ऑटोमोबाइल निकास में नैनो दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड का अनुप्रयोग

जैसा कि हम सभी जानते हैं, चीन में दुर्लभ पृथ्वी खनिज मुख्य रूप से हल्के दुर्लभ पृथ्वी घटकों से बने होते हैं, जिनमें से लैंटानम और सेरियम 60% से अधिक होते हैं। चीन में धातुकर्म उद्योग में दुर्लभ पृथ्वी स्थायी चुंबक सामग्री, दुर्लभ पृथ्वी ल्यूमिनसेंट सामग्री, दुर्लभ पृथ्वी पॉलिशिंग पाउडर और दुर्लभ पृथ्वी के विस्तार के साथ, घरेलू बाजार में मध्यम और भारी दुर्लभ पृथ्वी की मांग भी तेजी से बढ़ रही है। इसने Ce, La और Pr जैसे उच्च प्रचुरता वाले हल्के दुर्लभ पृथ्वी के बड़े बैकलॉग का कारण बना है, जो चीन में दुर्लभ पृथ्वी संसाधनों के दोहन और अनुप्रयोग के बीच एक गंभीर असंतुलन की ओर जाता है। यह पाया गया है कि हल्के दुर्लभ पृथ्वी तत्व अपनी अनूठी 4f इलेक्ट्रॉन शेल संरचना के कारण रासायनिक प्रतिक्रिया प्रक्रिया में अच्छा उत्प्रेरक प्रदर्शन और प्रभावकारिता दिखाते हैं दुर्लभ पृथ्वी उत्प्रेरक के बुनियादी अनुसंधान को मजबूत करने से न केवल उत्पादन दक्षता में सुधार हो सकता है, बल्कि संसाधनों और ऊर्जा की बचत भी हो सकती है और पर्यावरण प्रदूषण में कमी आ सकती है, जो सतत विकास की रणनीतिक दिशा के अनुरूप है।

दुर्लभ मृदा तत्वों में उत्प्रेरक क्रियाशीलता क्यों होती है?

दुर्लभ पृथ्वी तत्वों में एक विशेष बाहरी इलेक्ट्रॉनिक संरचना (4f) होती है, जो परिसर के केंद्रीय परमाणु के रूप में कार्य करती है और इसमें 6 से 12 तक विभिन्न समन्वय संख्याएँ होती हैं। दुर्लभ पृथ्वी तत्वों की समन्वय संख्या की परिवर्तनशीलता यह निर्धारित करती है कि उनमें "अवशिष्ट वैलेंस" है। क्योंकि 4f में बॉन्डिंग क्षमता के साथ सात बैकअप वैलेंस इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स हैं, यह "बैकअप रासायनिक बंधन" या "अवशिष्ट वैलेंस" की भूमिका निभाता है। यह क्षमता एक औपचारिक उत्प्रेरक के लिए आवश्यक है। इसलिए, दुर्लभ पृथ्वी तत्वों में न केवल उत्प्रेरक गतिविधि होती है, बल्कि उत्प्रेरक के उत्प्रेरक प्रदर्शन, विशेष रूप से एंटी-एजिंग क्षमता और एंटी-पॉइज़निंग क्षमता को बेहतर बनाने के लिए एडिटिव्स या कोकैटेलिस्ट के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है।

वर्तमान में, ऑटोमोबाइल निकास के उपचार में नैनो सेरियम ऑक्साइड और नैनो लैंटानम ऑक्साइड की भूमिका एक नया फोकस बन गई है।

ऑटोमोबाइल एग्जॉस्ट में हानिकारक घटकों में मुख्य रूप से CO, HC और NOx शामिल हैं। दुर्लभ पृथ्वी ऑटोमोबाइल एग्जॉस्ट शुद्धिकरण उत्प्रेरक में उपयोग की जाने वाली दुर्लभ पृथ्वी मुख्य रूप से सेरियम ऑक्साइड, प्रेजोडियम ऑक्साइड और लैंटानम ऑक्साइड का मिश्रण है। दुर्लभ पृथ्वी ऑटोमोबाइल एग्जॉस्ट शुद्धिकरण उत्प्रेरक दुर्लभ पृथ्वी और कोबाल्ट, मैंगनीज और सीसा के जटिल ऑक्साइड से बना है। यह पेरोव्स्काइट, स्पिनल प्रकार और संरचना वाला एक प्रकार का त्रिगुण उत्प्रेरक है, जिसमें सेरियम ऑक्साइड प्रमुख घटक है। सेरियम ऑक्साइड की रेडॉक्स विशेषताओं के कारण, निकास गैस के घटकों को प्रभावी ढंग से नियंत्रित किया जा सकता है।

ऑटोमोबाइल निकास शुद्धिकरण उत्प्रेरक मुख्य रूप से छत्ते के सिरेमिक (या धातु) वाहक और सतह सक्रिय कोटिंग से बना होता है। सक्रिय कोटिंग बड़े क्षेत्र γ-Al2O3, सतह क्षेत्र को स्थिर करने के लिए ऑक्साइड की उचित मात्रा और कोटिंग में फैली उत्प्रेरक रूप से सक्रिय धातु से बनी होती है। महंगे pt और RH की खपत को कम करने, सस्ते Pd की खपत को बढ़ाने और उत्प्रेरक की लागत को कम करने के लिए, ऑटोमोबाइल निकास शुद्धिकरण उत्प्रेरक के प्रदर्शन को कम न करने के आधार पर, CeO2 और La2O3 की एक निश्चित मात्रा को आम तौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले Pt-Pd-Rh त्रिक उत्प्रेरक के सक्रियण कोटिंग में जोड़ा जाता है ताकि उत्कृष्ट उत्प्रेरक प्रभाव के साथ एक दुर्लभ पृथ्वी कीमती धातु त्रिक उत्प्रेरक बनाया जा सके। La2O3 (UG-La01) और CeO2 का उपयोग γ- Al2O3 समर्थित महान धातु उत्प्रेरक के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए प्रमोटर के रूप में किया गया था। शोध के अनुसार, CeO2, महान धातु उत्प्रेरक में La2O3 का मुख्य तंत्र इस प्रकार है:

1. सक्रिय कोटिंग में कीमती धातु कणों को फैलाए रखने के लिए CeO2 जोड़कर सक्रिय कोटिंग की उत्प्रेरक गतिविधि में सुधार करें, ताकि उत्प्रेरक जाली बिंदुओं की कमी और सिंटरिंग के कारण होने वाली गतिविधि को नुकसान से बचा जा सके। Pt/γ-Al2O3 में CeO2(UG-Ce01) मिलाने से γ-Al2O3 पर एक परत में फैलाव हो सकता है (एकल परत फैलाव की अधिकतम मात्रा 0.035g CeO2/g γ-Al2O3 है), जो γ-Al2O3 के सतही गुणों को बदल देता है और Pt के फैलाव की डिग्री में सुधार करता है। जब CeO2 सामग्री फैलाव सीमा के बराबर या उसके करीब होती है, तो Pt का फैलाव उच्चतम तक पहुँच जाता है। CeO2 की फैलाव सीमा CeO2 की सबसे अच्छी खुराक है। 600 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के ऑक्सीकरण वातावरण में, Rh2O3 और Al2O3 के बीच ठोस घोल के निर्माण के कारण Rh अपनी सक्रियता खो देता है। CeO2 की मौजूदगी Rh और Al2O3 के बीच की प्रतिक्रिया को कमज़ोर कर देगी और Rh की सक्रियता को बनाए रखेगी। La2O3(UG-La01) Pt अल्ट्राफाइन कणों की वृद्धि को भी रोक सकता है। CeO2 और La2O3(UG-La01) को Pd/γ 2al2o3 में मिलाने पर, यह पाया गया कि CeO2 के जुड़ने से वाहक पर Pd का फैलाव बढ़ा और एक सहक्रियात्मक कमी उत्पन्न हुई। Pd का उच्च फैलाव और Pd/γ2Al2O3 पर CeO2 के साथ इसकी अंतःक्रिया उत्प्रेरक की उच्च सक्रियता की कुंजी है।

2. स्वचालित रूप से समायोजित वायु-ईंधन अनुपात (aπ f) जब ऑटोमोबाइल का प्रारंभिक तापमान बढ़ता है, या जब ड्राइविंग मोड और गति बदलती है, तो निकास प्रवाह दर और निकास गैस संरचना बदल जाती है, जिससे ऑटोमोबाइल निकास गैस शोधन उत्प्रेरक की कार्य स्थितियों में लगातार परिवर्तन होता है और इसके उत्प्रेरक प्रदर्शन को प्रभावित करता है। हवा के π ईंधन अनुपात को 1415 ~ 1416 के स्टोइकोमेट्रिक अनुपात में समायोजित करना आवश्यक है, ताकि उत्प्रेरक अपने शुद्धिकरण कार्य को पूरी तरह से निभा सके। CeO2 एक परिवर्तनशील वैलेंस ऑक्साइड (Ce4 + ΠCe3 +) है, जिसमें N-प्रकार अर्धचालक के गुण होते हैं, और इसमें उत्कृष्ट ऑक्सीजन भंडारण और रिलीज क्षमता होती है। जब A π F अनुपात बदलता है, तो CeO2 वायु-ईंधन अनुपात को गतिशील रूप से समायोजित करने में एक उत्कृष्ट भूमिका निभा सकता है। यही है, जब ईंधन अधिशेष होता है तो O2 जारी होता है जो CO और हाइड्रोकार्बन को ऑक्सीकरण करने में मदद करता है; अधिक वायु की स्थिति में, CeO2-x एक अपचायक भूमिका निभाता है तथा NOx के साथ अभिक्रिया करके निकास गैस से NOx को हटाता है, जिससे CeO2 प्राप्त होता है।

3. सह-उत्प्रेरक का प्रभाव जब aπ f का मिश्रण स्टोइकोमेट्रिक अनुपात में होता है, तो H2, CO, HC की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया और NOx की कमी प्रतिक्रिया के अलावा, सह-उत्प्रेरक के रूप में CeO2 भी जल गैस प्रवास और भाप सुधार प्रतिक्रिया को तेज कर सकता है और CO और HC की मात्रा को कम कर सकता है। La2O3 जल गैस प्रवास प्रतिक्रिया और हाइड्रोकार्बन भाप सुधार प्रतिक्रिया में रूपांतरण दर में सुधार कर सकता है। उत्पन्न हाइड्रोजन NOx कमी के लिए फायदेमंद है। मेथनॉल अपघटन के लिए Pd/ CeO2 -γ-Al2O3 में La2O3 मिलाने पर, यह पाया गया कि La2O3 के जुड़ने से उप-उत्पाद डाइमिथाइल ईथर का निर्माण बाधित हुआ और उत्प्रेरक की उत्प्रेरक गतिविधि में सुधार हुआ। जब La2O3 की मात्रा 10% होती है, तो उत्प्रेरक की गतिविधि अच्छी होती है और मेथनॉल रूपांतरण अधिकतम (लगभग 91.4%) तक पहुँच जाता है। इससे पता चलता है कि La2O3 का γ-Al2O3 वाहक पर अच्छा फैलाव है। इसके अलावा, इसने γ2Al2O3 वाहक पर CeO2 के फैलाव और थोक ऑक्सीजन की कमी को बढ़ावा दिया, Pd के फैलाव में और सुधार किया तथा Pd और CeO2 के बीच परस्पर क्रिया को और बढ़ाया, इस प्रकार मेथनॉल अपघटन के लिए उत्प्रेरक की उत्प्रेरक गतिविधि में सुधार हुआ।

वर्तमान पर्यावरण संरक्षण और नई ऊर्जा उपयोग प्रक्रिया की विशेषताओं के अनुसार, चीन को स्वतंत्र बौद्धिक संपदा अधिकारों के साथ उच्च प्रदर्शन वाले दुर्लभ पृथ्वी उत्प्रेरक पदार्थों का विकास करना चाहिए, दुर्लभ पृथ्वी संसाधनों का कुशल उपयोग प्राप्त करना चाहिए, दुर्लभ पृथ्वी उत्प्रेरक पदार्थों के तकनीकी नवाचार को बढ़ावा देना चाहिए, और दुर्लभ पृथ्वी, पर्यावरण और नई ऊर्जा जैसे संबंधित उच्च तकनीक वाले औद्योगिक समूहों के विकास को आगे बढ़ाना चाहिए।

वर्तमान में, कंपनी द्वारा आपूर्ति किए गए उत्पादों में नैनो जिरकोनिया, नैनो टिटानिया, नैनो एल्युमिना, नैनो एल्युमिनियम हाइड्रॉक्साइड, नैनो जिंक ऑक्साइड, नैनो सिलिकॉन ऑक्साइड, नैनो मैग्नीशियम ऑक्साइड, नैनो मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड, नैनो कॉपर ऑक्साइड, नैनो यिट्रियम ऑक्साइड, नैनो सेरियम ऑक्साइड, नैनो लैंटानम ऑक्साइड, नैनो टंगस्टन ट्राइऑक्साइड, नैनो फेरोफेरिक ऑक्साइड, नैनो एंटीबैक्टीरियल एजेंट और ग्रेफीन शामिल हैं। उत्पाद की गुणवत्ता स्थिर है, और इसे बहुराष्ट्रीय उद्यमों द्वारा बैचों में खरीदा गया है।

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