稀土催化在工业废气、人居环境净化中的研究与应用

我国是化学品生产大国，能生产37000多种化学品（其中有毒化学品占8%）。随着我国工业化的迅速发展，工业生产（如石化、制鞋业、皮革业、油漆和涂料等行业）中排放的有毒有害废气和使用这些化学品产生的废气已经成为城市主要污染源之一，特别是挥发性有机废气（VOC）的排放。将稀土催化材料用于工业有机废气污染治理和人居环境净化，是推动稀土催化应用的动力之一。

开发经济实用的工业源净化有毒有害污染物控制技术是近年来研究最为活跃的领域之一。催化燃烧法具有操作温度低、净化效率高、无需辅助燃料、二次污染物生成量少等优点，一直被认为是最有效的和最有应用前景的净化技术。催化氧化法主要适应于中高浓度以上的有机废气的净化。高性能的氧化催化剂是净化技术的关键。稀土催化材料由于其独特的催化氧化性质，已显示出越来越明显的开发应用前景，这方面的应用已有不少成功的范例。1997年美国VOCs净化用催化剂的销售额约达10亿美元，且以年平均20%～25%的速度增长，是近年来环保催化剂领域应用增长最快的。

现代人一天的生活，有80%～90%的时间是在室内度过的。大量吸入含多种污染物的空气，会引发一系列影响人体健康的病症。调查表明，现代人68%的疾病都与室内空气污染有关。因此净化人居环境，提高室内空气质量已成为居民迫切的需要。室内空气污染具有污染物种类繁多、浓度低、自净性差等特点，因此室内空气净化要比工业废气的催化净化困难得多，涉及在室温条件下的光催化氧化和室温催化氧化技术的耦合。

稀土具有复杂的能级结构和光谱特性，对纳米TiO2进行掺杂改性，可有效提高光催化的效率，是最具希望解决可见光利用率的技术之一。稀土型的低温氧化催化剂，可在室温下催化消除CO、O3等有害气体，通过与光催化剂的协同作用，是实行室温下净化人居环境的最佳方案之一。我国对有机废气的催化燃烧的研究已经有许多成功的例子，但对低浓度VOC的净化研究还少见报道。光催化剂的敏化是光催化领域的研究热点之一，用稀土元素改性以提高二氧化钛光催化剂的敏化效率，在近几年虽然已有一些研究报道，但没有取得突破性的研究结果，目前的研究还较少涉及稀土掺杂原子能级与纳米TiO2半导体能级之间的相互作用研究，更缺少对稀土光谱项与光催化性能之间的关系研究。

稀土催化材料由于其良好的催化性能，独特的低温活性，优越的抗中毒能力，在有机废气治理方面已显示出越来越优越的开发应用前景。其中稀土复合中孔催化材料具有大表面积、合适孔径分布、结构稳定等特点，已经成为工业有机废气净化中最有前景的催化材料之一。此外，通过纳米水平的设计，开发出先进的稀土催化材料，可以在降低90%贵金属用量的情况下仍能保证催化净化效率提高1倍。