中國粉體網(wǎng)訊  中國粉體網(wǎng)小編從澎湃新聞獲悉，“稀土催化研究院簽約暨揭牌儀式”于8月9日在山東東營成功舉行,。

據(jù)官方披露的信息,，“稀土催化研究院”是在國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會指導(dǎo)下，由天津大學(xué)牽頭,、聯(lián)合行業(yè)內(nèi)主要領(lǐng)軍企業(yè)籌建成立的國家級研究機構(gòu),，旨在圍繞國家戰(zhàn)略需求，結(jié)合國家重點新材料研發(fā)及應(yīng)用重大項目,，構(gòu)建學(xué)術(shù)鏈,、創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈融合新型研發(fā)創(chuàng)新體系,，解決稀土催化材料技術(shù)在行業(yè)應(yīng)用中的“卡脖子”問題,，打破國外的專利壟斷和技術(shù)封鎖，占領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)技術(shù)制高點,，為實施科技強國戰(zhàn)略做支撐,。據(jù)悉，稀土催化研究院將在移動源尾氣凈化,、固定源廢氣治理,、新能源催化等方面重點布局，實行國家+行業(yè)+企業(yè)的運營模式,。

圖：凌文副省長與干勇院士共同為“稀土催化研究院”揭牌,。（來源：國瓷材料）

稀土材料作為一類同時具有電、磁,、光及生物化學(xué)等多種特性的環(huán)境友好型功能材料,，在解決環(huán)境問題上發(fā)揮著不可替代的作用,。由于稀土元素具有豐富的能級和特殊的4f外電子層結(jié)構(gòu)，且稀土氧化物的晶格氧有可移動性,、陽離子有可變價性,、表面呈弱堿性，這些特點都使得稀土尤其是稀土氧化物在氣相催化中表現(xiàn)出優(yōu)異特性,。稀土氧化物,，尤其是含有4f軌道上電子較少的鑭、鈰等輕稀土元素的氧化物被廣泛應(yīng)用于催化領(lǐng)域,，在廢氣治理,、環(huán)境凈化方面具有巨大應(yīng)用市場和發(fā)展?jié)摿Α?br/>

1 稀土在移動源尾氣凈化中的應(yīng)用

2017年，全國機動車保有量達到3.10億輛,，4項污染物排放總量初步核算為4359.7萬噸,。其中，汽油車的CO和HC排放量較高,，CO超過汽車排放總量的80%,，HC超過70%；柴油車排放的NOx接近汽車排放總量的70%,，PM超過90%,；占汽車保有量7.8%的柴油貨車，排放了57.3%的NO_x和77.8%的PM,。機動車污染防治的緊迫性日益凸顯,。

1）用于汽油車尾氣凈化的稀土催化材料

三效催化凈化(TWC)技術(shù)是目前全世界普遍采用的汽油車排氣后處理技術(shù)。隨著技術(shù)的發(fā)展,，以堇青石蜂窩陶瓷為載體,、活性氧化鋁為涂層的貴金屬三效催化劑已經(jīng)發(fā)展成熟。它能夠同時去除HC,、NO_x和CO這3種主要的汽車尾氣污染物,。為了達到最好的催化效果，其中的氣體必須在合理的化學(xué)氧化/還原計量比范圍內(nèi),，因此由Ce,，La，Pr,，Nd等輕稀土的氧化物組成的催化助劑和儲氧材料發(fā)揮了關(guān)鍵作用,。它一方面是穩(wěn)定貴金屬活性組分的載體，另一方面可以在短時間內(nèi)對氧的波動進行補償,，達到調(diào)整催化反應(yīng)氧化/還原比的效果,。

目前，CeO₂-ZrO₂復(fù)合氧化物已經(jīng)發(fā)展為主流的儲氧材料,，廣泛應(yīng)用于三效催化材料中,，且短期內(nèi)無法替代,。據(jù)統(tǒng)計，我國每年僅用于汽車尾氣凈化的CeO₂-ZrO₂復(fù)合氧化物年需求量就高達4000 t,。隨著汽車產(chǎn)量持續(xù)維持高位,，以CeO₂-ZrO₂復(fù)合氧化物為代表的稀土催化材料需求量也必然居高不下。

2）用于柴油車尾氣凈化的稀土催化材料

目前,，國內(nèi)外針對柴油車尾氣去除氮氧化物的催化技術(shù)主要是氨類選擇催化還原技術(shù)(NH₃-SCＲ),。在催化劑的作用下，NH₃優(yōu)先和NO_x發(fā)生還原脫除反應(yīng),，生成氮氣和水,，從而減少NO_x的排放。傳統(tǒng)的SCＲ材料是釩基催化材料,。柴油車尾氣由于呈現(xiàn)溫度變化范圍大(100～500℃),、尾氣成分波動大、水蒸氣含量高的特點,，中高溫活性好(300～500℃)的釩基催化材料幾乎無法滿足需求,。而且釩還具有高毒性、高溫下易揮發(fā),、高溫?zé)岱�(wěn)定性差且高溫NH3過氧化容易生成N₂O等缺點,。目前在研究領(lǐng)域中開發(fā)的非釩SCＲ催化劑主要包括分子篩催化劑和金屬氧化物催化劑兩類。

金屬氧化物催化劑主要包括Fe基,、Ce基、Cu基和Mn基催化劑等,。由于稀土氧化物特別是氧化鈰應(yīng)用在NH₃-SCＲ催化劑中具有提高催化劑的低溫活性,、耐堿性和水熱穩(wěn)定性等改性效果，在近年逐漸成為NH₃-SCＲ領(lǐng)域研究的熱點,。

2 稀土在固定源廢氣治理中的應(yīng)用

1）用于工業(yè)煙氣脫硝的稀土催化材料

固定源的NO_x排放主要來自于熱電廠,、水泥廠、鋼鐵廠,、垃圾焚燒廠及其他類型工業(yè)設(shè)施,。V₂O₅-WO₃/TiO₂(簡稱VWTi)是我國目前工業(yè)化應(yīng)用最廣泛的固定源脫硝催化材料。由于V具有生物毒性,，對環(huán)境產(chǎn)生較大的影響,，美國、歐洲,、日本等國已經(jīng)對其禁止使用,，因此非釩基脫硝催化材料將是未來發(fā)展的主流。但固定源煙氣中含有大量的堿金屬(Ca,，K等)等雜質(zhì),，導(dǎo)致以Cu,，Mn等為活性中心的SCＲ篩催化材料迅速失活。所以截止目前,，這兩類非釩催化材料在固定源脫硝領(lǐng)域的應(yīng)用仍然有限,。相對而言，稀土氧化物尤其是氧化鈰基脫硝催化劑具有高效,、無毒,、無二次污染性等特點，可替代高毒的釩鈦系,，實現(xiàn)環(huán)境友好,。

目前，國內(nèi)第一套稀土脫硝催化劑標(biāo)準已經(jīng)制定出臺(《稀土型選擇性催化還原(SCＲ)脫硝催化劑》GBT34700－2017),。以山東天璨環(huán)�,？萍脊煞萦邢薰�司為代表的企業(yè)也將稀土基脫硝催化劑應(yīng)用于國內(nèi)部分火電廠和工業(yè)鍋爐。2017年之后,，火電行業(yè)原有的釩鈦脫硝催化劑逐漸進入失效期,，需逐步開始換裝，加之火電行業(yè)新增運能對脫硝催化劑的需求增加,，若以稀土脫硝催化劑代替釩鈦脫硝催化劑,，每年需用4～5萬噸CeO₂。這為稀土脫硝催化劑的應(yīng)用帶來了機遇,，同時也為氧化鈰在大氣污染治理的高附加值應(yīng)用開拓了市場,。

2）用于揮發(fā)性有機污染物去除的稀土催化材料

揮發(fā)性有機化合物(VOCs)是指大氣中除單質(zhì)碳、甲烷,、CO和CO₂之外的含碳化合物,，交通、工業(yè)和民用是其三大主要來源,。VOCs對環(huán)境以及人體健康的危害已引起社會公眾的普遍關(guān)注,，針對該污染物的催化凈化技術(shù)是近年來大氣污染物治理最為活躍的領(lǐng)域之一。常用的VOCs處理方法包括吸附,、直接燃燒,、光催化和催化燃燒法等。但從經(jīng)濟角度看,，催化方法由于其能耗低和副產(chǎn)物無毒等特點而受到更多重視,。利用稀土材料改善催化燃燒的效果，可以降低燃燒溫度,、提高燃燒效率,、減少NOx和不完全燃燒產(chǎn)物的形成，具有高效節(jié)能、環(huán)境友好等優(yōu)點,。

3 稀土催化材料在天然氣催化燃燒中的應(yīng)用

催化燃燒是一項高效,、環(huán)保、節(jié)能,、運行安全的能源優(yōu)質(zhì)利用高新技術(shù),。與普通火焰燃燒相比，催化燃燒具有燃燒效率高,、燃燒穩(wěn)定,、污染物〔一氧化碳（CO）、氮氧化物（NO_x）和HC〕等超低排放等優(yōu)點,。中國天然氣資源豐富,，我國陸上和近海115個盆地的天然氣遠景資源量為56萬億m³，天然氣可采資源量為22萬億m³左右,，主要分布在西北,、西南和近海地區(qū)。天然氣在國家能源結(jié)構(gòu)中所占比例逐年增加,。發(fā)展與開發(fā)國際先進的高溫稀土催化燃燒材料與技術(shù),，提高天然氣能源高效利用，改變傳統(tǒng)的燃燒方式符合中國國情和發(fā)展道路,。隨著世界能源消耗不斷增長和環(huán)境標(biāo)準更加嚴格,，開發(fā)節(jié)能、環(huán)保,、高效的新型能源材料和尾氣處理材料是未來的發(fā)展方向,。

小結(jié)：

盡管我國稀土資源豐富，但目前處于大而不強的地位,，促進稀土材料產(chǎn)品的高質(zhì),、高效應(yīng)用仍是稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要出路。從這個意義上說,，深化稀土催化材料在環(huán)境治理方面的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用，既可減少環(huán)境污染,，又能高效利用我國高豐度的輕稀土資源,。

資料來源：

翁端等：鈰基稀土催化材料在大氣污染治理中的研究進展.清華大學(xué).中國材料進展

崔梅生等：稀土催化材料及其應(yīng)用.北京有色金屬研究總院有研稀土新材料股份有限公司.新材料產(chǎn)業(yè)

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