四、稀土在低碳烷烴利用中的研究與應用
低碳烷烴液化取代部分石油資源的關鍵之一是廉價合成氣的制備，以降低液化產品成本。低碳烷烴催化轉化制備合成氣的主要工藝過程有：蒸汽重整法、蒸汽重整接二段爐氧化法、催化部分氧化法和二氧化碳重整。在水蒸汽重整制合成氣中，為了抑制積炭和活性金屬Ni晶粒的高溫燒結，水蒸汽使用量大大高于化學計量，水氣化需要大量的能耗。實踐證明稀土添加劑具有良好的抗Ni晶粒燒結作用和抑制積炭作用。
低碳烷烴除了制備合成氣的利用途徑外，通過脫氫制烯烴是一條有效的利用途徑。該過程已經實現了工業化，直接脫氫催化劑主要有鉑系和鉻鋁系兩大類，這些催化劑的致命弱點是易積炭失活、壽命短，催化劑每幾分鐘或十幾分鐘就要再生一次，況且烷烴的轉化率也不高。近年來用稀土為助劑的鉻鋁催化劑，取得了較好效果。在催化劑中引入稀土后，在兩小時內可保持活性和選擇性，經反復再生幾十次后，其性能基本如初。且催化劑的性能也有明顯的改觀，丙烷的轉化率大于50%，丙烯選擇性大于90%，這是目前報道的最好的催化劑。與低碳烷烴制合成氣催化劑的情況類似，稀土對其性能提高的研究仍然是初步的，對于與其他添加劑作用機理的區別和多元混合稀土添加劑協同作用的研究未見報道。
五、稀土在燃料電池中的研究與應用
固體氧化物燃料電池（SOFC）因具有發電效率高、低污染和可持續發電等特點而受到人們越來越多的關注，被譽為21世紀的綠色能源。稀土在SOFC中的研究開發主要集中在以下幾個方面：陰極材料的開發，例如鍶摻雜亞錳酸鑭（LSM）；陽極材料的開發，例如鎳-YSZ金屬陶瓷；雙極連接板材料，例如鈣或鍶摻雜的鉻酸鑭鈣鈦礦材料（LCC）：La1-xCaxCrO3；但更多的是應用在電解質材料上，例如YSZ（氧化釔摻雜的氧化鋯），摻雜鎵酸鑭，氧化釷、氧化鈰、稀土鈣鈦礦復合氧化物等。
目前發現的可能用于SOFC的氧離子導體主要有螢石相結構的ZrO2基、CeO2基、Bi2O3基材料和鈣鈦礦型結構的LaGaO3基材料等。尋找新的優良的固體氧化物電解質仍然是新世紀推動SOFC實用化的關鍵任務之一。自Cook、Ishihara等報道了基于LaGaO3的鈣鈦礦氧化物具有很高的電導率以后，鈣鈦礦型固體電解質的研究受到了廣泛的重視。ABO3不僅具有穩定的晶體結構，而且對A位和B位離子半徑變化有著較強的容忍性，并可通過低價金屬離子摻雜，在結構中引入大量的氧空位。鈣鈦礦型氧化物可以容納大量的氧離子空位并具有很高的電導率，例如La0.8Sr0.2Ga0.83Mg0.17O3在800℃的電導率為0.17 S/cm，是除Bi2O3以外氧離子電導率最高的陶瓷材料。稀土氧化物具有良好的離子和電子導電性，對改善固體氧化物燃料電池的性能有著無法取代的作用。通過選擇合適的氧化物組成，可提高電極材料的離子導電率，降低氧還原的活化能。通過研究組成、結構與導電性的關系以及摻雜離子的形態，來設計、合成新型結構的復合稀土氧化物，獲得高電催化活性和高導電率的稀土電極材料，是固體氧化物燃料電池目前的研究熱點，也是稀土在此領域中的一個重要應用。上一頁 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] 下一頁 |
