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| 稀土凈化催化領(lǐng)域的應(yīng)用 | |
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| 四、稀土在低碳烷烴利用中的研究與應(yīng)用 低碳烷烴液化取代部分石油資源的關(guān)鍵之一是廉價(jià)合成氣的制備，以降低液化產(chǎn)品成本。低碳烷烴催化轉(zhuǎn)化制備合成氣的主要工藝過程有：蒸汽重整法、蒸汽重整接二段爐氧化法、催化部分氧化法和二氧化碳重整。在水蒸汽重整制合成氣中，為了抑制積炭和活性金屬Ni晶粒的高溫?zé)Y(jié)，水蒸汽使用量大大高于化學(xué)計(jì)量，水氣化需要大量的能耗。實(shí)踐證明稀土添加劑具有良好的抗Ni晶粒燒結(jié)作用和抑制積炭作用。 低碳烷烴除了制備合成氣的利用途徑外，通過脫氫制烯烴是一條有效的利用途徑。該過程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，直接脫氫催化劑主要有鉑系和鉻鋁系兩大類，這些催化劑的致命弱點(diǎn)是易積炭失活、壽命短，催化劑每幾分鐘或十幾分鐘就要再生一次，況且烷烴的轉(zhuǎn)化率也不高。近年來用稀土為助劑的鉻鋁催化劑，取得了較好效果。在催化劑中引入稀土后，在兩小時(shí)內(nèi)可保持活性和選擇性，經(jīng)反復(fù)再生幾十次后，其性能基本如初。且催化劑的性能也有明顯的改觀，丙烷的轉(zhuǎn)化率大于50%，丙烯選擇性大于90%，這是目前報(bào)道的最好的催化劑。與低碳烷烴制合成氣催化劑的情況類似，稀土對(duì)其性能提高的研究仍然是初步的，對(duì)于與其他添加劑作用機(jī)理的區(qū)別和多元混合稀土添加劑協(xié)同作用的研究未見報(bào)道。 五、稀土在燃料電池中的研究與應(yīng)用 固體氧化物燃料電池（SOFC）因具有發(fā)電效率高、低污染和可持續(xù)發(fā)電等特點(diǎn)而受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注，被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色能源。稀土在SOFC中的研究開發(fā)主要集中在以下幾個(gè)方面：陰極材料的開發(fā)，例如鍶摻雜亞錳酸鑭（LSM）；陽極材料的開發(fā)，例如鎳-YSZ金屬陶瓷；雙極連接板材料，例如鈣或鍶摻雜的鉻酸鑭鈣鈦礦材料（LCC）：La1-xCaxCrO3；但更多的是應(yīng)用在電解質(zhì)材料上，例如YSZ（氧化釔摻雜的氧化鋯），摻雜鎵酸鑭，氧化釷、氧化鈰、稀土鈣鈦礦復(fù)合氧化物等。 目前發(fā)現(xiàn)的可能用于SOFC的氧離子導(dǎo)體主要有螢石相結(jié)構(gòu)的ZrO2基、CeO2基、Bi2O3基材料和鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的LaGaO3基材料等。尋找新的優(yōu)良的固體氧化物電解質(zhì)仍然是新世紀(jì)推動(dòng)SOFC實(shí)用化的關(guān)鍵任務(wù)之一。自Cook、Ishihara等報(bào)道了基于LaGaO3的鈣鈦礦氧化物具有很高的電導(dǎo)率以后，鈣鈦礦型固體電解質(zhì)的研究受到了廣泛的重視。ABO3不僅具有穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，而且對(duì)A位和B位離子半徑變化有著較強(qiáng)的容忍性，并可通過低價(jià)金屬離子摻雜，在結(jié)構(gòu)中引入大量的氧空位。鈣鈦礦型氧化物可以容納大量的氧離子空位并具有很高的電導(dǎo)率，例如La0.8Sr0.2Ga0.83Mg0.17O3在800℃的電導(dǎo)率為0.17 S/cm，是除Bi2O3以外氧離子電導(dǎo)率最高的陶瓷材料。稀土氧化物具有良好的離子和電子導(dǎo)電性，對(duì)改善固體氧化物燃料電池的性能有著無法取代的作用。通過選擇合適的氧化物組成，可提高電極材料的離子導(dǎo)電率，降低氧還原的活化能。通過研究組成、結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性的關(guān)系以及摻雜離子的形態(tài)，來設(shè)計(jì)、合成新型結(jié)構(gòu)的復(fù)合稀土氧化物，獲得高電催化活性和高導(dǎo)電率的稀土電極材料，是固體氧化物燃料電池目前的研究熱點(diǎn)，也是稀土在此領(lǐng)域中的一個(gè)重要應(yīng)用。 |
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