第4章稀土催化剂材料

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1、第四章第四章 稀土催化剂材料稀土催化剂材料内内容容|一、化工领域用催化剂一、化工领域用催化剂|二、石油裂化催化剂二、石油裂化催化剂|三、合成橡胶领域用催化剂三、合成橡胶领域用催化剂|四、汽车尾气净化催化剂四、汽车尾气净化催化剂|我国汽车行业现状我国汽车行业现状|中国汽车市场中国汽车市场2021年产销两旺，年产销两旺，双双超过双双超过1360万辆，赢得世界万辆，赢得世界第一的美誉。业内专家预计第一的美誉。业内专家预计,从从大概念上而言，中国城镇人群大概念上而言，中国城镇人群每个家庭一辆车的普及时代刚每个家庭一辆车的普及时代刚刚开始，整个中国车市进入了刚开始，整个中国车市进入了稳健、快速开展的时期

2、。稳健、快速开展的时期。2021年年2021年的时候，中国汽车年的时候，中国汽车保有量有可能到达保有量有可能到达2亿辆。亿辆。四、四、汽汽车车尾尾气气净净化化催催化化剂剂|2021中国汽车十大趋势中国汽车十大趋势|1、国产汽车产销有望首次突破国产汽车产销有望首次突破2000万辆。万辆。根据权威部门预测，根据权威部门预测，2021年国产汽年国产汽车产销超过车产销超过1800万辆已成定论。由于万辆已成定论。由于去年去年12月国内车市异常火爆，全年汽月国内车市异常火爆，全年汽车产销量有可能超过车产销量有可能超过1850万辆，甚至万辆，甚至到达到达1880万辆。万辆。按照保守的预测，按照保守的预测，2

3、021年中国汽年中国汽车产销增幅至少在车产销增幅至少在10%以上。以上。1800万万辆增长辆增长10%就是就是1980万辆。因此，如万辆。因此，如果没有特殊情况，中国汽车产销果没有特殊情况，中国汽车产销2021年将首次突破两千万辆大关。年将首次突破两千万辆大关。|2、汽车领域节能减排力度进一步加汽车领域节能减排力度进一步加大。大。自自2021年年1月月1日起，执行了两年日起，执行了两年的车购税减征、汽车下乡和以旧换新的车购税减征、汽车下乡和以旧换新补贴不再执行。继续执行的有节能汽补贴不再执行。继续执行的有节能汽车补贴和新能源汽车补贴。这说明国车补贴和新能源汽车补贴。这说明国家对汽车的鼓励重点已

4、经转移到节能家对汽车的鼓励重点已经转移到节能和新能源汽车。有关部门正在考虑对和新能源汽车。有关部门正在考虑对汽车税制进行改革，改革的重点也以汽车税制进行改革，改革的重点也以有利于节能减排为重点。有利于节能减排为重点。随着中国石油对外依存度的不断随着中国石油对外依存度的不断提高，能源、环保压力不断增加，提高，能源、环保压力不断增加，2021年汽车领域的节能减排力度将不年汽车领域的节能减排力度将不断加大。断加大。|3、汽车产能过剩隐忧显现，国家采汽车产能过剩隐忧显现，国家采取措施予以遏制。取措施予以遏制。受国内车市井喷行情的鼓舞，前受国内车市井喷行情的鼓舞，前几年国内汽车厂家都制定了雄心勃勃几年国

5、内汽车厂家都制定了雄心勃勃的扩大产能方案，许多新建工程可望的扩大产能方案，许多新建工程可望在今明两年投产。但是国内车市增幅在今明两年投产。但是国内车市增幅的放缓，可能会使一些厂家的新增产的放缓，可能会使一些厂家的新增产能放空。最近，国家发改委等部委针能放空。最近，国家发改委等部委针对汽车产能过剩开始采取措施。这些对汽车产能过剩开始采取措施。这些措施将在一定程度上遏制汽车产能过措施将在一定程度上遏制汽车产能过剩。剩。|4、汽车产业兼并重组力度继续加汽车产业兼并重组力度继续加大。大。2021年国内车市降温，将有一年国内车市降温，将有一些实力差、竞争力不强的整车企业些实力差、竞争力不强的整车企业陷入

6、困境，有可能被有实力的汽车陷入困境，有可能被有实力的汽车企业集团兼并重组。因此可以预言企业集团兼并重组。因此可以预言2021年中国汽车产业兼并重组、做年中国汽车产业兼并重组、做大做强的力度会继续加大。大做强的力度会继续加大。|5、自主品牌轿车市场份额进一步自主品牌轿车市场份额进一步扩大。扩大。2021年，自主品牌轿车市场份年，自主品牌轿车市场份额将到达额将到达30%，提前完成汽车振兴，提前完成汽车振兴规划提出的规划提出的3年目标。年目标。2021年，随着年，随着广汽传祺和宝骏、理念等合资车企广汽传祺和宝骏、理念等合资车企自主品牌产品进入市场，自主品牌自主品牌产品进入市场，自主品牌轿车的市场份额

7、将会进一步扩大。轿车的市场份额将会进一步扩大。|6、新能源汽车进入家庭取得重大进新能源汽车进入家庭取得重大进展。展。按照汽车产业振兴规划的要求，按照汽车产业振兴规划的要求，到到2021年底，电动汽车要形成规模，年底，电动汽车要形成规模，形成年产形成年产50万辆的产能。随着比亚迪万辆的产能。随着比亚迪电动汽车产能的扩大，以及奇瑞、上电动汽车产能的扩大，以及奇瑞、上汽、众泰和一汽研发的电动汽车陆续汽、众泰和一汽研发的电动汽车陆续上市，上市，2021年五大试点城市上海、杭年五大试点城市上海、杭州、合肥、深圳和长春，将有更多的州、合肥、深圳和长春，将有更多的电动汽车和插电式混合动力汽车，进电动汽车和插

8、电式混合动力汽车，进入普通老百姓的家庭。从而带动充电入普通老百姓的家庭。从而带动充电站和充电桩等根底设施的建设和开展。站和充电桩等根底设施的建设和开展。中国电动汽车将真正进入一个快速开中国电动汽车将真正进入一个快速开展的新阶段。展的新阶段。|7、国内汽车价格将保持相对稳定。国内汽车价格将保持相对稳定。受通胀高企、物价上涨、劳动受通胀高企、物价上涨、劳动力本钱上升等因素影响，力本钱上升等因素影响，2021年汽年汽车行业本钱将有明显上升。但是由车行业本钱将有明显上升。但是由于国内车市竞争太过剧烈，没有厂于国内车市竞争太过剧烈，没有厂家敢提价，再加上整车厂家还有利家敢提价，再加上整车厂家还有利润空间

9、，因此润空间，因此2021年国内车价将继年国内车价将继续呈现有升有降、根本稳定的态势。续呈现有升有降、根本稳定的态势。|8、豪华汽车市场继续高速增长，豪华汽车市场继续高速增长，竞争更加剧烈。竞争更加剧烈。2021年中国汽车产销整体增长年中国汽车产销整体增长32%以上，但是豪华汽车的销量远以上，但是豪华汽车的销量远远高于这一增幅。由于国内汽车消远高于这一增幅。由于国内汽车消费正在进入换车顶峰，而一般换购费正在进入换车顶峰，而一般换购车型都有所升级，给了豪华汽车巨车型都有所升级，给了豪华汽车巨大的市场空间。预计大的市场空间。预计2021年豪华汽年豪华汽车销量仍将远远高于整体增长水平，车销量仍将远远

10、高于整体增长水平，市场竞争也会更加剧烈。市场竞争也会更加剧烈。|9、小排量汽车将继续占据市场主小排量汽车将继续占据市场主导地位。导地位。有人担忧今年车购税不再优惠，有人担忧今年车购税不再优惠，小排量汽车的吸引力会下降。其实，小排量汽车的吸引力会下降。其实，针对小排量汽车的针对小排量汽车的3000元节能汽车元节能汽车补贴，优惠力度更大。目前，已有补贴，优惠力度更大。目前，已有33家汽车企业的家汽车企业的272款车型入围节能款车型入围节能汽车目录，可以享受汽车目录，可以享受3000元国家补元国家补贴。另外，随着油价的不断上涨，贴。另外，随着油价的不断上涨，小排量车型成为家庭消费的主流车小排量车型成

11、为家庭消费的主流车型，尤其在二三线城市更为热销。型，尤其在二三线城市更为热销。取消车购税优惠，并不会降低消费取消车购税优惠，并不会降低消费者购置小排量汽车的热情。者购置小排量汽车的热情。|10、外围形势好转，中国汽车出口外围形势好转，中国汽车出口将有较大增长。将有较大增长。受国际金融危机的影响，受国际金融危机的影响，2021年中国汽车出口下降近一半，年中国汽车出口下降近一半，2021年实现了恢复性增长。随着国外经年实现了恢复性增长。随着国外经济形势的好转，对中国制造的汽车济形势的好转，对中国制造的汽车需求开始恢复。再加上一些跨国汽需求开始恢复。再加上一些跨国汽车公司，比方通用汽车，开始利用车公

12、司，比方通用汽车，开始利用在海外的销售渠道销售国产汽车。在海外的销售渠道销售国产汽车。因此，预计因此，预计2021年中国汽车出口将年中国汽车出口将有一个大的增长，很可能创出历史有一个大的增长，很可能创出历史最好成绩。最好成绩。|中国汽车行业的现状带来的最中国汽车行业的现状带来的最大隐患？大隐患？|汽汽车车尾气排放已尾气排放已经经成成为为我国最我国最大的空气大的空气污污染来源染来源|据统计，每百公里的人均能耗，据统计，每百公里的人均能耗，公共汽车是小汽车的公共汽车是小汽车的8.4%，电，电车为车为3.4%4%，地铁为，地铁为5%。公共交通在顶峰小时每人每公公共交通在顶峰小时每人每公里排放的一氧化

13、碳、碳氢化合里排放的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物三项污染物，分物、氮氧化物三项污染物，分别是小汽车的别是小汽车的17.1%、6.1%、17.4%。如果采用个体小汽车。如果采用个体小汽车出行的人有出行的人有1%转乘公共交通，转乘公共交通，仅此一项中国每年节省燃油将仅此一项中国每年节省燃油将到达到达0.8亿升。亿升。|随着交通运输也的开展，汽车尾随着交通运输也的开展，汽车尾气已经成为当今世界环境的一个大气已经成为当今世界环境的一个大污染源。污染源。|安装催化净化转化器是降低汽车安装催化净化转化器是降低汽车尾气对环境污染的有效方法。用于尾气对环境污染的有效方法。用于汽车尾气净化的粗化剂种类较多，汽

14、车尾气净化的粗化剂种类较多，期中贵金属期中贵金属(Pt,Pd,Rh)虽然活性高、虽然活性高、净化效果好，但价格昂贵。净化效果好，但价格昂贵。|含稀土的催化剂价格低，化学和含稀土的催化剂价格低，化学和热稳定性好，活性也较高，尤其抗热稳定性好，活性也较高，尤其抗中毒、寿命长，是一种很有使用价中毒、寿命长，是一种很有使用价值和开展前景的汽车尾气净化催化值和开展前景的汽车尾气净化催化剂。剂。|一、汽车尾气净化催化剂的开展概况一、汽车尾气净化催化剂的开展概况|汽车尾气催化净化技术汽车尾气催化净化技术,是随着汽是随着汽车排放标准的日益严格而逐步开展起来的。车排放标准的日益严格而逐步开展起来的。195919

15、59年在美国加州年在美国加州,首次公布了控制汽车首次公布了控制汽车排放污染物的立法排放污染物的立法,并于并于 1975 1975年率先将净年率先将净化催化剂应用于汽车工业。上世纪化催化剂应用于汽车工业。上世纪6060年代年代到到7070年代中期年代中期,由于汽车排放法规中只要由于汽车排放法规中只要求控制求控制COCO和和HC,HC,出现了出现了“两效两效催化剂催化剂,即氧化型催化剂即氧化型催化剂,该催化剂的活性组分以该催化剂的活性组分以贵金属铂或钯为主贵金属铂或钯为主,将尾气中的将尾气中的HCHC和和COCO同同时氧化时氧化,从而降低了从而降低了HCHC和和COCO的污染物排放。的污染物排放。

16、|从上世纪从上世纪8080年代起年代起,美国联邦政美国联邦政府提高了车辆府提高了车辆NOxNOx的排放标准的排放标准,从从而促进了新型催化剂的产生和开而促进了新型催化剂的产生和开展展,铂铑钯三效催化剂应运而生。铂铑钯三效催化剂应运而生。随着汽车排放标准的逐步严格随着汽车排放标准的逐步严格,到上世纪到上世纪9090年代年代,三效催化剂除三效催化剂除通常工况下的催化功能外通常工况下的催化功能外,还能还能解决汽车冷启动时的污染控制解决汽车冷启动时的污染控制,以及克服富氧气氛下的以及克服富氧气氛下的NOxNOx复原复原问题。问题。三效净化催化剂是目前三效净化催化剂是目前汽车尾气净化的主流技术。汽车尾气

17、净化的主流技术。汽汽汽汽车车车车尾尾尾尾气气气气净净净净化化化化催催催催化化化化剂剂剂剂z二、尾气排放及净化二、尾气排放及净化1.尾气排放尾气排放 燃油机动车的气态排放物主要由燃油机动车的气态排放物主要由CO、NOx和碳氢化合物和碳氢化合物(HC)组成，有组成，有些还含有铅，磷，硫等有毒物质。些还含有铅，磷，硫等有毒物质。含铅汽油经燃烧后含铅汽油经燃烧后,85%左右的铅左右的铅排入大气中造成铅污染。半个多世纪排入大气中造成铅污染。半个多世纪以来以来,通过汽车燃烧排入大气中的铅已通过汽车燃烧排入大气中的铅已达数百万吨达数百万吨,成为一种公认的全球性污成为一种公认的全球性污染。铅对人体的许多器官和

18、系统都会染。铅对人体的许多器官和系统都会带来不良影响带来不良影响,表现为智力下降、肾损表现为智力下降、肾损伤、不育症以及高血压等。伤、不育症以及高血压等。危害：危害：CO对人的神经系统有严重的对人的神经系统有严重的破坏作用，组织人体血红蛋白向人体破坏作用，组织人体血红蛋白向人体组织输送氧气，引起慢性中毒。组织输送氧气，引起慢性中毒。HC中含有多种致癌物质。中含有多种致癌物质。NOx可能导致可能导致呼吸困难、呼吸道感染和哮喘等症。呼吸困难、呼吸道感染和哮喘等症。在太阳光的作用下，在太阳光的作用下，NO2分解产生的分解产生的O和和O2生成生成O3，还进一步与烃类反，还进一步与烃类反响形成光化学二次

19、污染，对人类健康响形成光化学二次污染，对人类健康造成更大的伤害，同时，造成更大的伤害，同时，NOx还是形还是形成酸雨和引起气候变化的主要原因。成酸雨和引起气候变化的主要原因。汽汽汽汽车车车车尾尾尾尾气气气气净净净净化化化化催催催催化化化化剂剂剂剂|目前，全球燃油车辆中仅汽车就每目前，全球燃油车辆中仅汽车就每年向大气排放年向大气排放20亿吨亿吨CO、4亿吨亿吨HC、2亿吨亿吨NOx。|目前，世界汽车排放标准并立，分目前，世界汽车排放标准并立，分为欧洲、美国、日本标准体系。欧为欧洲、美国、日本标准体系。欧洲标准测试要求相对而言比较宽泛，洲标准测试要求相对而言比较宽泛，是开展中国家大都沿用的汽车尾气

20、是开展中国家大都沿用的汽车尾气排放体系。并且，由于我国的轿车排放体系。并且，由于我国的轿车车型大多从欧洲引进生产技术，中车型大多从欧洲引进生产技术，中国大体上采用欧洲标准体系。国大体上采用欧洲标准体系。|我国现阶段使用的是中国我国现阶段使用的是中国号排放标准，相当于欧号排放标准，相当于欧和和欧欧的汽车排放的汽车排放。中国。中国号号标准的尾气污染物排放限值标准的尾气污染物排放限值比我国目前现行的第比我国目前现行的第阶段阶段标准降低了标准降低了30%。|这个方案在不断的修改和修这个方案在不断的修改和修订，订，2000年，执行年，执行EU Phase 3标准，标准，CO、NOx和和 HC限制限制在在

21、1.5g/Km、0g/Km和和0.2g/Km。汽汽汽汽车车车车尾尾尾尾气气气气净净净净化化化化催催催催化化化化剂剂剂剂|2.尾气净化尾气净化|尾气净化分为机内净化和机外尾气净化分为机内净化和机外净化两种。净化两种。|机内净化是通过对发动机、曲机内净化是通过对发动机、曲轴箱涉及的改进和燃油精制等轴箱涉及的改进和燃油精制等方法来降低有害气体的生成。方法来降低有害气体的生成。在这方面改革比较难，而且机在这方面改革比较难，而且机内净化只能减少有害物质生成，内净化只能减少有害物质生成，不能从根本上消除有害气体。不能从根本上消除有害气体。|必须加快研究机动车尾气后处必须加快研究机动车尾气后处理净化技术的速

22、度，才能适应理净化技术的速度，才能适应交通运输业的告诉开展。交通运输业的告诉开展。汽汽汽汽车车车车尾尾尾尾气气气气净净净净化化化化催催催催化化化化剂剂剂剂 机外净化是通过安装催化净化器，机外净化是通过安装催化净化器，使有害物质转化为无害物质，这是目使有害物质转化为无害物质，这是目前机动车尾气净化的最有效方法，被前机动车尾气净化的最有效方法，被世界兴旺国家广泛应用。世界兴旺国家广泛应用。采用电子控制燃烧喷射技术采用电子控制燃烧喷射技术EFI和三元催化转换器和三元催化转换器(TWC)组成的闭环组成的闭环控制系统是目前尾气净化的主流技术，控制系统是目前尾气净化的主流技术，能较好的控制排放。能较好的控

23、制排放。催化净化器的原理是利用催化剂外催化净化器的原理是利用催化剂外表发生的氧化和复原反响，将排气中表发生的氧化和复原反响，将排气中的的CO和和HC等有害物质氧化为等有害物质氧化为CO2和和H2O，将，将NOx复原成复原成N2。汽汽汽汽车车车车尾尾尾尾气气气气净净净净化化化化催催催催化化化化剂剂剂剂|(1)氧化反响氧化反响|汽汽汽汽车车车车尾尾尾尾气气气气净净净净化化化化催催催催化化化化剂剂剂剂|(2)复原反响复原反响|目前我国稀土催化剂制成的净目前我国稀土催化剂制成的净化装置的转换率较高，如化装置的转换率较高，如CO的的转换率为转换率为90%左右，左右，HC转换率转换率为为85%，NOx的转

24、化率为的转化率为70%以上，与美国、日本和欧洲研以上，与美国、日本和欧洲研制的稀土催化剂的转化率水平制的稀土催化剂的转化率水平接近。接近。|3.稀土净化催化材料的类型稀土净化催化材料的类型活性组分的晶相活性组分的晶相催化剂形状催化剂形状活性组分活性组分LaMO3M=Co，Ni，Mn，Fe，CrLnCoO3Ln=La，Pr，Nd，Gd，HoLa1-xAxCoO3La1-xAxMnO3AxB1-xLO3LaxSr1-xFeyMn1-y-zPd2O3|4.稀土在尾气净化催化剂中的稀土在尾气净化催化剂中的作用作用|通常稀土是以氧化物通常稀土是以氧化物CeO2、Y2O3等的形式参加催化剂中，等的形式参加

25、催化剂中，在保证催化剂活性不变的前提在保证催化剂活性不变的前提下，可以大幅度减少贵金属的下，可以大幅度减少贵金属的用量，并改善催化剂的性能。用量，并改善催化剂的性能。|主要作用有主要作用有4个方面：个方面：|1提高催化剂载体的性能提高催化剂载体的性能|通常所有的催化剂载体外表通常所有的催化剂载体外表有氧化铝涂层，可以提高载体的有氧化铝涂层，可以提高载体的外表积，有利于催化剂活性成分外表积，有利于催化剂活性成分的分散，以此提高催化剂的活性的分散，以此提高催化剂的活性和寿命。而氧化铝在高温下容易和寿命。而氧化铝在高温下容易向无活性相转变。向无活性相转变。|参加稀土元素参加稀土元素(La或或Y)可使

26、其可使其耐热性能得到明显改善，抑制相耐热性能得到明显改善，抑制相变，能够起到稳定晶格结构和防变，能够起到稳定晶格结构和防止体积收缩的双重作用。止体积收缩的双重作用。|2提高催化剂的活性提高催化剂的活性|参加稀土的催化剂活性高于无参加稀土的催化剂活性高于无稀土催化剂，具有较低的起燃稀土催化剂，具有较低的起燃温度，相同反响温度时有更高温度，相同反响温度时有更高的的CO2生成率。生成率。|实际生产应用说明，含稀土的实际生产应用说明，含稀土的LSM/Al-Cord 催化剂对催化剂对CO和和HC的转化有很高的催化活性，的转化有很高的催化活性，在在400时时CO和和HC的转化率可的转化率可同时到达同时到达

27、99%以上。以上。|3)提高催化剂的储氧能力提高催化剂的储氧能力|氧化铈在氧化铈在Ce2O3和和CeO2之间之间变化，来调节氧的需求。当尾气变化，来调节氧的需求。当尾气中氧过剩时，它可吸收氧并储存中氧过剩时，它可吸收氧并储存起来；当尾气中氧缺乏时，它又起来；当尾气中氧缺乏时，它又可以释放出氧气，使可以释放出氧气，使CO,HC,NOx等有害气体的氧化复原反响得以等有害气体的氧化复原反响得以进行而被除去。进行而被除去。|4提高催化剂的抗毒能力提高催化剂的抗毒能力|汽车尾气中常含有催化毒物汽车尾气中常含有催化毒物(如硫、磷、铅的氧化物等如硫、磷、铅的氧化物等)，当，当参加参加CeO2后，它能与硫化物

28、反响后，它能与硫化物反响生成稳定的生成稳定的Ce2(SO4)3，并在富，并在富油燃烧时转变为油燃烧时转变为H2S，随尾气一，随尾气一道被净化除去。道被净化除去。|5稀土可提高氧传感器的性能稀土可提高氧传感器的性能|汽车尾气净化使用的氧传感器汽车尾气净化使用的氧传感器实际上是用稀土氧化物稳定的实际上是用稀土氧化物稳定的氧化锆固体电介质，其导电性氧化锆固体电介质，其导电性能已不是半导体中的电子或空能已不是半导体中的电子或空穴的移动，而是氧离子的移动，穴的移动，而是氧离子的移动，因而可把氧离子移动时产生的因而可把氧离子移动时产生的电荷与电极界面上氧的变化联电荷与电极界面上氧的变化联系起来，选择性的对氧进行检系起来，选择性的对氧进行检测，从而祈祷氧敏元件的作用。测，从而祈祷氧敏元件的作用。据悉，单一的氧化锆传感器，随据悉，单一的氧化锆传感器，随着温度的升高，晶格体积变大，着温度的升高，晶格体积变大，致使材料结构破坏，不能用于汽致使材料结构破坏，不能用于汽车尾气净化中。为此，将稀土氧车尾气净化中。为此，将稀土氧化物化物(如如Y2O3等等)添加到氧化锆中，添加到氧化锆中，使其形成固溶体，具有良好的热使其形成固溶体，具有良好的热抗震性，可以满足汽车尾气净化抗震性，可以满足汽车尾气净化要求。要求。|新能源汽车新能源汽车|市场新能源汽车概况市场新能源汽车概况|新能源汽车新能源汽车|上海车展上海车展