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氧化鈰粉體特性及其常見應用
2015年05月04日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:6055
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      常見鈰的氧化物有三氧化二鈰(Ce2O3)和二氧化鈰(CeO2)。二氧化鈰中Ce4+/Ce3+具有較小的氧化還原電勢(1.3-1.8V),在不同氧化還原氣氛下可相互轉換。 例如,在三效催化系統中,二氧化鈰作為儲氧材料,對氧氣濃度的變化起到緩沖作用,即在貧燃情況下釋放氧以提高氧濃度,而在富燃條件下吸收氧以降低氧濃度。在實際催化反應中,催化劑所處的氣氛會出現氧氣濃度過量與不足的交替變化,在這種情況下,二氧化鈰可以在氧濃度過量的環境下O2 、NO和 H2O中吸收儲存O2,而在氧濃度不充足的環境下釋放出氧氣。由于鈰離子在變價過程中可形成不穩定的氧空位,因此在催化劑、助催化劑和固態氧化物燃料電池等方面都有非常獨特的應用。純凈的氧化鈰為白色重質粉末或立方體結晶,不純品為淺黃色甚至粉紅色至紅棕色(因含有微量鑭、鐠等),幾乎不溶于水和酸。


氧化鈰分子結構圖                      氧化鈰粉體


      氧化鈰的常見應用:

      1、拋光材料應用

      氧化鈰拋光粉具有拋光速度快、光潔度高和使用壽命長的優點,與傳統拋光粉—鐵紅粉相比,不污染環境,易于從沾著物上除去等優點。用氧化鈰拋光粉拋光透鏡,一分鐘完成的工作量,如用氧化鐵拋光粉則需要30~60分鐘。

      玻璃脫色應用

      所有玻璃里都含有氧化鐵,其存在形式有兩種:一種是使玻璃顏色變成深藍的二價鐵,另一種使玻璃顏色變成黃色的三價鐵,脫色原理就是把二價鐵離子氧化成三價鐵,因為三價鐵的色調強度只有二價鐵的十分之一。用于玻璃脫色的 稀土元素主要是氧化鈰和氧化釹。稀土玻璃脫色劑取代傳統使用的白砒脫色劑,不僅提高效率,而且還避免了白砒的污染。氧化鈰用于玻璃脫色具有高溫性能穩定、價格低廉和不吸收可見光等優點。


      2、催化劑領域應用

      鈰元素外層電子結構相似,鈰元素總的催化活性比不上外層電子結構的過渡元素及貴金屬元素。在現行的實用工業催化劑中,氧化鈰一般只用作助催化劑或催化劑中的一種活性組分,很少作為主體催化劑。作為貴金屬催化劑的助劑,稀土能夠提高和改變催化劑的性能,其助劑的作用遠遠大于傳統意義上的堿金屬或堿土金屬元素。我國的機動車排放污染嚴重,然而我國貴金屬貧乏而稀土資源豐富,因此氧化鈰等稀土材料應用于機動車尾氣處理在我困得到廣泛的應用。二氧化鈰還是一種有效的烴類氧化催化劑。在考察Pt/ CeO2 上CO 氧化時發現Pt 和CeO2 界面處的晶格氧起著重要作用。在真空或還原氣氛中CeO2表面可以產生低價鈰和氧缺陷, 具有優異的氧化還原催化性能和氣敏功能, 特別是具有與吸附分子交換電荷、交換物種的功能。


      3、高分子材料添加劑應用

      氧化鈰可用于塑料、橡膠中作為抗紫外,抗老化,橡膠熱穩定劑。硅橡膠在高溫有氧環境條件下,主要發生聚合物側基的氧化,形成烷基自由基,而自由基的耦合反應導致密封的交鏈密度提高,使制品逐漸變硬,乃至發生開裂(稱為硬化)。在硅橡膠中加入氧化鈰,可以防止聚硅氧烷側鏈氧化交聯和主鏈環化降解。在一定的溫度范圍內能夠阻止硅橡膠中由于氧化產生的游離基反應,而且能在空氣中的O2的作用下再生;通過吸收了硅橡膠中某些能夠催化降解反應的微量酸或堿性物質,從而對硅橡膠起到熱穩定作用。氧化鈰特殊的電子結構(f電子層未充滿)使其容易形成配合物,所形成的配合物通過阻止橡膠分子的鏈段運動,抑制了橡膠在溶劑中的溶脹,從而提高了橡膠的耐油性。氧化鈰還可作為塑料潤滑添加劑,提高塑料的潤滑系數。


      小結:氧化鈰還可應用于儲氫材料、熱電材料、氧化鈰鎢電極、陶瓷電容器、壓電陶瓷、燃料電池原料、汽油催化劑、熒光粉等領域。總之,氧化鈰的應用領域極為廣闊,作為一種相對廉價的稀土材料,它的市場需求非常旺盛。加大氧化鈰生產工藝及行業應用的研究是大有作為的。

(粉體圈 作者:終吉)



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