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氧化铈粉体特性及其常见应用
2015年05月04日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:5298
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      常见铈的氧化物有三氧化二铈(Ce2O3)和二氧化铈(CeO2)。二氧化铈中Ce4+/Ce3+具有较小的氧化还原电势(1.3-1.8V),在不同氧化还原气氛下可相互转换。 例如,在三效催化系统中,二氧化铈作为储氧材料,对氧气浓度的变化起到缓冲作用,即在贫燃情况下释放氧以提高氧浓度,而在富燃条件下吸收氧以降低氧浓度。在实际催化反应中,催化剂所处的气氛会出现氧气浓度过量与不足的交替变化,在这种情况下,二氧化铈可以在氧浓度过量的环境下O2 、NO和 H2O中吸收储存O2,而在氧浓度不充足的环境下释放出氧气。由于铈离子在变价过程中可形成不稳定的氧空位,因此在催化剂、助催化剂和固态氧化物燃料电池等方面都有非常独特的应用。纯净的氧化铈为白色重质粉末或立方体结晶,不纯品为浅黄色甚至粉红色至红棕色(因含有微量镧、镨等),几乎不溶于水和酸。


氧化铈分子结构图                      氧化铈粉体


      氧化铈的常见应用:

      1、抛光材料应用

      氧化铈抛光粉具有抛光速度快、光洁度高和使用寿命长的优点,与传统抛光粉—铁红粉相比,不污染环境,易于从沾着物上除去等优点。用氧化铈抛光粉抛光透镜,一分钟完成的工作量,如用氧化铁抛光粉则需要30~60分钟。

      玻璃脱色应用

      所有玻璃里都含有氧化铁,其存在形式有两种:一种是使玻璃颜色变成深蓝的二价铁,另一种使玻璃颜色变成黄色的三价铁,脱色原理就是把二价铁离子氧化成三价铁,因为三价铁的色调强度只有二价铁的十分之一。用于玻璃脱色的 稀土元素主要是氧化铈和氧化钕。稀土玻璃脱色剂取代传统使用的白砒脱色剂,不仅提高效率,而且还避免了白砒的污染。氧化铈用于玻璃脱色具有高温性能稳定、价格低廉和不吸收可见光等优点。


      2、催化剂领域应用

      铈元素外层电子结构相似,铈元素总的催化活性比不上外层电子结构的过渡元素及贵金属元素。在现行的实用工业催化剂中,氧化铈一般只用作助催化剂或催化剂中的一种活性组分,很少作为主体催化剂。作为贵金属催化剂的助剂,稀土能够提高和改变催化剂的性能,其助剂的作用远远大于传统意义上的碱金属或碱土金属元素。我国的机动车排放污染严重,然而我国贵金属贫乏而稀土资源丰富,因此氧化铈等稀土材料应用于机动车尾气处理在我困得到广泛的应用。二氧化铈还是一种有效的烃类氧化催化剂。在考察Pt/ CeO2 上CO 氧化时发现Pt 和CeO2 界面处的晶格氧起着重要作用。在真空或还原气氛中CeO2表面可以产生低价铈和氧缺陷, 具有优异的氧化还原催化性能和气敏功能, 特别是具有与吸附分子交换电荷、交换物种的功能。


      3、高分子材料添加剂应用

      氧化铈可用于塑料、橡胶中作为抗紫外,抗老化,橡胶热稳定剂。硅橡胶在高温有氧环境条件下,主要发生聚合物侧基的氧化,形成烷基自由基,而自由基的耦合反应导致密封的交链密度提高,使制品逐渐变硬,乃至发生开裂(称为硬化)。在硅橡胶中加入氧化铈,可以防止聚硅氧烷侧链氧化交联和主链环化降解。在一定的温度范围内能够阻止硅橡胶中由于氧化产生的游离基反应,而且能在空气中的O2的作用下再生;通过吸收了硅橡胶中某些能够催化降解反应的微量酸或碱性物质,从而对硅橡胶起到热稳定作用。氧化铈特殊的电子结构(f电子层未充满)使其容易形成配合物,所形成的配合物通过阻止橡胶分子的链段运动,抑制了橡胶在溶剂中的溶胀,从而提高了橡胶的耐油性。氧化铈还可作为塑料润滑添加剂,提高塑料的润滑系数。


      小结:氧化铈还可应用于储氢材料、热电材料、氧化铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、燃料电池原料、汽油催化剂、荧光粉等领域。总之,氧化铈的应用领域极为广阔,作为一种相对廉价的稀土材料,它的市场需求非常旺盛。加大氧化铈生产工艺及行业应用的研究是大有作为的。

(粉体圈 作者:终吉)



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