稀土（復合）氧化物在催化燃燒方面的應用

    近年來，天然氣作為一種清潔、環保的能源，在各個方面得到越來越廣泛的應用。但到目前為止，天然氣催化燃燒并未實現真正的產業化，限制其應用的技術瓶頸是催化劑的性能還沒有達到實用化的要求。天然氣中含量最多的甲烷是最穩定的碳氫化合物，難以活化。目前國內外對天然氣燃燒催化劑的研究開發工作主要集中在兩個方面：一、對于低溫甲烷催化燃燒，以提高催化劑的活性為首要目的。貴金屬在烴類的完全燃燒方面有不可比擬的優越性，其中Pd催化劑對甲烷的活性最高。對于擔載型貴金屬催化劑制備對載體要求有大的比表面和合適的孔結構，以達到活性相的良好分散，提高催化劑的活性。二、對于高溫甲烷催化燃燒，研究工作主要集中在開發新的復合氧化物體系催化劑，主要是研究開發高溫穩定的大比表面復合氧化物，特別是稀土（復合）氧化物。具有合適孔道（中孔）的大比表面復合氧化物體系催化劑，更有利于系統的傳質和傳熱，從而提高燃燒效率。

    稀土（復合）氧化物作為一種催化材料。它在許多催化劑尤其環境保護中有著廣泛的應用，稀土氧化物的加入可以大大提高催化材料的活性、使用壽命和耐熱穩定性。通過多年來國內外有關稀土氧化物催化劑結構和性能的研究，一般認為稀土（復合）氧化物主要有以下幾個方面的作用：

1、提高催化劑的耐熱性能；

2、影響其他（金屬）活性相的分散與結構；

3、易形成表面空位以及缺陷以提高儲放氧能力。

    目前天然氣催化燃燒對稀土（復合）氧化物材料提出了更高的要求，它必須具備如下幾個特點：（1）高的比表面；（2）發達的孔隙結構，特別是中孔結構；（3）高的耐熱性能；（4）高的儲放氧能力。其中儲放氧能力、熱穩定性又與表面孔隙結構密切相關。由此可看出，開發大比表面并具有合適孔道結構（特別是中孔）的稀土復合氧化物材料，對甲烷燃燒催化材料具有十分重要的應用價值。

    目前催化用稀土復合氧化物材料制備，采用的主要方法是鹽類分解法和沉淀法。鹽類分解法制備的稀土氧化物比表面低、孔結構不規則，而且耐熱穩定性差，但其制備工藝相對簡單。沉淀法研制的稀土氧化物比表面較高，一般在60~150m2/g之間，且耐熱性能較好，但孔結構不易控制。近年來國際上有關中孔分子篩和穩定的中孔氧化物的合成引起了人們的極大的關注，取得了一些有實際意義結果。模板劑法是新近發展起來的，已應用于中孔分子篩和過渡金屬氧化物孔材料的合成。其原理是制備過程通過引入模板劑，使氧化物沉淀有序排列，經處理形成規則的孔結構。該方法的技術特點是所制備的氧化物穩定性高、比表面大、孔結構發達且易于控制。高壓蒸煮法是將反應物漿料放入高壓釜中在較高溫度和壓力下，進行反應，該方法對復合氧化物具有擴孔作用，大大提高比表面積。在對鈰鋯復合氧化物制備實驗上采用了此方法，效果明顯。

    隨著我國能源結構的調整和環境意識的增強，天然氣作為最清潔的礦物燃料必將在我國得到廣泛的應用。作為一種環境友好的過程，天然氣催化燃燒技術受到廣泛的關注。具有特殊孔結構的大表面積稀土（復合）氧化物由于其具有高的熱穩定性和反應活性，可直接作為高溫天然氣燃燒催化劑。當然我國的天然氣市場尚處于起步階段，應用技術相對落后。若能在天然氣催化燃燒用催化劑的關鍵技術上形成突破，必將在天然氣的應用方面實現跨越式發展，從而在天然氣發電、工業用熱源和動力、清潔燃氣汽車、以及家庭用燃具等方面得到迅速的應用。