稀土材料的催化应用

　　本书基于稀土材料在催化领域的研究进展，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