Blant ikke-kiselholdige oksider har alumina gode mekaniske egenskaper, høy temperaturbestandighet og korrosjonsbestandighet, mens mesoporøs alumina (MA) har justerbar porestørrelse, stort spesifikt overflateareal, stort porevolum og lave produksjonskostnader, som er mye brukt i katalyse, kontrollert frigjøring av medikamenter, adsorpsjon og andre felt, som cracking, hydrocracking og hydrodesulfurization av petroleumsråvarer. Mikroporøs alumina brukes ofte i industrien, men det vil direkte påvirke aktiviteten til alumina, levetiden og selektiviteten til katalysatoren.For eksempel, i prosessen med rensing av bileksos, vil de avsatte forurensningene fra motoroljeadditiver danne koks, noe som vil føre til blokkering av katalysatorporene, og dermed redusere aktiviteten til katalysatoren.Overflateaktivt middel kan brukes til å justere strukturen til aluminabæreren for å danne MA. Forbedre dens katalytiske ytelse.
MA har begrensningseffekt, og de aktive metallene deaktiveres etter høytemperaturkalsinering.I tillegg, etter høytemperaturkalsinering, kollapser den mesoporøse strukturen, MA-skjelettet er i amorf tilstand, og overflatesurheten kan ikke oppfylle kravene innen funksjonalisering.Modifikasjonsbehandling er ofte nødvendig for å forbedre den katalytiske aktiviteten, mesoporøs strukturstabilitet, termisk overflatestabilitet og overflatesurhet til MA-materialer. Vanlige modifikasjonsgrupper inkluderer metallheteroatomer (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr, etc. ) og metalloksider (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7, etc.)Lastet på overflaten av MA eller dopet inn i skjelettet.
Den spesielle elektronkonfigurasjonen til sjeldne jordartselementer gjør at forbindelsene har spesielle optiske, elektriske og magnetiske egenskaper, og brukes i katalytiske materialer, fotoelektriske materialer, adsorpsjonsmaterialer og magnetiske materialer.Sjeldne jordartmodifiserte mesoporøse materialer kan justere syre (alkali) egenskaper, øke oksygen ledighet og syntetisere metall nanokrystallinsk katalysator med jevn spredning og stabil nanometerskala. Passende porøse materialer og sjeldne jordarter kan forbedre overflatespredningen av metall nanokrystaller og stabiliteten og karbonavsetningen motstand av katalysatorer.I denne artikkelen vil sjeldne jordarters modifikasjon og funksjonalisering av MA bli introdusert for å forbedre katalytisk ytelse, termisk stabilitet, oksygenlagringskapasitet, spesifikt overflateareal og porestruktur.
1 MA forberedelse
1.1 forberedelse av aluminiumoksydbærer
Fremstillingsmetoden for aluminiumoksydbærer bestemmer porestrukturfordelingen, og dens vanlige fremstillingsmetoder inkluderer pseudo-boehmitt (PB) dehydreringsmetode og sol-gel-metoden.Pseudoboehmite (PB) ble først foreslått av Calvet, og H+ fremmet peptisering for å oppnå γ-AlOOH kolloidalt PB som inneholder mellomlagsvann, som ble kalsinert og dehydrert ved høy temperatur for å danne alumina.I henhold til forskjellige råvarer er det ofte delt inn i utfellingsmetode, karboniseringsmetode og alkoholaluminiumhydrolysemetode. Den kolloidale løseligheten til PB påvirkes av krystallinitet, og den optimaliseres med økningen av krystallinitet, og påvirkes også av driftsprosessparametere.
PB fremstilles vanligvis ved nedbørsmetode.Alkali tilsettes i aluminatløsning eller syre tilsettes i aluminatløsning og utfelles for å oppnå hydratisert alumina (alkaliutfelling), eller syre tilsettes i aluminatutfelling for å oppnå aluminiumoksidmonohydrat, som deretter vaskes, tørkes og kalsineres for å oppnå PB.Nedbørsmetoden er enkel å betjene og lav i pris, som ofte brukes i industriell produksjon, men den er påvirket av mange faktorer (løsningens pH, konsentrasjon, temperatur, etc.).Og den betingelsen for å oppnå partikkel med bedre dispergerbarhet er strenge.I karboniseringsmetoden oppnås Al(OH)3 ved omsetning av CO2 og NaAlO2, og PB kan oppnås etter aldring.Denne metoden har fordelene med enkel betjening, høy produktkvalitet, ingen forurensning og lave kostnader, og kan tilberede alumina med høy katalytisk aktivitet, utmerket korrosjonsbestandighet og høyt spesifikt overflateareal med lav investering og høy avkastning.Aluminiumalkoksydhydrolysemetoden brukes ofte å tilberede PB med høy renhet.Aluminiumalkoksyd hydrolyseres for å danne aluminiumoksydmonohydrat, og behandles deretter for å oppnå PB med høy renhet, som har god krystallinitet, jevn partikkelstørrelse, konsentrert porestørrelsesfordeling og høy integritet av sfæriske partikler.Imidlertid er prosessen kompleks, og den er vanskelig å gjenvinne på grunn av bruken av visse giftige organiske løsningsmidler.
I tillegg er uorganiske salter eller organiske forbindelser av metaller vanligvis brukt for å fremstille alumina-forløpere ved sol-gel-metoden, og rent vann eller organiske løsningsmidler tilsettes for å fremstille løsninger for å generere sol, som deretter geleres, tørkes og brennes.For tiden er fremstillingsprosessen for alumina fortsatt forbedret på grunnlag av PB-dehydreringsmetoden, og karboniseringsmetoden har blitt hovedmetoden for industriell aluminiumoksydproduksjon på grunn av sin økonomi og miljøvern. Alumina fremstilt ved sol-gel-metoden har tiltrukket seg mye oppmerksomhet på grunn av den mer jevne porestørrelsesfordelingen, som er en potensiell metode, men den må forbedres for å realisere industriell bruk.
1.2 MA forberedelse
Konvensjonell alumina kan ikke oppfylle funksjonskravene, så det er nødvendig å forberede høyytelses MA.Syntesemetodene inkluderer vanligvis: nano-støpemetode med karbonform som hard mal;Syntese av SDA: Fordampningsindusert selvmonteringsprosess (EISA) i nærvær av myke maler som SDA og andre kationiske, anioniske eller ikke-ioniske overflateaktive stoffer.
1.2.1 EISA-prosess
Den myke malen brukes i sur tilstand, noe som unngår den kompliserte og tidkrevende prosessen med hardmembranmetoden og kan realisere den kontinuerlige moduleringen av blenderåpningen.Utarbeidelsen av MA av EISA har tiltrukket seg mye oppmerksomhet på grunn av dens enkle tilgjengelighet og reproduserbarhet.Ulike mesoporøse strukturer kan utarbeides.Porestørrelsen til MA kan justeres ved å endre den hydrofobe kjedelengden til overflateaktivt middel eller justere molforholdet mellom hydrolysekatalysator og aluminiumsforløper i løsning. Derfor EISA, også kjent som ett-trinns syntese og modifikasjon av sol-gel metode for høy overflate område MA og bestilt mesoporøs alumina (OMA), har blitt påført ulike myke maler, som P123, F127, trietanolamin (te), etc. EISA kan erstatte sammonteringsprosessen av organoaluminium-forløpere, slik som aluminiumalkoksyder og maler for overflateaktive stoffer , typisk aluminiumisopropoksid og P123, for å gi mesoporøse materialer. Den vellykkede utviklingen av EISA-prosessen krever presis justering av hydrolyse- og kondensasjonskinetikk for å oppnå stabil sol og tillate utvikling av mesofase dannet av overflateaktive miceller i sol.
I EISA-prosessen kan bruk av ikke-vandige løsningsmidler (som etanol) og organiske kompleksdannende midler effektivt redusere hydrolyse- og kondensasjonshastigheten til organoaluminium-forløpere og indusere selvmontering av OMA-materialer, som Al(OR)3 og aluminiumisopropoksid.Imidlertid, i ikke-vandige flyktige løsningsmidler, mister overflateaktive maler vanligvis sin hydrofilisitet/hydrofobitet.I tillegg, på grunn av forsinkelsen av hydrolyse og polykondensasjon, har mellomproduktet hydrofob gruppe, noe som gjør det vanskelig å samhandle med overflateaktivt middel.Først når konsentrasjonen av overflateaktivt middel og graden av hydrolyse og polykondensasjon av aluminium gradvis økes i prosessen med løsningsmiddelfordampning, kan selvmontering av mal og aluminium finne sted.Derfor vil mange parametere som påvirker fordampningsforholdene til løsningsmidler og hydrolyse- og kondensasjonsreaksjonen av forløpere, som temperatur, relativ fuktighet, katalysator, løsningsmiddelfordampningshastighet, etc., påvirke den endelige monteringsstrukturen.Som vist i fig.1, OMA-materialer med høy termisk stabilitet og høy katalytisk ytelse ble syntetisert ved solvotermisk assistert fordampningsindusert selvmontering (SA-EISA).solvotermisk behandling fremmet fullstendig hydrolyse av aluminiumsforløpere for å danne små klynge aluminiumhydroksylgrupper, noe som forbedret interaksjonen mellom overflateaktive stoffer og aluminium. Todimensjonal heksagonal mesofase ble dannet i EISA-prosessen og kalsinert ved 400 ℃ for å danne OMA-materiale.I den tradisjonelle EISA-prosessen er fordampningsprosessen ledsaget av hydrolyse av organoaluminiumforløper, så fordampningsforholdene har en viktig innflytelse på reaksjonen og den endelige strukturen til OMA.Det solvotermiske behandlingstrinnet fremmer fullstendig hydrolyse av aluminiumsforløperen og produserer delvis kondenserte klyngede aluminiumhydroksylgrupper. OMA dannes under et bredt spekter av fordampningsforhold.Sammenlignet med MA fremstilt ved tradisjonell EISA-metode, har OMA fremstilt ved SA-EISA-metode høyere porevolum, bedre spesifikt overflateareal og bedre termisk stabilitet.I fremtiden kan EISA-metoden brukes til å fremstille MA med ultra-stor åpning med høy konverteringsrate og utmerket selektivitet uten å bruke opprømmemiddel.
Fig. 1 flytskjema over SA-EISA-metoden for syntetisering av OMA-materialer
1.2.2 andre prosesser
Konvensjonell MA-forberedelse krever presis kontroll av synteseparametere for å oppnå en klar mesoporøs struktur, og fjerning av malmaterialer er også utfordrende, noe som kompliserer synteseprosessen.For tiden har mange litteraturer rapportert syntesen av MA med forskjellige maler.De siste årene har forskningen hovedsakelig fokusert på syntesen av MA med glukose, sukrose og stivelse som maler ved hjelp av aluminiumisopropoksid i vandig løsning. De fleste av disse MA-materialene er syntetisert fra aluminiumnitrat, sulfat og alkoksid som aluminiumkilder.MA CTAB også oppnås ved direkte modifikasjon av PB som aluminiumskilde.MA med ulike strukturelle egenskaper, dvs. Al2O3)-1, Al2O3)-2 og al2o3Og har god termisk stabilitet.Tilsetningen av overflateaktivt middel endrer ikke den iboende krystallstrukturen til PB, men endrer stablemodusen til partikler.I tillegg dannes dannelsen av Al2O3-3 ved adhesjon av nanopartikler stabilisert av organisk løsningsmiddel PEG eller aggregering rundt PEG.Imidlertid er porestørrelsesfordelingen til Al2O3-1 veldig smal.I tillegg ble palladiumbaserte katalysatorer fremstilt med syntetisk MA som bærer. I metanforbrenningsreaksjonen viste katalysatoren båret av Al2O3-3 god katalytisk ytelse.
For første gang ble MA med relativt smal porestørrelsesfordeling fremstilt ved å bruke billig og aluminiumrik aluminiumsortslagg ABD.Produksjonsprosessen inkluderer ekstraksjonsprosess ved lav temperatur og normalt trykk.De faste partiklene som er igjen i utvinningsprosessen vil ikke forurense miljøet, og kan hopes opp med lav risiko eller gjenbrukes som fyllstoff eller tilslag i betongpåføring.Det spesifikke overflatearealet til den syntetiserte MA er 123 ~ 162 m2/g, porestørrelsesfordelingen er smal, toppradiusen er 5,3 nm, og porøsiteten er 0,37 cm3/g.Materialet er i nanostørrelse og krystallstørrelsen er omtrent 11nm.Faststoffsyntese er en ny prosess for å syntetisere MA, som kan brukes til å produsere radiokjemisk absorbent for klinisk bruk.Aluminiumklorid, ammoniumkarbonat og glukose-råmaterialer blandes i et molforhold på 1:1,5:1,5, og MA syntetiseres ved en ny faststoff-mekanokjemisk reaksjon. %, og den oppnådde131I[NaI]-løsningen har en høy radioaktiv konsentrasjon (1,7TBq/mL), og realiserer dermed bruken av store doser131I[NaI]-kapsler for behandling av skjoldbruskkjertelkreft.
For å oppsummere, i fremtiden kan små molekylære maler også utvikles for å konstruere flernivåordnede porestrukturer, effektivt justere strukturen, morfologien og overflatens kjemiske egenskaper til materialer, og generere stort overflateareal og ordnet ormehull MA.Utforsk billige maler og aluminiumskilder, optimer synteseprosessen, klargjør syntesemekanismen og veiled prosessen.
Modifikasjonsmetode på 2 MA
Metodene for jevn fordeling av aktive komponenter på MA-bærer inkluderer impregnering, in-situ syntese, utfelling, ionebytting, mekanisk blanding og smelting, blant hvilke de to første er de mest brukte.
2.1 in-situ syntesemetode
Grupper brukt i funksjonell modifikasjon legges til i prosessen med å forberede MA for å modifisere og stabilisere skjelettstrukturen til materialet og forbedre den katalytiske ytelsen.Prosessen er vist i figur 2. Liu et al.syntetisert Ni/Mo-Al2O3 in situ med P123 som mal.Både Ni og Mo ble spredt i ordnede MA-kanaler, uten å ødelegge den mesoporøse strukturen til MA, og den katalytiske ytelsen ble åpenbart forbedret.Ved å ta i bruk en in-situ vekstmetode på et syntetisert gamma-al2o3-substrat, sammenlignet med γ-Al2O3, har MnO2-Al2O3 større BET-spesifikt overflateareal og porevolum, og har en bimodal mesoporøs struktur med smal porestørrelsesfordeling.MnO2-Al2O3 har rask adsorpsjonshastighet og høy effektivitet for F-, og har et bredt pH-påføringsområde (pH=4~10), som er egnet for praktiske industrielle bruksforhold.Resirkuleringsytelsen til MnO2-Al2O3 er bedre enn for γ-Al2O. Strukturell stabilitet må optimaliseres ytterligere.For å oppsummere har de MA-modifiserte materialene oppnådd ved in-situ-syntese god strukturell orden, sterk interaksjon mellom grupper og aluminiumoksydbærere, tett kombinasjon, stor materialbelastning og er ikke lett å forårsake utskillelse av aktive komponenter i den katalytiske reaksjonsprosessen , og den katalytiske ytelsen er betydelig forbedret.
Fig. 2 Fremstilling av funksjonalisert MA ved in-situ syntese
2.2 impregneringsmetode
Nedsenking av den fremstilte MA i den modifiserte gruppen, og oppnåelse av det modifiserte MA-materialet etter behandling, for å realisere effektene av katalyse, adsorpsjon og lignende.Cai et al.fremstilte MA fra P123 ved sol-gel-metoden, og bløtla den i etanol og tetraetylenpentaminløsning for å oppnå aminomodifisert MA-materiale med sterk adsorpsjonsytelse.I tillegg har Belkacemi et al.dyppet i ZnCl2-løsning ved samme prosess for å oppnå bestilte sink-dopede modifiserte MA-materialer. Det spesifikke overflatearealet og porevolumet er henholdsvis 394m2/g og 0,55 cm3/g.Sammenlignet med in-situ-syntesemetoden har impregneringsmetoden bedre elementspredning, stabil mesoporøs struktur og god adsorpsjonsytelse, men interaksjonskraften mellom aktive komponenter og aluminiumoksydbærer er svak, og den katalytiske aktiviteten blir lett forstyrret av eksterne faktorer.
3 funksjonell fremgang
Syntesen av sjeldne jordartsmetaller med spesielle egenskaper er utviklingstrenden i fremtiden.For tiden er det mange syntesemetoder.Prosessparametrene påvirker ytelsen til MA.Det spesifikke overflatearealet, porevolumet og porediameteren til MA kan justeres etter maltype og aluminiumsforløpersammensetning.Kalsineringstemperaturen og polymermalkonsentrasjonen påvirker det spesifikke overflatearealet og porevolumet til MA.Suzuki og Yamauchi fant ut at kalsineringstemperaturen ble økt fra 500 ℃ til 900 ℃. Blenderåpningen kan økes og overflaten kan reduseres.I tillegg forbedrer behandlingen med sjeldne jordartsmetaller aktiviteten, overflatetermisk stabilitet, strukturell stabilitet og overflatesurhet til MA-materialer i den katalytiske prosessen, og møter utviklingen av MA-funksjonalisering.
3.1 Defluoreringsadsorbent
Fluoren i drikkevannet i Kina er alvorlig skadelig.I tillegg vil økningen av fluorinnholdet i industriell sinksulfatløsning føre til korrosjon av elektrodeplaten, forringelse av arbeidsmiljøet, reduksjon av kvaliteten på elektrisk sink og reduksjon av mengden resirkulert vann i syrefremstillingssystemet og elektrolyseprosess for røkgass for røkgass i fluidisert sjiktovn.For tiden er adsorpsjonsmetoden den mest attraktive blant de vanlige metodene for våt defluorering. Det er imidlertid noen mangler, for eksempel dårlig adsorpsjonskapasitet, smalt tilgjengelig pH-område, sekundær forurensning og så videre.Aktivt karbon, amorft aluminiumoksyd, aktivert alumina og andre adsorbenter har blitt brukt til defluorering av vann, men kostnadene for adsorbenter er høye, og adsorpsjonskapasiteten til F-in nøytral løsning eller høy konsentrasjon er lav. Aktivert alumina har blitt den mest utbredte studert adsorbent for fjerning av fluor på grunn av dets høye affinitet og selektivitet til fluor ved nøytral pH-verdi, men det er begrenset av den dårlige adsorpsjonskapasiteten til fluor, og bare ved pH <6 kan det ha god fluoridadsorpsjonsytelse.MA har vakt stor oppmerksomhet i miljøforurensningskontroll på grunn av dets store spesifikke overflateareal, unike porestørrelseseffekt, syre-base ytelse, termisk og mekanisk stabilitet.Kundu et al.forberedt MA med en maksimal fluoradsorpsjonskapasitet på 62,5 mg/g.Fluoradsorpsjonskapasiteten til MA er sterkt påvirket av dens strukturelle egenskaper, som spesifikt overflateareal, overflatefunksjonelle grupper, porestørrelse og total porestørrelse. Justering av struktur og ytelse til MA er en viktig måte å forbedre adsorpsjonsytelsen på.
På grunn av den harde syren til La og den harde basiciteten til fluor, er det en sterk affinitet mellom La og fluorioner.I de siste årene har noen studier funnet at La som modifiseringsmiddel kan forbedre adsorpsjonskapasiteten til fluor.Men på grunn av den lave strukturelle stabiliteten til sjeldne jordartsmetaller adsorbenter, blir flere sjeldne jordarter utvasket inn i løsningen, noe som resulterer i sekundær vannforurensning og skade på menneskers helse.På den annen side er høy konsentrasjon av aluminium i vannmiljøet en av giftene for menneskers helse.Derfor er det nødvendig å fremstille en slags komposittadsorbent med god stabilitet og ingen utluting eller mindre utluting av andre elementer i fluorfjerningsprosessen.MA modifisert av La og Ce ble fremstilt ved impregneringsmetoden (La/MA og Ce/MA).sjeldne jordartsoksider ble vellykket lastet på MA-overflaten for første gang, som hadde høyere defluoreringsytelse. Hovedmekanismene for fjerning av fluor er elektrostatisk adsorpsjon og kjemisk adsorpsjon, elektrontiltrekningen av overflatens positiv ladning og ligandutvekslingsreaksjon kombineres med overflatehydroksyl, Hydroksylfunksjonell gruppe på adsorbentoverflaten genererer hydrogenbinding med F-, modifikasjonen av La og Ce forbedrer adsorpsjonskapasiteten til fluor, La/MA inneholder flere hydroksyladsorpsjonssteder, og adsorpsjonskapasiteten til F er i størrelsesorden La/MA >Ce/MA>MA.Med økningen av den opprinnelige konsentrasjonen øker adsorpsjonskapasiteten til fluor. Adsorpsjonseffekten er best når pH er 5~9, og adsorpsjonsprosessen for fluor samsvarer med Langmuirs isotermiske adsorpsjonsmodell.I tillegg kan urenheter av sulfationer i alumina også påvirke kvaliteten på prøvene betydelig.Selv om den relaterte forskningen på sjeldne jordart modifisert alumina har blitt utført, fokuserer mesteparten av forskningen på prosessen med adsorbent, som er vanskelig å brukes industrielt. I fremtiden kan vi studere dissosiasjonsmekanismen til fluorkompleks i sinksulfatløsning og migrasjonsegenskapene til fluorioner, oppnå effektiv, rimelig og fornybar fluorionadsorbent for defluorering av sinksulfatløsning i sinkhydrometallurgisystem, og etablere en prosesskontrollmodell for behandling av høyfluorløsning basert på MA nanoadsorbent av sjeldne jordarter.
3.2 Katalysator
3.2.1 Tørrreformering av metan
Sjeldne jordarter kan justere surheten (basisiteten) til porøse materialer, øke oksygen ledigheten og syntetisere katalysatorer med jevn dispersjon, nanometerskala og stabilitet.Det brukes ofte til å støtte edelmetaller og overgangsmetaller for å katalysere metanering av CO2.For tiden utvikler sjeldne jordartsmetaller modifiserte mesoporøse materialer mot metan-tørreformering (MDR), fotokatalytisk nedbrytning av VOC og rensing av avgass. Sammenlignet med edelmetaller (som Pd, Ru, Rh, etc.) og andre overgangsmetaller (som f.eks. Co, Fe, etc.), er Ni/Al2O3-katalysator mye brukt for sin høyere katalytiske aktivitet og selektivitet, høye stabilitet og lave kostnader for metan.Imidlertid fører sintring og karbonavsetning av Ni-nanopartikler på overflaten av Ni/Al2O3 til rask deaktivering av katalysatoren.Derfor er det nødvendig å tilsette akselererende, modifisere katalysatorbærer og forbedre forberedelsesruten for å forbedre katalytisk aktivitet, stabilitet og svebestandighet.Generelt kan sjeldne jordartsoksider brukes som strukturelle og elektroniske promotorer i heterogene katalysatorer, og CeO2 forbedrer spredningen av Ni og endrer egenskapene til metallisk Ni gjennom sterk metallstøtteinteraksjon.
MA er mye brukt for å forbedre spredningen av metaller, og gi tilbakeholdenhet for aktive metaller for å forhindre deres agglomerering.La2O3 med høy oksygenlagringskapasitet øker karbonmotstanden i konverteringsprosessen, og La2O3 fremmer spredningen av Co på mesoporøs aluminiumoksyd, som har høy reformeringsaktivitet og spenst.La2O3-promoteren øker MDR-aktiviteten til Co/MA-katalysatoren, og Co3O4- og CoAl2O4-faser dannes på katalysatoroverflaten. Imidlertid har det svært dispergerte La2O3 små korn på 8nm~10nm.I MDR-prosessen dannet in-situ interaksjonen mellom La2O3 og CO2 La2O2CO3mesofase, som induserte effektiv eliminering av CxHy på katalysatoroverflaten.La2O3 fremmer hydrogenreduksjon ved å gi høyere elektrontetthet og øke oksygen ledigheten i 10% Co/MA.Tilsetning av La2O3 reduserer den tilsynelatende aktiveringsenergien til CH4-forbruk.Derfor økte konverteringsraten for CH4 til 93,7 % ved 1073K K. Tilsetningen av La2O3 forbedret den katalytiske aktiviteten, fremmet reduksjonen av H2, økte antallet Co0 aktive steder, produserte mindre avsatt karbon og økte oksygenvakansen til 73,3 %.
Ce og Pr ble understøttet på Ni/Al2O3-katalysator ved impregneringsmetode med likt volum i Li Xiaofeng.Etter tilsetning av Ce og Pr, økte selektiviteten til H2 og selektiviteten til CO ble redusert.MDR modifisert av Pr hadde utmerket katalytisk evne, og selektiviteten til H2 økte fra 64,5 % til 75,6 %, mens selektiviteten til CO ble redusert fra 31,4 % Peng Shujing et al.brukt sol-gel-metoden, Ce-modifisert MA ble fremstilt med aluminiumisopropoksid, isopropanolløsningsmiddel og ceriumnitratheksahydrat.Det spesifikke overflatearealet til produktet ble litt økt.Tilsetningen av Ce reduserte aggregeringen av stavlignende nanopartikler på MA-overflaten.Noen hydroksylgrupper på overflaten av γ-Al2O3 var i utgangspunktet dekket av Ce-forbindelser.Den termiske stabiliteten til MA ble forbedret, og ingen krystallfasetransformasjon skjedde etter kalsinering ved 1000 ℃ i 10 timer. Wang Baowei et al.tilberedt MA-materiale CeO2-Al2O4 ved samutfellingsmetode.CeO2 med kubiske bittesmå korn ble jevnt fordelt i alumina.Etter å ha støttet Co og Mo på CeO2-Al2O4, ble interaksjonen mellom alumina og aktiv komponent Co og Mo effektivt hemmet av CEO2
De sjeldne jordarts-promotorene (La, Ce, y og Sm) er kombinert med Co/MA-katalysator for MDR, og prosessen er vist i fig.3. de sjeldne jordarts-promotorene kan forbedre spredningen av Co på MA-bærer og hemme agglomerasjonen av co-partikler.jo mindre partikkelstørrelsen er, jo sterkere er Co-MA-interaksjonen, desto sterkere er den katalytiske og sintringsevnen i YCo/MA-katalysatoren, og de positive effektene av flere promotorer på MDR-aktivitet og karbonavsetning. Fig.4 er et HRTEM-bilde etter MDR-behandling ved 1023K, Co2: ch4: N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3,1 i 8 timer.Co-partikler eksisterer i form av svarte flekker, mens MA-bærere eksisterer i form av grå, som avhenger av forskjellen i elektrontetthet.i HRTEM-bilde med 10% Co/MA (fig. 4b), er agglomerasjonen av Co-metallpartikler observert på ma-bærere. Tilsetning av sjeldne jordartsmetall-promoter reduserer Co-partikler til 11,0 nm~12,5 nm.YCo/MA har sterk Co-MA-interaksjon, og sintringsytelsen er bedre enn andre katalysatorer.i tillegg, som vist i fig.4b til 4f produseres hule karbon nanotråder (CNF) på katalysatorene, som holder kontakt med gassstrømmen og hindrer katalysatoren i å deaktiveres.
Fig. 3 Effekt av tilsetning av sjeldne jordarter på fysiske og kjemiske egenskaper og MDR-katalytisk ytelse til Co/MA-katalysator
3.2.2 Deoksidasjonskatalysator
Fe2O3/Meso-CeAl, en Ce-dopet Fe-basert deoksidasjonskatalysator, ble fremstilt ved oksidativ dehydrogenering av 1-buten med CO2 som myk oksidant, og ble brukt i syntesen av 1,3-butadien (BD).Ce var sterkt dispergert i aluminiumoksydmatrise, og Fe2O3/meso var sterkt dispergert. Fe2O3/Meso-CeAl-100-katalysator har ikke bare svært spredte jerntyper og gode strukturelle egenskaper, men har også god oksygenlagringskapasitet, så den har god adsorpsjons- og aktiveringskapasitet av CO2.Som vist i figur 5, viser TEM-bilder at Fe2O3/Meso-CeAl-100 er regelmessig. Det viser at den ormlignende kanalstrukturen til MesoCeAl-100 er løs og porøs, noe som er gunstig for spredningen av aktive ingredienser, mens høydispergert Ce er vellykket dopet i aluminiumoksydmatrise.Edelmetallkatalysatorbeleggmaterialet som oppfyller standarden for ultralave utslipp til motorkjøretøyer har utviklet porestruktur, god hydrotermisk stabilitet og stor oksygenlagringskapasitet.
3.2.3 Katalysator for kjøretøy
Pd-Rh-støttede kvartære aluminiumbaserte sjeldne jordartskomplekser AlCeZrTiOx og AlLaZrTiOx for å oppnå beleggmaterialer for bilkatalysatorer.mesoporøst aluminiumbasert sjeldne jordartskompleks Pd-Rh/ALC kan med hell brukes som en CNG-eksosrensekatalysator med god holdbarhet, og konverteringseffektiviteten til CH4, hovedkomponenten i CNG-eksosgass, er så høy som 97,8%.Vedta en hydrotermisk ett-trinns metode for å forberede det sjeldne jordartsmaterialet for å realisere selvmontering, Bestilte mesoporøse forløpere med metastabil tilstand og høy aggregering ble syntetisert, og syntesen av RE-Al samsvarte med modellen for "sammensatt vekstenhet" , og realiserer dermed rensingen av bileksos ettermontert treveis katalysator.
Fig. 4 HRTEM-bilder av ma (a), Co/MA(b), LaCo/MA(c), CeCo/MA(d), YCo/MA(e) og SmCo/MA(f)
Fig. 5 TEM-bilde (A) og EDS-elementdiagram (b,c) av Fe2O3/Meso-CeAl-100
3.3 lysytelse
Elektroner av sjeldne jordartselementer blir lett begeistret for overgang mellom forskjellige energinivåer og sender ut lys.Sjeldne jordarters ioner brukes ofte som aktivatorer for å tilberede selvlysende materialer.Sjeldne jordarters ioner kan lastes på overflaten av hule aluminiumfosfatmikrosfærer ved hjelp av coprecipitation-metoden og ionebyttemetoden, og selvlysende materialer AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd) kan fremstilles.Den luminescerende bølgelengden er i det nære ultrafiolette området. MA lages til tynne filmer på grunn av sin treghet, lave dielektrisitetskonstant og lave ledningsevne, noe som gjør den anvendelig for elektriske og optiske enheter, tynne filmer, barrierer, sensorer osv. Den kan også brukes til sensing av endimensjonale fotoniske krystaller, energigenerering og antirefleksjonsbelegg.Disse enhetene er stablede filmer med bestemt optisk banelengde, så det er nødvendig å kontrollere brytningsindeks og tykkelse. For tiden brukes titandioksid og zirkoniumoksid med høy brytningsindeks og silisiumdioksid med lav brytningsindeks ofte til å designe og bygge slike enheter .Tilgjengeligheten av materialer med forskjellige overflatekjemiske egenskaper utvides, noe som gjør det mulig å designe avanserte fotonsensorer.Innføringen av MA- og oksyhydroksidfilmer i utformingen av optiske enheter viser et stort potensial fordi brytningsindeksen er lik den for silisiumdioksid. Men de kjemiske egenskapene er forskjellige.
3.4 termisk stabilitet
Med økningen i temperaturen påvirker sintring alvorlig brukseffekten av MA-katalysator, og det spesifikke overflatearealet avtar og γ-Al2O3 i krystallinsk fase forvandles til δ og θ til χ faser.Sjeldne jordartsmaterialer har god kjemisk stabilitet og termisk stabilitet, høy tilpasningsevne og lett tilgjengelige og billige råvarer.Tilsetning av sjeldne jordartsmetaller kan forbedre den termiske stabiliteten, oksidasjonsmotstanden ved høye temperaturer og de mekaniske egenskapene til bæreren, og justere overflatens surhet på bæreren. La og Ce er de mest brukte og studerte modifikasjonselementene.Lu Weiguang og andre fant at tilsetning av sjeldne jordartselementer effektivt forhindret bulkdiffusjonen av aluminapartikler, La og Ce beskyttet hydroksylgruppene på overflaten av aluminiumoksyd, hemmet sintring og fasetransformasjon og reduserte skaden av høy temperatur til mesoporøs struktur .Den tilberedte aluminaen har fortsatt høyt spesifikt overflateareal og porevolum. Imidlertid vil for mye eller for lite sjeldne jordartsmetaller redusere den termiske stabiliteten til alumina.Li Yanqiu et al.tilsatt 5 % La2O3 til γ-Al2O3, noe som forbedret den termiske stabiliteten og økte porevolumet og det spesifikke overflatearealet til aluminabæreren.Som det kan sees fra figur 6, La2O3 tilsatt til γ-Al2O3, forbedre den termiske stabiliteten til komposittbærer av sjeldne jordarter.
I prosessen med doping av nanofibrøse partikler med La til MA, er BET-overflatearealet og porevolumet til MA-La høyere enn MA-La når varmebehandlingstemperaturen øker, og doping med La har åpenbar retarderende effekt på sintring ved høy temperatur.som vist i fig.7, med økningen av temperaturen, hemmer La reaksjonen av kornvekst og fasetransformasjon, mens fig.7a og 7c viser akkumulering av nanofibrøse partikler.i fig.7b er diameteren til store partikler produsert ved kalsinering ved 1200 ℃ omtrent 100 nm. Det markerer den betydelige sintringen av MA.I tillegg, sammenlignet med MA-1200, aggregeres ikke MA-La-1200 etter varmebehandling.Med tilsetning av La har nanofiberpartikler bedre sintringsevne.selv ved høyere kalsineringstemperatur er dopet La fortsatt sterkt spredt på MA-overflaten.La-modifisert MA kan brukes som bærer av Pd-katalysator i C3H8-oksidasjonsreaksjon.
Fig. 6 Strukturmodell av sintring av alumina med og uten sjeldne jordartselementer
Fig. 7 TEM-bilder av MA-400 (a), MA-1200(b), MA-La-400(c) og MA-La-1200(d)
4. Konklusjon
Fremdriften med forberedelse og funksjonell bruk av sjeldne jordartmodifiserte MA-materialer introduseres.Sjelden jordart modifisert MA er mye brukt.Selv om det er gjort mye forskning innen katalytisk applikasjon, termisk stabilitet og adsorpsjon, har mange materialer høye kostnader, lav dopingmengde, dårlig orden og er vanskelig å industrialisere.Følgende arbeid må gjøres i fremtiden: optimalisere sammensetningen og strukturen til sjeldne jordart modifisert MA, velg riktig prosess, Møt funksjonell utvikling;Etablere en prosesskontrollmodell basert på funksjonell prosess for å redusere kostnader og realisere industriell produksjon;For å maksimere fordelene med Kinas sjeldne jordartsressurser, bør vi utforske mekanismen for sjeldne jordarters MA-modifikasjon, forbedre teorien og prosessen med å forberede sjeldne jordartmodifisert MA.
Fondsprosjekt: Shaanxi Science and Technology Overall Innovation Project (2011KTDZ01-04-01);Shaanxi-provinsen 2019 spesialvitenskapelig forskningsprosjekt (19JK0490);2020 spesielt vitenskapelig forskningsprosjekt ved Huaqing College, Xi 'an University of Architecture and Technology (20KY02)
Kilde: Rare Earth
Innleggstid: Jul-04-2022