金属催化剂具有价格低、热稳定性好、活性较高、使用寿命长的特点。汽车尾气中的有害成分主要有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)。稀土汽车尾气净化催化剂所用的稀土主要是以氧化铈、氧化镨和氧化镧的混合物为主,稀土汽车尾气净化催化剂由稀土与钴、锰、铅的复合氧化物组成,是一类三元催化剂,具有钙钛矿、尖晶石型结构,氧化还原活性较高,其中氧化铈是关键成分。由于氧化铈具有氧化还原特性,能有效地控制排放尾气的组分。净化汽车尾气的催化剂在汽车排气管内,借助于排气温度和空气中氧的浓度,对尾气中的CO、HC和NOx同时起氧化还原作用,使其转化成无害物质CO2、H2O、N2。用于汽车尾气净化催化剂的载体通常有陶瓷、金属蜂窝体、氧化铝小球和金属网状骨架等。稀土可作为陶瓷载体的稳定剂,也可作为活性组分。
20世纪发展起来的高分子材料工业给人类社会带来了巨大的物质文明。橡胶作为高分子材料的重要组成部分,具有其他材料不可替代的特殊性能,成为国民经济和日常生活中不可缺少的重要物质。橡胶就其来源而言,有合成橡胶和天然橡胶之分。目前,合成橡胶的产量及应用范围已大大超过了天然橡胶,成为重要的合成材料品种并获得了迅速的发展。(www.daowen.com)
合成橡胶是以石油为原料发展起来的新兴石油化学工业。在石油炼制和催化裂化过程中,生成大量有价值的单体如乙烯、丙烯、丁二烯和异戊二烯等,这些均为合成通用橡胶品种的重要单体,这些单体通过聚合的方法能够合成高分子化合物。
我国在稀土催化合成橡胶方面的研究工作起步较早,不仅将稀土催化剂应用于丁二烯定向聚合,也首次公开报道了稀土催化剂定向聚异戊二烯。由于各国科学家的共同努力,稀土催化剂的活性在不断提高,催化剂的应用范围也在不断扩大。稀土催化聚合的稀土顺丁橡胶在抗疲劳寿命、动态磨耗及生热性能等方面均优于传统的顺丁橡胶品种。稀土异戊橡胶的性能也达到或超过了同类橡胶的水平。
稀土催化剂是一种有独特性质的合成橡胶催化剂。我国的稀土资源丰富,随着石油化学工业的发展,可提供大量的双烯类的单体。我国是一个天然橡胶资源贫乏的国家,每年要从国外进口大量的橡胶,这也为稀土催化合成橡胶工业提供了极好的发展机遇。
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