稀土材料的催化应用

本书基于稀土材料在催化领域的最新研究进展，系统概述了稀土材料的基本概念、制备方法、表征方法和催化性能，重点论述了稀土材料在石油化工催化、天然气和煤炭催化燃烧、汽车尾气催化净化、工业废气催化净化、光催化、电催化等多个催化领域的应用和国内外最新研究现状。书中内容深入浅出、图文并茂，读者通过阅读本书可以在较短时间内全面了解稀土材料的催化应用，并有助于基于国内外最新研究进展指导科学研究工作。 本书可供从事稀土材料、催化材料、无机非金属材料、环境工程、石油化工、新能源、表面物理与化学等领域的科研人员和技术人员参考，也可供高等学校化学和材料科学等相关专业的师生参阅。

罗一丹，南昌航空大学材料科学与工程学院，讲师，作者硕士期间的专业为物理化学，博士期间的专业为化学，所在课题组研究方向为无机非金属材料的催化应用，特别是稀土的催化应用研究较多，包括汽车尾气处理、工业脱硝、光催化等。作者具有多年从事催化领域研究的经验，主要研究领域为纳米材料的光催化应用，已发表SCI论文13篇，其中一作5篇，一区和二区论文各两篇。现在所教课程为《太阳能电池材料与技术》对于无机非金属材料的能源方向的应用也比较了解。因此，以《稀土材料的催化应用》为题出版专著，具有相关的专业基础和研究背景。

第1章绪论/001 1.1稀土材料简介001 1.1.1稀土元素的分布002 1.1.2稀土材料的冶炼003 1.1.3稀土元素对环境和健康的影响004 1.1.4稀土元素的回收006 1.2稀土元素的仪器表征008 1.2.1X射线荧光光谱009 1.2.2激光诱导击穿光谱009 1.2.3仪器中子活化分析010 1.2.4电感耦合等离子体发射光谱011 1.2.5微波等离子体原子发射光谱012 1.2.6电感耦合等离子体质谱012 1.2.7辉光放电质谱014 1.2.8原位分析技术015 1.3稀土材料的催化应用简介015 1.3.1石油化学工业的催化裂化应用015 1.3.2天然气和煤炭的催化燃烧应用017 1.3.3汽车尾气的催化净化应用019 1.3.4工业废气的催化净化应用020 1.3.5光催化应用022 1.3.6电催化应用023 参考文献023 第2章稀土材料在石油化工中的应用/028 2.1催化裂化工艺028 2.1.1催化裂化概念028 2.1.2催化裂化工艺类型030 2.1.3催化裂化反应机理034 2.1.4催化裂化各种烃的反应过程036 2.2催化裂化催化剂038 2.2.1催化裂化催化剂组成038 2.2.2沸石催化剂040 2.3FCC催化剂中稀土的应用047 2.3.1催化剂失活机理及稀土在污染物金属钝化中的应用048 2.3.2稀土对催化裂化催化剂水热稳定性的影响052 2.3.3稀土对沸石酸度的影响054 2.3.4稀土对汽油产量的影响055 2.3.5稀土对催化剂活性的影响056 2.3.6稀土对汽油辛烷值的影响057 参考文献058 第3章稀土材料在催化燃烧中的应用/061 3.1催化燃烧简介061 3.2稀土元素对天然气催化燃烧的影响062 3.2.1天然气催化燃烧的研究背景062 3.2.2甲烷催化燃烧反应机理063 3.2.3甲烷催化燃烧催化剂种类064 3.2.4含稀土元素的负载贵金属催化剂对甲烷催化燃烧的影响064 3.2.5含稀土元素的尖晶石对甲烷催化燃烧的影响066 3.2.6含稀土元素的六铝酸盐对甲烷催化燃烧的影响067 3.2.7含稀土元素的钙钛矿对甲烷催化燃烧的影响072 3.2.8含稀土元素的其他复合氧化物对甲烷催化燃烧的影响076 3.3稀土元素对燃煤催化燃烧的影响077 3.3.1我国燃煤现状及展望077 3.3.2燃煤催化燃烧的催化机理077 3.3.3稀土元素对燃煤催化燃烧的影响078 参考文献079 第4章稀土材料在汽车尾气催化净化中的应用/082 4.1汽车尾气简介082 4.1.1汽车尾气主要成分及其危害083 4.1.2汽车尾气处理办法085 4.2汽车尾气处理之三效催化剂086 4.2.1催化剂组成086 4.2.2催化反应机理091 4.2.3三效催化剂的基本特性及存在的问题092 4.3稀土元素在三效催化剂中的作用093 4.3.1稀土元素在活性组分中的作用094 4.3.2稀土元素对涂层的影响095 4.3.3稀土元素在助剂中的作用095 参考文献100 第5章稀土材料在工业废气净化中的应用/103 5.1工业废气简介103 5.1.1工业废气的来源103 5.1.2工业废气的分类及危害104 5.2常见工业废气处理办法110 5.2.1废气收集与输送排放系统111 5.2.2废气处理的原理及方法111 5.2.3主要污染物处理技术113 5.3稀土催化在挥发性有机化合物催化燃烧中的应用124 5.3.1稀土氧化物作为催化剂助剂125 5.3.2稀土氧化物作为催化剂载体126 5.3.3稀土氧化物作为催化剂活性组分127 5.4稀土催化在烟气同时脱硫脱硝中的应用129 5.5稀土催化在烟气脱硫中的应用132 5.6稀土催化在低温NH3-SCR脱硝中的应用134 5.6.1二氧化铈作为表面负载组分136 5.6.2二氧化铈作为纯载体137 5.6.3铈基多元复合氧化物催化剂137 5.6.4稀土基催化剂的抗中毒性研究139 5.7稀土催化材料在工业废气中应用总结143 参考文献145 第6章稀土材料在光催化反应中的应用/150 6.1光催化反应过程150 6.2光催化反应的应用155 6.2.1光催化分解水155 6.2.2光催化降解有机废弃污染物157 6.2.3光催化CO2还原反应160 6.2.4光催化挥发性有机化合物处理162 6.3含稀土的光催化剂164 6.3.1稀土掺杂光催化剂164 6.3.2稀土化合物光催化剂178 6.3.3稀土复合光催化剂180 参考文献186 第7章稀土材料在电催化反应中的应用/190 7.1引言190 7.2稀土及含稀土电催化剂191 7.3含稀土电催化剂在析氢反应中的应用192 7.3.1稀土合金在析氢反应中的应用193 7.3.2含Ce或CeO2的电催化剂在析氢反应中的应用194 7.3.3含稀土钙钛矿电催化剂在析氢反应中的应用195 7.3.4其他含稀土电催化剂在析氢反应中的应用196 7.4含稀土电催化剂在析氧反应中的应用197 7.4.1铈掺杂电催化剂在析氧反应中的应用198 7.4.2与CeO2复合的电催化剂在析氧反应中的应用199 7.4.3含稀土钙钛矿电催化剂在析氧反应中的应用200 7.5含稀土电催化剂在氧还原反应中的应用201 7.5.1稀土与铂的合金电催化剂在氧还原反应中的应用202 7.5.2CeO2促进的贵金属电催化剂在氧还原反应中的应用203 7.5.3CeO2促进的非贵金属电催化剂在氧还原反应中的应用203 7.5.4铈基催化剂在氧还原反应中的应用204 7.5.5含稀土钙钛矿电催化剂在氧还原反应中的应用205 7.6含稀土电催化剂在甲醇氧化中的应用205 7.7含稀土电催化剂在其他电化学反应中的应用209 7.8总结210 参考文献212 附录常用分析方法符号与缩略语/219