The Role of Rare Earths in Catalysis, Volume Volume 29

دسته بندی: علم شیمی
ویرایش: 1 
نویسندگان: K.A. Gschneidner,  L. Eyring,  S. Bernal Máquez  
سری: Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths 
ISBN (شابک) : 9780444504722 
ناشر: North Holland 
سال نشر: 2000 
تعداد صفحات: 423 
زبان: English 
فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) 
حجم فایل: 7 مگابایت 

قیمت کتاب (تومان) : 52,000

در میان کاربردهای متعدد عناصر کمیاب، زمینه کاتالیزور تعداد زیادی را به خود اختصاص می دهد. کاتالیز تقریباً 20٪ از کل فروش بازار مواد کمیاب در سراسر جهان را تشکیل می دهد. در واقع دو کاربرد اصلی در دهه‌های گذشته برجسته بوده است: تثبیت زئولیت برای کاتالیزورهای ترک سیال، و تصفیه کاتالیزوری پس از احتراق خودرو.

قدیمی‌ترین استفاده از خاک‌های کمیاب در کاتالیز به تثبیت ساختاری و شیمیایی می‌پردازد. زئولیت ها برای کاربردهای کراکینگ نفتی برای مدت طولانی این یک منطقه کاربردی برای خاک های کمیاب غیر جدا شده بوده است. افزودن چند درصد خاک‌های کمیاب در منافذ زئولیت منجر به اسیدیته سطحی قوی می‌شود که برای تبدیل مؤثر مولکول‌های با وزن بالا به گونه‌های سبک‌تر، مانند سوخت با اکتان پایین، حتی در شرایط بسیار تهاجمی ضروری است. صنعت نفت.

تقاضای عمومی برای هوای باکیفیت علیرغم ازدحام ترافیک در شهرهای بزرگ منجر به محدودیت‌های بزرگتر و بزرگتر در خروجی اگزوز خودروها شد. بنابراین، کاتالیزورهای بسیار کارآمدی باید طراحی می شدند و به دلیل ترکیبی از خواص اکسیداسیون و کاهش و پایداری حرارتی بسیار خوب، اکسید سریم از ابتدا، در اوایل دهه 1980، جزء اصلی کاتالیزورهای سه طرفه (TWC) بود. اکنون در تمام خودروهای بنزینی مدرن استفاده می شود.

آینده خاک های کمیاب در کاتالیز احتمالا روشن است. این واقعیت که از سال 1992 سالانه حدود 400 پتنت در این منطقه اعمال می شود، نشان دهنده یک منطقه بسیار فعال است. انتظار می‌رود استفاده از خاک‌های کمیاب در کاتالیز به دلیل خواص بسیار ویژه آنها افزایش یابد. به جای خواص فیزیکی مورد استفاده در کاربردهای الکترونیکی، اکنون به خواص ردوکس، پایداری آب و حرارتی، اعداد هماهنگی و غیره می پردازیم. خاک‌های کمیاب در این ویژگی‌ها آنقدر خاص هستند که به سختی می‌توان از استفاده از آنها اجتناب کرد، نه تنها برای زیبایی مطالعات آکادمیک بلکه برای توسعه کاربردهای صنعتی با تأثیر فوری بر زندگی روزمره.

کنترل دقیق شرایط سنتز و تعریف ترکیب بهینه در هر مورد، کلیدهای آماده سازی ترکیبات با عملکرد بالا برای کاربردهای کاتالیزوری است. آنها در واقع باید به عنوان محصولات با کارایی بالا با ویژگی های عملکردی در نظر گرفته شوند و نه فقط گونه های شیمیایی.

فصل هایی که عمدتاً به کاتالیز اختصاص داده شده اند در جلدهای قبلی هندبوک منتشر شده اند. در این جلد چندین مورد دیگر اضافه شده است. اولی گسترش فصل 43 قبلی، در مورد فعل و انفعالات در سطوح فلزات و آلیاژها، به واکنش هایی مانند هیدروژناسیون، متاناسیون، سنتز آمونیاک، واکنش های هیدروکربن اشباع، هیدروژن زدایی از مواد هیدروژنه، گوگردزدایی هیدروژنی، و اکسیداسیون مونوکسید کربن است. فصل دوم در مورد طیف گسترده‌ای از واکنش‌های کاتالیز شده شامل فلزات و آلیاژها به شکل ابداعی پوشش‌های فلزی یا ترکیبات دو فلزی با برخی فلزات واسطه تولید شده از محلول‌های آمونیاک گزارش می‌دهد. پس از آن، فصلی در مورد کاتالیز با اکسیدهای مخلوط که معمولاً دارای ساختارهای پروسکایت یا پروسکایت هستند، ارائه می شود.

سپس بحث جامعی در مورد پیشینه و نقش فعلی اکسید سریم و مواد مرتبط برای پس از تصفیه گازهای خروجی برای کنترل آلودگی دنبال می شود. . این کاتالیزورهای سه طرفه (TWC) برای بی ضرر کردن CO، NOx و هیدروکربن های نسوخته موتورهای احتراق داخلی طراحی شده اند. فصل بعدی زمینه وسیعی از کاتالیزورهای زئولیت حاوی خاک‌های کمیاب را از استفاده تاریخی آنها در پالایش نفت در دهه 1960 تا سایر کاربردهای پتروشیمی و مواد شیمیایی خوب امروزی در نظر می‌گیرد. فصل آخر استفاده از تریفلات ها (گروه تری فلوئورو-متان-سولفونیل که یک اسید لوئیس سخت در محلول های آبی و آلی است) به عنوان کاتالیزورهای همه کاره در واکنش های تشکیل پیوند کربن-کربن را مستند می کند. پایداری آنها در حضور آب، علیرغم سخت بودن اسیدهای لوئیس، مفید بودن آنها را افزایش می دهد.

Among the numerous applications of the rare-earth elements, the field of catalysis accounts for a large number. Catalysis represents approximately 20% of the total market sales of rare earths worldwide. As a matter of fact two main applications have been prominent in the last decades: zeolite stabilization for fluid cracking catalysts, and automotive post-combustion catalytic treatment.

The oldest use of rare earths in catalysis deals with the structural and chemical stabilization of the zeolites for petroleum cracking applications. For a long time this has been an area of application for non-separated rare earths. The addition of several percent of rare earths in the pores of the zeolite results in a strong surface acidity, which is essential for an efficient conversion of high-weight molecules into lighter species, like low-octane fuel, even in the very aggressive conditions of the petroleum industry.

The popular demand for high-quality air in spite of the traffic congestion in large cities resulted in larger and larger constraints in the emission exhaust from cars. Thus highly efficient catalysts have had to be designed, and due to the combination of its redox properties and very good thermal stability, cerium oxide has been since the beginning, early in the 1980s, a major component of the three-way catalysts (TWC) now used in all modern gasoline cars.

The future of rare earths in catalysis is probably bright. The fact that approximately 400 patents are applied for yearly in the area since 1992 is an illustration of a very active area. Usage of rare earths in catalysis is expected to grow due to their highly specific properties. Instead of the physical properties used in electronic applications, one deals now with redox properties, water and thermal stability, coordination numbers and so forth. The rare earths are so specific in these properties that their use can hardly be avoided, not only for the beauty of academic studies but also for the development of industrial applications with immediate influence on everyday life.

Careful control of the synthesis conditions and the definition of optimum composition in each case are the keys to the preparation of highly performing compounds for catalytic applications. They must actually be considered as high performance products with functional properties, and not just chemical species.

Chapters devoted primarily to catalysis have been published in earlier volumes of the Handbook. In this volume several more are added. The first is an extension of the earlier chapter 43, on interactions at surfaces of metals and alloys, to reactions such as hydrogenation, methanation, ammonia synthesis, saturated hydrocarbon reactions, dehydrogenation of hydrogenated materials, hydrodesulfurization, and carbon monoxide oxidation. The second chapter reports on the wide variety of catalyzed reactions involving metals and alloys in the innovated form of metal overlayers or bimetallic compounds with some transition metals produced from ammonia solutions. This is followed by a chapter on catalysis with mixed oxides usually having perovskite or perovskite-related structures.

Then follows a comprehensive discussion on the background and current role of cerium oxide and associated materials for post-treatment of exhaust gases for pollution control. These three-way catalysts (TWC) are designed to render harmless the CO, NOx, and unburned hydrocarbons from internal combustion engines. The next chapter considers the wide field of zeolite catalysts containing rare earths from their historic use in petroleum refining in the 1960s to other petrochemical and fine chemical applications today. The final chapter documents the use of the triflates (the trifluoro-methane-sulfonyl group which is a hard Lewis acid in both aqueous and organic solutions) as versatile catalysts in carbon-carbon bond-forming reactions. Their stability in the presence of water, in spite of their being hard Lewis acids, enhances their growing usefulness.