稀土在環(huán)境與建筑材料方面的應(yīng)用
稀土在環(huán)境材料方面的一項(xiàng)重要用途是作為汽車尾氣凈化催化劑。它具有良好的催化活性、熱穩(wěn)定性、抗毒性、使用壽命和價(jià)格優(yōu)勢(shì)。北京有色金屬研究總院研制的稀土尾氣凈化催化劑主要采用氧化鈰,中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所用鉑/氧化鋯·氧化鈰作為催化劑??墒蛊囄矚庵械腃O(一氧化碳)、HC(碳?xì)?化物)、NOX(氮氧化物)的凈化率達(dá)到60%-70%乃至更高。
國(guó)外,利用CEO(二氧化鈰)作為SO(二氧化硫)的吸附劑,使煙道中二氧化硫的凈化率達(dá)到95%。采用硫酸鈰脫除NOX的凈化率達(dá)90%以上。用氧化鈰吸附硫化氫可與其形成硫氧化鈰,在1000℃氣化脫硫時(shí),可再生氧化鈰。自1973年提出二氧化碳甲烷化的設(shè)想以來(lái),科學(xué)家們進(jìn)行了多方面的研究,當(dāng)用氫氣作為二氧化碳的還原劑,將氧化鑭結(jié)合到銅鋯烙鋁(Cu-Zr-Cr-Al)氧化物催化劑內(nèi),以使二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇,既開發(fā)了新能源,又減少了二氧化碳的排放量。
稀土的原子半徑大,極易失去外層電子,具有特殊的變價(jià)特性和化學(xué)活性。中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院的科研工作都利用氧化鈦、氧化鋯等氧化物半導(dǎo)體光催化特性和稀土激活手段,在材料的禁帶中增加新的表面能級(jí),增加了光催化過(guò)程中的活性氧自由基,從而在可見(jiàn)光的條件下也具有了光催化劑效果。由此特性開發(fā)出稀土激活抗菌劑(24小時(shí)抗菌率可達(dá)95%)和空氣凈化劑(NH、NO、NCHO、CO的凈化率均可達(dá)到60%以上)。這種催化劑采用了稀土和其它氧化物等多成分的協(xié)同效應(yīng),目前已開始應(yīng)用于多種涂料、陶瓷、搪瓷和水泥制品等建筑材料方面 ,能產(chǎn)生良好的抗菌和凈化效果。
玻璃陶瓷是應(yīng)用稀土較早的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。在玻璃陶瓷中添加稀土可改善材料性能, 引起顏色變化。稀土用作玻璃的拋光材料,可提高拋光效果。稀土在玻璃陶瓷中的用量約占稀土總用量的25%-30%。近年來(lái),稀土在高技術(shù)陶瓷中也開始發(fā)揮作用。稀土元素有獨(dú)特的電子層結(jié)構(gòu),其中不飽和的電子層(如4f電子層)受不同波長(zhǎng)光的照射后,產(chǎn)生電子躍遷,又會(huì)發(fā)出另外波長(zhǎng)的光。由于這種特性,稀土可用作玻璃陶瓷的各種著色劑,具有獨(dú)特的艷麗顏色。稀土陶瓷著色釉料按所呈顏色有以下種類(括號(hào)內(nèi)是含稀土著色劑的主要成分):亮黃色(氧化鐠即鐠黃),橙色(氧化釔),淡紫色(氧化釹),鋯鐠釩綠(氧化鋯、氧化鐠、氧化釩),鋯鐠釩橙(同前),帶紅嬌黃(氧化鐠加入二氧化鈰),黃色與天藍(lán)之間(調(diào)整氧化鐠與五氧化二釩的比例),錳紅(添加1-3%氧化釔)。
稀土納米材料是今后研究的新方向。由于材料制成納米顆粒后會(huì)使材料性能產(chǎn)生突變,或者產(chǎn)生其它更為優(yōu)異的性能,各國(guó)都在加緊研究。研究開發(fā)稀土納米技術(shù)并將其應(yīng)用于各種功能材料,包括各種功能建筑材料和功能材料,都將具有廣闊的應(yīng)用前景。可以預(yù)見(jiàn),繁多功能各異的稀土納米材料將會(huì)成為21世紀(jì)的一項(xiàng)主要產(chǎn)品。