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稀土在環境與建筑材料方面的應用

時間:2016-06-06

稀土在環境材料方面的一項重要用途是作為汽車尾氣凈化催化劑。它具有良好的催化活性、熱穩定性、抗毒性、使用壽命和價格優勢。北京有色金屬研究總院研制的稀土尾氣凈化催化劑主要采用氧化鈰,中國科學院大連化學物理研究所用鉑/氧化鋯·氧化鈰作為催化劑。可使汽車尾氣中的CO(一氧化碳)、HC(碳氫 化物)、NOX(氮氧化物)的凈化率達到60%-70%乃至更高。

  國外,利用CEO(二氧化鈰)作為SO(二氧化硫)的吸附劑,使煙道中二氧化硫的凈化率達到95%。采用硫酸鈰脫除NOX的凈化率達90%以上。用氧化鈰吸附硫化氫可與其形成硫氧化鈰,在1000℃氣化脫硫時,可再生氧化鈰。自1973年提出二氧化碳甲烷化的設想以來,科學家們進行了多方面的研究,當用氫氣作為二氧化碳的還原劑,將氧化鑭結合到銅鋯烙鋁(Cu-Zr-Cr-Al)氧化物催化劑內,以使二氧化碳轉化為甲醇,既開發了新能源,又減少了二氧化碳的排放量。

  稀土的原子半徑大,極易失去外層電子,具有特殊的變價特性和化學活性。中國建筑材料科學研究院的科研工作都利用氧化鈦、氧化鋯等氧化物半導體光催化特性和稀土激活手段,在材料的禁帶中增加新的表面能級,增加了光催化過程中的活性氧自由基,從而在可見光的條件下也具有了光催化劑效果。由此特性開發出稀土激活抗菌劑(24小時抗菌率可達95%)和空氣凈化劑(NH、NO、NCHO、CO的凈化率均可達到60%以上)。這種催化劑采用了稀土和其它氧化物等多成分的協同效應,目前已開始應用于多種涂料、陶瓷、搪瓷和水泥制品等建筑材料方面 ,能產生良好的抗菌和凈化效果。

  玻璃陶瓷是應用稀土較早的傳統產業。在玻璃陶瓷中添加稀土可改善材料性能, 引起顏色變化。稀土用作玻璃的拋光材料,可提高拋光效果。稀土在玻璃陶瓷中的用量約占稀土總用量的25%-30%。近年來,稀土在高技術陶瓷中也開始發揮作用。稀土元素有獨特的電子層結構,其中不飽和的電子層(如4f電子層)受不同波長光的照射后,產生電子躍遷,又會發出另外波長的光。由于這種特性,稀土可用作玻璃陶瓷的各種著色劑,具有獨特的艷麗顏色。稀土陶瓷著色釉料按所呈顏色有以下種類(括號內是含稀土著色劑的主要成分):亮黃色(氧化鐠即鐠黃),橙色(氧化釔),淡紫色(氧化釹),鋯鐠釩綠(氧化鋯、氧化鐠、氧化釩),鋯鐠釩橙(同前),帶紅嬌黃(氧化鐠加入二氧化鈰),黃色與天藍之間(調整氧化鐠與五氧化二釩的比例),錳紅(添加1-3%氧化釔)。

  稀土納米材料是今后研究的新方向。由于材料制成納米顆粒后會使材料性能產生突變,或者產生其它更為優異的性能,各國都在加緊研究。研究開發稀土納米技術并將其應用于各種功能材料,包括各種功能建筑材料和功能環保材料,都將具有廣闊的應用前景。可以預見,繁多功能各異的稀土納米材料將會成為21世紀的一項主導產品。


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