CEO2is 'n belangrike komponent van seldsame aardmateriaal. DieRare Aarde -element seriumhet 'n unieke buitenste elektroniese struktuur - 4F15D16S2. Die spesiale 4F -laag kan elektrone effektief stoor en vrylaat, waardeur ceriumione optree in die+3 -valensietoestand en+4 -valensietoestand. Daarom het CEO2 -materiale meer suurstofgate en het dit 'n uitstekende vermoë om suurstof op te slaan en vry te laat. Die onderlinge omskakeling van CE (III) en CE (IV) gee ook die uitvoerende hoof van CEO2 met unieke katalitiese vermoëns vir oksidasievermindering. In vergelyking met grootmaatmateriaal, het Nano CEO2, as 'n nuwe soort anorganiese materiaal, wydverspreide aandag geniet vanweë die hoë spesifieke oppervlakte, uitstekende suurstofopberging en vrystellingvermoë, suurstof-geleidingsvermoë, redoksprestasie en hoë-temperatuur vinnige suurstofvakansie-diffusievermoë. Daar is tans 'n groot aantal navorsingsverslae en verwante toepassings met behulp van Nano CEO2 as katalisators, katalisatordraers of bymiddels, aktiewe komponente en adsorbente.
1. Voorbereidingsmetode van nanometerSeriumoksied
Op die oomblik bevat die algemene voorbereidingsmetodes vir nano -seria hoofsaaklik chemiese metode en fisiese metode. Volgens verskillende chemiese metodes kan chemiese metodes verdeel word in neerslagmetode, hidrotermiese metode, solvotermiese metode, SOL -gelmetode, mikroemulsie -metode en elektro -afsettingsmetode; Die fisiese metode is hoofsaaklik die slypmetode.
1.1 Slypmetode
Die slypmetode vir die voorbereiding van Nano Ceria gebruik gewoonlik sandmonning, wat die voordele van lae koste, omgewingsvriendelikheid, vinnige verwerkingsnelheid en sterk verwerkingsvermoë het. Dit is tans die belangrikste verwerkingsmetode in die Nano Ceria -industrie. Byvoorbeeld, die voorbereiding van nano-ceriumoksiedpoleerpoeier neem in die algemeen 'n kombinasie van kalsinering en sandmaal, en die grondstowwe van seriumgebaseerde denitrasiekatalisators word ook gemeng vir voorbehandeling of behandel na kalsinering met behulp van sandmaal. Deur verskillende deeltjiegrootte -sandkorrende kraalverhoudings te gebruik, kan nano -seria met D50 wat wissel van tien tot honderde nanometers verkry word deur aanpassing.
1.2 neerslagmetode
Die neerslagmetode verwys na die metode om soliede poeier voor te berei deur neerslag, skeiding, was, droging en kalsinering van grondstowwe opgelos in toepaslike oplosmiddels. Die neerslagmetode word wyd gebruik in die voorbereiding van seldsame aarde en gedoteerde nanomateriale, met voordele soos eenvoudige voorbereidingsproses, hoë doeltreffendheid en lae koste. Dit is 'n algemeen gebruikte metode vir die voorbereiding van nano ceria en sy saamgestelde materiale in die industrie. Hierdie metode kan nano -seria met verskillende morfologie en deeltjiegrootte voorberei deur die neerslagtemperatuur, materiële konsentrasie, pH -waarde, neerslagsnelheid, roerspoed, sjabloon, ens. Te verander. Algemene metodes maak staat op die neerslag van seriumione van ammoniak wat deur ureum -ontbinding gegenereer word, en die voorbereiding van nano -seria -mikrosfere word beheer deur sitrate. Alternatiewelik kan seriumione neergesit word deur OH - gegenereer uit die hidrolise van natriumsitraat, en dan geïnkubeer en gekalsineer om vlok soos nano ceria -mikrosfere voor te berei.
1.3 Hidrotermiese en solvotermiese metodes
Hierdie twee metodes verwys na die metode om produkte voor te berei deur hoë-temperatuur en hoëdrukreaksie by kritieke temperatuur in 'n geslote stelsel. As die reaksieoplosmiddel water is, word dit hidrotermiese metode genoem. In ooreenstemming, as die reaksieoplosmiddel 'n organiese oplosmiddel is, word dit solvotermiese metode genoem. Die gesintetiseerde nano -deeltjies het 'n hoë suiwerheid, goeie verspreiding en eenvormige deeltjies, veral die nano -poeiers met verskillende morfologieë of blootgestelde spesiale kristalvlakke. Los ceriumchloried op in gedistilleerde water, roer en voeg natriumhidroksiedoplossing by. React hidrotermies op 170 ℃ vir 12 uur om seriumoksied -nanorods met blootgestelde (111) en (110) kristalvliegtuie voor te berei. Deur die reaksietoestande aan te pas, kan die verhouding van (110) kristalvliegtuie in die blootgestelde kristalvliegtuie verhoog word, wat die katalitiese aktiwiteit verder verbeter. Die aanpassing van die reaksie -oplosmiddel en oppervlakligande kan ook nano -seria -deeltjies met spesiale hidrofilisiteit of lipofilisiteit produseer. Byvoorbeeld, as u asetaatione by die waterige fase voeg, kan dit monodisperse hidrofiliese seriumoksied -nanodeeltjies in water voorberei. Deur 'n nie-polêre oplosmiddel te kies en oliesuur as ligand tydens die reaksie bekend te stel, kan monodisperse lipofiele ceria-nanodeeltjies berei word in nie-polêre organiese oplosmiddels. (Sien Figuur 1)
Figuur 1 Monodisperse sferiese nano ceria en staafvormige nano ceria
1.4 SOL gel -metode
Die SOL gel -metode is 'n metode wat sommige of verskeie verbindings as voorgangers gebruik, chemiese reaksies soos hidrolise in die vloeistoffase uitvoer om SOL te vorm, en dan gelvorm na veroudering, en uiteindelik drankies en kalsyne om ultrafiene poeiers voor te berei. Hierdie metode is veral geskik vir die voorbereiding van hoogs verspreide multi-komponent nano ceria-saamgestelde nanomateriale, soos serium yster, seriumtitaan, seriumsirkonium en ander saamgestelde nano-oksiede, wat in baie verslae gerapporteer is.
1.5 Ander metodes
Benewens bogenoemde metodes, is daar ook 'n mikro-lotionmetode, mikrogolf-sintese-metode, elektro-afsettingsmetode, plasma-vlamverbrandingsmetode, ioon-uitruilmembraan-elektrolise-metode en baie ander metodes. Hierdie metodes het 'n groot betekenis vir die navorsing en toepassing van nano ceria.
Toepassing van 2-nanometer seriumoksied in waterbehandeling
Serium is die volopste element onder seldsame aardelemente, met lae pryse en wye toepassings. Nanometer Ceria en sy komposiete het baie aandag getrek op die gebied van waterbehandeling as gevolg van hul hoë spesifieke oppervlakte, hoë katalitiese aktiwiteit en uitstekende strukturele stabiliteit.
2.1 Toepassing vanNano ceriumoksiedin waterbehandeling volgens adsorpsie -metode
In onlangse jare, met die ontwikkeling van nywerhede soos die elektroniese industrie, is 'n groot hoeveelheid afvalwater wat besoedelende stowwe soos swaar metaalione en fluoorione bevat, ontslaan. Selfs by spoorkonsentrasies, kan dit waterorganismes en die menslike leefomgewing beduidend skade berokken. Metodes wat algemeen gebruik word, sluit in oksidasie, flotasie, omgekeerde osmose, adsorpsie, nanofiltrasie, biosorpsie, ens. Onder hulle word adsorpsietegnologie dikwels aangewend vanweë die eenvoudige werking, lae koste en hoë behandelingsdoeltreffendheid. Nano CEO2 -materiale het 'n hoë spesifieke oppervlakte en 'n hoë oppervlakaktiwiteit as adsorbente, en daar was baie verslae oor die sintese van poreuse Nano CEO2 en sy saamgestelde materiale met verskillende morfologieë om skadelike ione uit water te adsorbeer en te verwyder.
Navorsing het getoon dat nano ceria 'n sterk adsorpsievermoë het vir f - in water onder swak suur toestande. In 'n oplossing met 'n aanvanklike konsentrasie van f - van 100 mg/L en pH = 5-6 is die adsorpsievermoë vir F - 23 mg/g, en die verwyderingstempo van F - is 85,6%. Nadat u dit op 'n poli -akrielzuurharsbal gelaai het (ladingshoeveelheid: 0,25 g/g), kan die verwyderingsvermoë van F - meer as 99% bereik wanneer 'n gelyke volume van 100 mg/L f - waterige oplossing behandel word; As u 120 keer die volume verwerk, kan meer as 90% van F - verwyder word. As dit gebruik word om fosfaat en jodaat te adsorbeer, kan die adsorpsievermoë meer as 100 mg/g bereik onder die ooreenstemmende optimale adsorpsie -toestand. Die gebruikte materiaal kan hergebruik word na eenvoudige desorpsie en neutralisasiebehandeling, wat hoë ekonomiese voordele inhou.
Daar is baie studies oor die adsorpsie en behandeling van giftige swaar metale soos arseen, chroom, kadmium en lood met behulp van nano ceria en sy saamgestelde materiale. Die optimale adsorpsie pH wissel vir swaar metaalione met verskillende valensietoestande. Byvoorbeeld, die swak alkaliese toestand met neutrale vooroordeel het die beste adsorpsie -toestand vir AS (III), terwyl die optimale adsorpsietoestand vir AS (V) onder swak suur toestande bereik word, waar die adsorpsievermoë onder beide toestande meer as 110 mg/g kan bereik. In die algemeen kan die geoptimaliseerde sintese van nano ceria en sy saamgestelde materiale hoë adsorpsie- en verwyderingsyfers vir verskillende swaar metaalione oor 'n wye pH -reeks bereik.
Aan die ander kant het nanomateriale gebaseer op seriumoksied ook uitstekende werkverrigting in adsorberende organiese middels in afvalwater, soos suuroranje, rhodamine B, Kongo -rooi, ens. By bestaande gevalle het nano ceria -poreuse sfere berei deur elektrochemiese metodes, met 'n hoë adsorpsie in die verwydering van organiese kleurstowwe, veral in die verwydering van die bevestiging van die kongo, met 'n advertensieverskaffing van 'n advertensievermoë, veral in die verwydering van die bevestiging met 'n advertensievermoë, veral in die verwydering van die kongo, met 'n advertensievermoë van 'n advertensievermoë, veral in die verwydering van die bevestiging van 'n adso -kapasiteit, veral in die verwydering van die kongo, met 'n advertensievermoë van 'n advertensievermoë, veral in die verwydering van die bevestiging van 'n adso -kroon. 942,7 mg/g in 60 minute.
2.2 Toepassing van nano ceria in gevorderde oksidasieproses
Gevorderde oksidasieproses (AOP's vir kort) word voorgestel om die bestaande watervrye behandelingstelsel te verbeter. Gevorderde oksidasieproses, ook bekend as diep oksidasietegnologie, word gekenmerk deur die produksie van hidroksielradikale (· OH), superoksiedradikale (· O2 -), singlet -suurstof, ens. Met 'n sterk oksidasievermoë. Onder die reaksietoestande van hoë temperatuur en druk, elektrisiteit, klank, ligbestraling, katalisator, ens. Volgens die verskillende maniere om vrye radikale en reaksietoestande te genereer, kan dit verdeel word in fotochemiese oksidasie, katalitiese nat oksidasie, sonochemie -oksidasie, osoonoksidasie, elektrochemiese oksidasie, fenton -oksidasie, ens. (See Figuur 2).
Figuur 2 Klassifikasie en tegnologie -kombinasie van gevorderde oksidasieproses
Nano Ceriais 'n heterogene katalisator wat gereeld in die gevorderde oksidasieproses gebruik word. As gevolg van die vinnige omskakeling tussen CE3+en CE4+en die vinnige oksidasie-verminderingseffek wat deur suurstofabsorpsie en vrystelling teweeggebring word, het Nano Ceria 'n goeie katalitiese vermoë. As dit as 'n katalisatorpromotor gebruik word, kan dit ook die katalitiese vermoë en stabiliteit effektief verbeter. Wanneer nano ceria en sy saamgestelde materiale as katalisators gebruik word, verskil die katalitiese eienskappe baie van die morfologie, deeltjiegrootte en blootgestelde kristalvliegtuie, wat die belangrikste faktore is wat hul werkverrigting en toepassing beïnvloed. Daar word algemeen geglo dat hoe kleiner die deeltjies en hoe groter die spesifieke oppervlakte, hoe meer ooreenstemmende aktiewe plek en hoe sterker die katalitiese vermoë. Die katalitiese vermoë van die blootgestelde kristaloppervlak, van sterk tot swak, is in die orde van (100) kristaloppervlak> (110) kristaloppervlak> (111) kristaloppervlak, en die ooreenstemmende stabiliteit is teenoorgestelde.
Seriumoksied is 'n halfgeleiermateriaal. Wanneer nanometer -seriumoksied bestraal word deur fotone met energie hoër as die bandgaping, is die valensbandelektrone opgewonde, en die oorgangsrekombinasie -gedrag vind plaas. Hierdie gedrag sal die omskakelingskoers van CE3+en CE4+bevorder, wat lei tot 'n sterk fotokatalitiese aktiwiteit van nano ceria. Fotokatalise kan direkte agteruitgang van organiese materiaal sonder sekondêre besoedeling bewerkstellig, dus die toepassing daarvan is die mees bestudeerde tegnologie op die gebied van nano ceria in AOP's. Op die oomblik is die hooffokus op die katalitiese afbraakbehandeling van azo -kleurstowwe, fenol, chloorbenzeen en farmaseutiese afvalwater met behulp van katalisators met verskillende morfologieë en saamgestelde samestellings. Volgens die verslag kan die afbraakvermoë van hierdie stowwe oor die algemeen meer as 80%bereik, en die verwyderingsvermoë van totale organiese koolstof (TOC) kan meer as 40%bereik.
Nano -seriumoksiedkatalise vir die afbraak van organiese besoedelingstowwe soos osoon en waterstofperoksied is 'n ander tegnologie wat wyd bestudeer is. Soortgelyk aan fotokatalise, fokus dit ook op die vermoë van nano -seria met verskillende morfologieë of kristalvliegtuie en verskillende saamgestelde katalitiese oksidante op seriumgebaseerde om organiese besoedeling te oksideer en te degradeer. In sulke reaksies kan katalisators die opwekking van 'n groot aantal aktiewe radikale uit osoon of waterstofperoksied kataliseer, wat organiese besoedelende stowwe aanval en doeltreffender oksidatiewe afbraakvermoëns bereik. As gevolg van die instelling van oksidante in die reaksie, word die vermoë om organiese verbindings te verwyder aansienlik verbeter. In die meeste reaksies kan die finale verwyderingstempo van die teikenstof 100%bereik of benader, en die TOC -verwyderingstempo is ook hoër.
In die elektrokatalitiese gevorderde oksidasie -metode bepaal die eienskappe van die anodemateriaal met 'n hoë suurstofevolusie -oorpotensiaal die selektiwiteit van die elektrokatalitiese gevorderde oksidasie -metode vir die behandeling van organiese besoedeling. Die katodemateriaal is 'n belangrike faktor wat die produksie van H2O2 bepaal, en die produksie van H2O2 bepaal die doeltreffendheid van die elektrokatalitiese gevorderde oksidasie -metode vir die behandeling van organiese besoedeling. Die studie van elektrode -materiaalmodifikasie met behulp van nano ceria het binnelands en internasionaal wydverspreide aandag geniet. Navorsers stel hoofsaaklik nano -seriumoksied en sy saamgestelde materiale deur verskillende chemiese metodes bekend om verskillende elektrodemateriaal te verander, hul elektrochemiese aktiwiteit te verbeter en sodoende elektrokatalitiese aktiwiteit en finale verwyderingstempo te verhoog.
Mikrogolf en ultraklank is dikwels belangrike hulpmaatreëls vir bogenoemde katalitiese modelle. Met behulp van ultrasoniese hulp as voorbeeld, met behulp van vibrasie -klankgolwe met frekwensies hoër as 25 kHz per sekonde, word miljoene buitengewone klein borrels gegenereer in 'n oplossing wat met 'n spesiaal ontwerpte skoonmaakmiddel geformuleer is. Hierdie klein borrels produseer voortdurend borrel -inplaatsings tydens vinnige kompressie en uitbreiding, waardeur materiale vinnig op die katalisatoroppervlak kan ruil en diffundeer, wat dikwels eksponensieel die katalitiese doeltreffendheid verbeter.
3 Slot
Nano Ceria en sy saamgestelde materiale kan ione en organiese besoedeling in water effektief behandel en 'n belangrike toepassingspotensiaal in toekomstige waterbehandelingsvelde hê. Die meeste navorsing is egter nog in die laboratoriumstadium, en om in die toekoms vinnig in die waterbehandeling te gebruik, moet die volgende kwessies dringend aangespreek word:
(1) Die relatiewe hoë voorbereidingskoste van nanoCEO2Gebaseerde materiale bly 'n belangrike faktor in die oorgrote meerderheid van hul toepassings in waterbehandeling, wat nog in die laboratoriumnavorsingsfase is. Die ondersoek na lae koste, eenvoudige en effektiewe voorbereidingsmetodes wat die morfologie en grootte van Nano CEO2-gebaseerde materiale kan reguleer, is steeds 'n fokuspunt van navorsing.
(2) Vanweë die klein deeltjiegrootte van Nano CEO2 -gebaseerde materiale, is die herwinnings- en regenerasieprobleme na gebruik ook belangrike faktore wat die toepassing daarvan beperk. Die samestelling daarvan met harsmateriaal of magnetiese materiale is 'n belangrike navorsingsrigting vir die materiaalvoorbereiding en herwinningstegnologie.
(3) Die ontwikkeling van 'n gesamentlike proses tussen Nano CEO2 -gebaseerde materiaalwaterbehandelingstegnologie en tradisionele rioolbehandelingstegnologie sal die toepassing van Nano CEO2 -gebaseerde materiaal katalitiese tegnologie op die gebied van waterbehandeling grootliks bevorder.
(4) Daar is nog steeds beperkte navorsing oor die toksisiteit van Nano CEO2 -gebaseerde materiale, en hul omgewingsgedrag en toksisiteitsmeganisme in waterbehandelingstelsels is nog nie bepaal nie. Die werklike rioolbehandelingsproses behels dikwels die naasbestaan van veelvuldige besoedelende stowwe, en die naasbestaande besoedeling sal met mekaar in wisselwerking wees en sodoende die oppervlakkenmerke en potensiële toksisiteit van nanomateriale verander. Daarom is daar 'n dringende behoefte om meer navorsing oor verwante aspekte uit te voer.
Postyd: Mei-22-2023