中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料叢書是中國材料研究學會組織編寫的,被新聞出版廣電總局批準為十二五國家重點出版物出版規(guī)劃項目,并獲2016年度國家出版基金資助。叢書共16分冊,涵蓋了新型功能材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、高性能纖維復合材料等16種重點發(fā)展材料。本分冊為《稀土催化材料》。
該叢書為國內(nèi)部系統(tǒng)論述我國新材料發(fā)展戰(zhàn)略的系統(tǒng)性科技系列著作;中國材料研究學會組織編寫,各分冊作者均為國內(nèi)*專家;內(nèi)容突出新字,即:當代新材料的新概念、新技術、新工藝、新成果、新應用、新趨勢等,代表了全球新材料發(fā)展的主流。入選十二五國家重點出版物出版規(guī)劃項目,獲2016年度國家出版基金資助。
中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料叢書是中國材料研究學會組織編寫的,被新聞出版廣電總局批準為十二五國家重點出版物出版規(guī)劃項目。
根據(jù)國務院《關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》,新材料被列為我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。該叢書定位為:從戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的高度,著重論述該類新材料在國民經(jīng)濟和國防建設重大工程和項目中的地位和作用、技術基礎、最新研究成果、應用領域及發(fā)展前景。其特點在于體現(xiàn)一個新字,即在遵守國家有關保密規(guī)定的前提下論述當代新材料的最先進的工藝和最重要的性能。它代表當代全球新材料發(fā)展主流,對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義和深遠的指導意義。叢書共16分冊,涵蓋了新型功能材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、高性能纖維復合材料等16種重點發(fā)展材料。本分冊為《稀土催化材料》。
進入21世紀,催化技術已經(jīng)在能源清潔生產(chǎn)、利用和大氣污染治理等方面發(fā)揮了關鍵作用,全球催化劑市場不斷擴大。美國Freedonia集團的研究報告顯示,2008-2012年期間,全球催化劑市場以6%的需求速度增長,其中北美和亞太地區(qū)占據(jù)較大份額,分別達到32%和31%。按需求量計算,2012年全球催化劑市場達到5.3 Mt。隨著人們對環(huán)境保護意識的逐漸增強,環(huán)境保護催化劑在解決地球環(huán)境問題中起到至關重要的作用,在催化劑市場領域占有較高的份額。
我國已經(jīng)是稀土催化材料的應用大國,但在擁有我國自主知識產(chǎn)權和技術創(chuàng)新的稀土催化新材料和高性能的材料、器件和產(chǎn)品開發(fā)方面與發(fā)達國家相比尚存在較大差距。因此,如何加速稀土催化材料的基礎和應用研究,使我國的輕稀土資源得到高質(zhì)高效的應用,為創(chuàng)造美麗中國做貢獻,具有格外重要的意義。為了適應稀土催化新材料的快速發(fā)展和人才培養(yǎng)的需要,我們編著了本書。全書以稀土催化材料在各種清潔能源和環(huán)境保護技術中的應用為主線,具體包括稀土在機動車尾氣催化材料、清潔燃油催化材料、石油化工催化材料、燃料電池催化材料、催化燃燒材料、制氫催化材料以及其他催化材料中的相關研發(fā)進展。其中前三類稀土催化材料已得到廣泛應用,后面幾類稀土催化材料很有發(fā)展前景和潛在應用價值。
本書共分七章,參加編著的有劉爽(第1章)、李敏(第2章)、萬杰(第2章)、陳磊(第2章)、許騰飛(第3章)、馬靜(第3章)、陳文明(第4章)、于海寧(第4章)、高宇曦(第5章)、張宏偉(第5章)、趙寶槐(第6章)、肖藝(第6章)、馬子然(第7章)、於。ǖ7章)、劉雪松(第7章)。最后由吳曉東統(tǒng)稿定稿。本書在編著過程中,多方面參考和引用了國內(nèi)外最新的文獻資料,力求盡可能全面、科學、準確地反映稀土催化材料領域的全貌以及最新的科學技術研究前沿和開發(fā)成果。在此謹向所參考和引用文獻的作者致以誠摯的謝意。
稀土催化材料科學正在蓬勃發(fā)展之中,其涉及的應用領域也非常廣泛,多學科多領域交叉滲透,加之編者水平有限,書中難免存在不妥之處,敬請專家和讀者批評指正。
編著者
2017年4月
吳曉東,清華大學材料學院副研究員,主要從事稀土催化材料和環(huán)境凈化材料的研究與應用。作為課題負責人和科研骨干,已完成或正承擔項目30余項,F(xiàn)任先進材料教育部重點實驗室副主任。已發(fā)表SCI論文50余篇,著譯8本,獲發(fā)明專利授權8項。曾獲2009年國家科技進步二等獎等獎勵。
第0章緒論1
第1章機動車尾氣催化材料3
1.1背景3
1.1.1機動車尾氣排放污染3
1.1.2機動車尾氣凈化技術簡介4
1.2稀土尾氣催化劑研究進展12
1.2.1稀土材料用于汽油車尾氣凈化13
1.2.2稀土材料用于柴油車尾氣凈化17
1.2.3稀土作為輔助材料的特殊功效22
1.2.4尾氣催化劑用稀土材料的產(chǎn)業(yè)化國內(nèi)外現(xiàn)狀25
1.3稀土尾氣催化劑制備26
1.3.1鈰鋯固溶體的制備26
1.3.2其他稀土汽車尾氣催化劑制備31
1.4總結(jié)與展望33
參考文獻34
第2章清潔燃油催化材料44
2.1背景44
2.1.1清潔汽油和柴油規(guī)范44
2.1.2清潔汽油和柴油催化技術50
2.2催化裂化稀土催化劑51
2.2.1催化裂化催化劑的發(fā)展52
2.2.2稀土改性Y型分子篩53
2.2.3商用催化裂化催化劑56
2.3汽柴油脫硫稀土催化劑60
2.3.1選擇性加氫脫硫催化劑60
2.3.2吸附法深度脫硫催化劑和助劑63
2.4汽油降烯烴稀土催化劑64
參考文獻67
第3章石油化工催化材料70
3.1背景70
3.1.1石油煉制70
3.1.2合成橡膠71
3.1.3生物柴油72
3.1.4塑料化工73
3.2催化重整稀土催化劑73
3.2.1稀土貴金屬重整催化劑74
3.2.2稀土非貴金屬重整催化劑75
3.3加氫精制稀土催化劑81
3.3.1稀土催化劑作為活性組分82
3.3.2稀土催化劑作為催化劑助劑83
3.4合成氨稀土催化劑84
3.4.1熔鐵催化劑84
3.4.2釕基催化劑86
3.4.3其他合成氨的工藝88
3.5聚合/橡膠合成稀土催化劑88
3.5.1雙烯聚合89
3.5.2單烯聚合92
3.5.3炔烴聚合93
3.5.4環(huán)氧乙烷聚合93
3.5.5塑料合成催化劑94
參考文獻95
第4章燃料電池催化材料102
4.1背景102
4.1.1燃料電池簡介102
4.1.2燃料電池產(chǎn)業(yè)進展107
4.1.3稀土在燃料電池中應用111
4.2稀土用于固體氧化物燃料電池112
4.2.1作為電解質(zhì)112
4.2.2作為陰極材料114
4.2.3作為陽極催化劑116
4.3稀土用于質(zhì)子交換膜燃料電池陽極催化劑材料118
4.4稀土用于熔融碳酸鹽燃料電池電極材料120
4.5總結(jié)與展望121
參考文獻122
第5章催化燃燒材料127
5.1背景127
5.1.1環(huán)保和能源對催化燃燒的需求127
5.1.2催化燃燒的特點與應用128
5.1.3稀土在催化燃燒中的應用129
5.2VOC催化燃燒129
5.3甲烷催化燃燒131
5.4燃煤催化燃燒133
5.5燃油催化燃燒135
5.5.1甲烷部分氧化136
5.5.2甲烷二氧化碳重整137
參考文獻137
第6章制氫催化材料141
6.1稀土用于分解水制氫催化劑142
6.1.1分解水制氫催化劑概述142
6.1.2分解水制氫催化劑摻雜改性143
6.2稀土用于烷烴分解制氫催化劑145
6.2.1烷烴分解制氫催化劑概述145
6.2.2烷烴分解制氫的主要方法146
6.2.3烷烴分解制氫的主要催化劑147
6.3稀土用于乙醇重整制氫催化劑149
6.3.1乙醇重整制氫催化劑概述149
6.3.2乙醇重整制氫的主要催化途徑150
6.3.3乙醇重整制氫的主要催化劑體系151
6.3.4稀土氧化物在乙醇重整制氫催化劑中的應用154
6.4稀土用于水煤氣變換反應催化劑157
6.4.1水煤氣變換反應制氫應用概述157
6.4.2水煤氣變換反應催化劑概述158
6.4.3稀土氧化物在水煤氣變換反應催化劑中的應用159
參考文獻161
第7章其他催化材料165
7.1污水凈化165
7.1.1污水狀況及危害165
7.1.2稀土催化降解166
7.1.3稀土吸濾材料168
7.1.4稀土絮凝劑172
7.1.5稀土混凝劑(印染、制革)174
7.2光催化空氣凈化175
7.2.1光催化空氣凈化概述175
7.2.2稀土改性光催化材料的研究進展176
7.3工業(yè)廢氣(煙氣脫硫、脫硝)177
7.3.1廢氣狀況及危害177
7.3.2稀土氧化物吸收劑180
7.4城市生活垃圾熱解182
7.4.1城市垃圾熱解技術182
7.4.2熱解氣化催化劑184
7.5滅菌殺毒184
7.5.1抗菌材料概述184
7.5.2稀土應用于抗菌材料的研究185
7.6總結(jié)與展望186
參考文獻187