CeO2hè un cumpunente impurtante di materiali di terra rara.Uelementu di terra rara ceriumhà una struttura elettronica esterna unica - 4f15d16s2.A so capa speciale 4f pò almacenà è liberà in modu efficace l'elettroni, facendu chì l'ioni di cerium si comportanu in u statu di valenza + 3 è u statu di valenza + 4.Per quessa, i materiali CeO2 anu più buchi d'ossigenu, è anu una capacità eccellente per almacenà è liberà l'ossigenu.A cunversione mutuale di Ce (III) è Ce (IV) dà ancu i materiali CeO2 cù capacità catalitiche uniche di riduzione di l'ossidazione.Paragunatu à i materiali in massa, nano CeO2, cum'è un novu tipu di materiale inorganicu, hà ricivutu una grande attenzione per via di a so superficia specifica elevata, l'eccellente capacità di almacenamentu è di liberazione di l'ossigenu, a conduttività di l'oxigenu d'ossigenu, u rendiment redox, è a diffusione rapida di vacante d'ossigenu à alta temperatura. capacità.Ci hè attualmente un gran numaru di rapporti di ricerca è applicazioni cunnesse chì utilizanu nano CeO2 cum'è catalizzatori, trasportatori di catalizzatori o additivi, cumpunenti attivi è adsorbenti.
1. Metudu di preparazione di nanometruoxidu di ceriu
Attualmente, i metudi di preparazione cumuni per a nanoceria includenu principalmente u metudu chimicu è u metudu fisicu.Sicondu i metudi chimichi diffirenti, i metudi chimichi ponu esse divisi in u metudu di precipitazione, u metudu idrotermalu, u metudu solvotermalu, u metudu di sol gel, u metudu di microemulsione è u metudu d'elettrodeposizione;U metudu fisicu hè principalmente u metudu di macinazione.
1.1 Metudu di macinazione
U metudu di macinazione per a preparazione di nano ceria generalmente usa a macinazione di sabbia, chì hà i vantaghji di low cost, amichevule ambientale, vitezza di trasfurmazioni veloce è forte capacità di trasfurmazioni.Hè attualmente u metudu di trasfurmazioni più impurtante in l'industria nanoceria.Per esempiu, a preparazione di nano cerium oxide polishing powder generalmente adopta una cumminazione di calcinazione è grinding di sabbia, è e materie prime di catalizzatori di denitration basati in cerium sò ancu mischiate per pretrattamentu o trattate dopu a calcinazione cù grinding di sabbia.By usendu differente grannizza particeddi sabbia grinding bead ratios, nano ceria cun D50 chì varieghja da decine à centinaie di nanometri pò esse ottinutu attraversu l'aghjustamentu.
1.2 Metudu di precipitazione
U metudu di precipitazione si riferisce à u metudu di preparazione di u polveru solidu per precipitazione, separazione, lavatura, siccazione è calcinazione di materie prime dissolute in solventi adatti.U metudu di precipitazione hè largamente utilizatu in a preparazione di terre rare è nanomateriali dopati, cù vantaghji cum'è prucessu di preparazione simplice, alta efficienza è low cost.Hè un metudu cumunimenti usatu per a preparazione di nano ceria è i so materiali cumposti in l'industria.Stu metudu pò priparà nano ceria cù differente morfologia è grannizza particella cambiannu a temperatura di precipitazione, cuncintrazzioni materiale, valore pH, vitezza precipitazione, vitezza stirring, mudellu, etc. I metudi cumuni s'appoghjanu nantu à a precipitazione di ioni di cerium da ammonia generata da a descomposizione di urea, è a preparazione di microsfere nano ceria hè cuntrullata da ioni citrate.Alternativamente, i ions di cérium ponu esse precipitati da l'OH - generatu da l'idrolisi di citrate di sodiu, è poi incubati è calcinati per preparà squame cum'è microsfere di nanoceria.
1.3 I metudi idrotermali è solvotermali
Sti dui metudi si riferenu à u metudu di preparazione di i prudutti da a reazzione à alta temperatura è alta pressione à a temperatura critica in un sistema chjusu.Quandu u solvente di reazione hè l'acqua, hè chjamatu metudu idrotermale.In currispundenza, quandu u solvente di reazzione hè un solvente urgànicu, hè chjamatu mètudu solvotermale.I nanoparticelle sintetizzate anu una alta purezza, una bona dispersione è particeddi uniformi, in particulare i nano polveri cù diverse morfologie o face cristalli spiciali esposti.Dissolve u cloru di cerium in acqua distillata, mischjà è aghjunghje a suluzione di sodium hydroxide.Reagisce idrotermale à 170 ℃ per 12 ore per preparà nanorods d'ossidu di cerium cù piani di cristalli esposti (111) è (110).Ajustendu e cundizioni di reazione, a proporzione di (110) piani di cristalli in i piani di cristalli esposti pò esse aumentata, rinfurzendu ancu a so attività catalitica.Ajusting the reaction solvent and surface ligands can also produce nano ceria particles with special hydrophilicity or lipophilicity.Per esempiu, l'aghjunzione di ioni acetate à a fase acquosa pò preparà nanoparticelle di ossidu di cerium idrofili monodispersi in acqua.Per selezziunà un solvente non-polar è introducendu l'acidu oleicu cum'è ligand durante a reazzione, nanoparticelle di ceria lipofila monodisperse pò esse preparatu in solventi organici non polari.(Vede a figura 1)
Figura 1 Nanoceria sferica monodispersa è nanoceria in forma di bastone
1.4 Metudu Sol gel
U metudu di sol gel hè un metudu chì usa parechji o parechji cumposti cum'è precursori, cunduce reazzione chimica cum'è l'idrolisi in a fase liquida per furmà u sol, è poi forma gel dopu l'anziane, è infine si secca è calcina per preparà polveri ultrafine.Stu metudu hè particularmente adattatu per a preparazione di nanomateriali cumposti multi-cumpunenti altamente dispersi, cum'è cerium ferru, cerium titaniu, cerium zirconiu è altri nano oxides cumposti, chì sò stati rappurtati in parechji rapporti.
1.5 Altri metudi
In più di i metudi sopra, ci sò ancu u metudu di micro lozione, u metudu di sintesi di microonde, u metudu di l'elettrodeposizione, u metudu di combustione di fiamma di plasma, u metudu di l'elettrolisi di a membrana di scambiu di ioni è assai altri metudi.Sti metudi hannu granni significatu per a ricerca è applicazione di nano ceria.
Applicazione di l'ossidu di cerium di 2 nanometri in u trattamentu di l'acqua
Cerium hè l'elementu più abbundante trà l'elementi di terra rara, cù prezzi bassi è larga applicazioni.Nanometer ceria è i so cumposti anu attiratu assai attenzione in u campu di u trattamentu di l'acqua per via di a so superficia specifica elevata, alta attività catalitica è stabilità strutturale eccellente.
2.1 Applicazione diNano Oxide di Ceriumin Trattamentu di l'acqua per u Metudu di Adsorption
Nta l'ultimi anni, cù u sviluppu di l'industrii cum'è l'industria di l'elettronica, una grande quantità d'acqua residuale chì cuntene contaminanti cum'è ioni di metalli pesanti è ioni di fluoru hè stata scaricata.Ancu à cuncentrazione traccia, pò causà dannu significativu à l'organisimi acquatici è l'ambienti di vita umana.I metudi cumunimenti usati includenu l'ossidazione, a flotazione, l'osmosi inversa, l'adsorption, a nanofiltrazione, a biosorption, etc. Frà elli, a tecnulugia di adsorption hè spessu aduttata per via di u so funziunamentu simplice, low cost, è alta efficienza di trattamentu.Materiali Nano CeO2 hannu altu superficia specifichi è attività di superficia altu cum'è adsorbents, è ci sò stati parechji rapporti nantu à a sintesi di nano CeO2 poroso è i so materiali cumposti cù differente morphologies à adsorbe è caccià ioni dannusu da l 'acqua.
A ricerca hà dimustratu chì a nanoceria hà una forte capacità d'adsorption per F - in l'acqua in cundizioni d'acidu debule.In una suluzione cù una cuncentrazione iniziale di F - di 100mg / L è pH = 5-6, a capacità di adsorption per F - hè 23mg / g, è a rata di rimozione di F - hè 85,6%.Dopu a carica nantu à una bola di resina d'acidu poliacrilico (quantità di carica: 0,25 g / g), a capacità di rimuzione di F - pò ghjunghje à più di 99% quandu si tratta un voluminu uguale di 100mg / L di F - suluzione aquosa;Quandu si tratta di 120 volte u voluminu, più di 90% di F - pò esse eliminatu.Quandu s'utilice per adsorbe fosfate è iodatu, a capacità di adsorzione pò ghjunghje à più di 100mg / g sottu u statu di adsorzione ottimali currispundente.U materiale utilizatu pò esse riutilizatu dopu à un trattamentu simplice di desorption è neutralizazione, chì hà alti benefici ecunomichi.
Ci sò parechji studii nantu à l'adsorption è u trattamentu di metalli pisanti tossichi cum'è l'arsenicu, u cromu, u cadmiu è u piombu cù nano ceria è i so materiali cumposti.U pH d'adsorzione ottimali varia per ioni di metalli pesanti cù diversi stati di valenza.Per esempiu, a cundizione alcalina debbule cù preghjudiziu neutru hà u megliu statu di adsorption per As (III), mentre chì u statu di adsorption ottimale per As (V) hè ottenutu in cundizioni d'acidità debule, induve a capacità di adsorption pò ghjunghje à più di 110mg / g in i dui. cundizioni.In generale, a sintesi ottimizzata di nanoceria è i so materiali cumposti ponu ottene un altu tassi di adsorzione è rimozione per diversi ioni di metalli pesanti in una larga gamma di pH.
Per d 'altra banda, i nanomateriali basati in l'ossidu di cerium anu ancu un rendimentu eccezziunale in l'adsorbimentu di l'organici in l'acqua residua, cum'è l'aranciu acidu, rhodamine B, u Congo rossu, etc. capacità di adsorption in a rimuzione di tinture organiche, in particulare in a rimuzione di u rossu Congo, cù una capacità di adsorption di 942.7mg/g in 60 minuti.
2.2 Applicazione di nano ceria in u prucessu d'ossidazione avanzata
U prucessu d'ossidazione avanzata (AOPs in breve) hè prupostu per migliurà u sistema di trattamentu anidru esistenti.U prucessu d'ossidazione avanzata, cunnisciutu ancu com'è tecnulugia d'ossidazione prufonda, hè carattarizatu da a produzzione di radicali hydroxyl (· OH), radicali superoxide (· O2 -), ossigenu singlet, etc. cù una forte capacità d'ossidazione.Sutta i cundizioni di riazzioni di alta temperatura è prissioni, l 'electricità, sonu, irradiation luce, catalyseur, etc Sicondu à i sfarenti maneri di generazione di radicali liberi è cundizioni di riazzioni, ponu esse divisu in ossidazione photochemical, ossidazione bagnata catalytic, ossidazioni sonochemistry, ozone. ossidazione, oxidation electrochemical, oxidation Fenton, etc. (vede Figura 2).
Figura 2 Classificazione è Tecnulugia Cumminazione di prucessu d'ossidazione avanzata
Nano ceriahè un catalyseur heterogeneous cumunimenti usatu in prucessu di oxidation Advanced.A causa di a cunversione rapida trà Ce3 + è Ce4 + è l'effettu rapidu di riduzzione d'ossidazione purtatu da l'absorzione è a liberazione di l'ossigenu, a nano ceria hà una bona capacità catalitica.Quandu s'utilice cum'è promotore di catalizzatore, pò ancu migliurà efficacemente a capacità catalitica è a stabilità.Quandu a nanoceria è i so materiali cumposti sò usati cum'è catalizzatori, e proprietà catalitiche varienu assai cù a morfologia, a dimensione di particella è i piani di cristalli esposti, chì sò fattori chjave chì afectanu a so prestazione è l'applicazione.Hè generalmente cridutu chì u più chjucu i particeddi è più grande a superficia specifica, u situ attivu più currispundenti, è più forte a capacità catalitica.A capacità catalitica di a superficia di cristalli esposti, da forte à debule, hè in l'ordine di (100) superficia di cristallo> (110) superficia di cristallo> (111) superficia di cristallu, è a stabilità currispundente hè opposta.
L'oxidu di cerium hè un materiale semiconductor.Quandu l'ossidu di cerium nanometru hè irradiatu da fotoni cù energia più altu ch'è a banda gap, l'elettroni di a banda di valenza sò eccitati, è si verifica u cumpurtamentu di ricombinazione di transizione.Stu cumpurtamentu prumove a rata di cunversione di Ce3 + è Ce4 +, risultatu in una forte attività photocatalytic di nano ceria.Photocatalysis pò ghjunghje sin'à a degradazione diretta di a materia urganica senza contaminazione secundaria, cusì a so applicazione hè a tecnulugia più studiata in u campu di nanoceria in AOP.Attualmente, l'enfasi principale hè nantu à u trattamentu di degradazione catalitica di coloranti azoici, fenol, clorobenzene è acque di scarico farmaceutica chì utilizanu catalizzatori cù diverse morfologie è cumpusizioni cumposti.Sicondu u rapportu, sottu u metudu di sintesi di catalyseur ottimisatu è e cundizioni di u mudellu cataliticu, a capacità di degradazione di sti sustanziali pò generalmente ghjunghje à più di 80%, è a capacità di rimuzione di carbone organicu tutale (TOC) pò ghjunghje à più di 40%.
A catalisi di l'ossidu di nanu ceriu per a degradazione di i contaminanti organici cum'è l'ozone è u perossu di l'idrogenu hè una altra tecnulugia largamente studiata.Simile à a fotocatalisi, si focalizeghja ancu nantu à a capacità di nanoceria cù diverse morfologie o piani di cristalli è diversi oxidanti catalitici compositi basati in cerium per ossidà è degradanu i contaminanti organici.In tali reazzioni, i catalizzatori ponu catalizà a generazione di un gran numaru di radicali attivi da l'ozone o u perossu di l'idrogenu, chì attaccanu i contaminanti organici è ottenenu capacità di degradazione oxidativa più efficaci.A causa di l'intruduzioni di l'oxidanti in a reazione, a capacità di sguassà i composti organici hè assai rinfurzata.In a maiò parte di e reazzione, a rata di rimozione finale di a sustanza di destinazione pò ghjunghje o avvicinà u 100%, è a tarifa di rimozione di TOC hè ancu più altu.
In u metudu d'ossidazione avanzata elettrocatalitica, e proprietà di u materiale di l'anodu cù un altu potenziale di evoluzione di l'ossigenu determinanu a selettività di u metudu d'ossidazione avanzata elettrocatalitica per trattà i contaminanti organici.U materiale di catodu hè un fattore impurtante chì determina a produzzione di H2O2, è a produzzione di H2O2 determina l'efficienza di u metudu d'ossidazione avanzata elettrocatalitica per trattà i contaminanti organici.U studiu di a mudificazione di u materiale di l'elettrodu cù nanoceria hà ricevutu assai attenzione in u paese è à l'internaziunale.I circadori intruducenu principalmente l'ossidu di cerium nano è i so materiali cumposti per mezu di diversi metudi chimichi per mudificà diversi materiali di l'elettrodi, migliurà a so attività elettrochimica, è cusì aumentanu l'attività elettrocatalitica è a rata di rimozione finale.
Microwave è ultrasound sò spessu misure ausiliarii impurtanti per i mudelli catalitici sopra.Pigliendu l'assistenza ultrasonica cum'è un esempiu, utilizendu onde sonore di vibrazione cù frequenze più alti di 25kHz per seconda, milioni di bolle estremamente chjuche sò generati in una suluzione formulata cù un agente di pulizia apposta.Questi picculi bolle, durante a compressione è l'espansione rapida, pruducianu constantemente l'implosione di bolle, chì permette à i materiali di scambià rapidamente è di sparghje nantu à a superficia di u catalizzatore, spessu espunenzialmente migliurà l'efficienza catalitica.
3 Cunclusioni
Nano ceria è i so materiali cumposti ponu effittivamenti trattà ioni è contaminanti organici in l'acqua, è anu un putenziale d'applicazione impurtante in i futuri campi di trattamentu di l'acqua.Tuttavia, a maiò parte di a ricerca hè sempre in u stadiu di u laboratoriu, è per ottene una rapida applicazione in u trattamentu di l'acqua in u futuru, i seguenti prublemi anu da esse urgentemente indirizzati:
(1) U costu di preparazione relativamente altu di nanoCeO2materiali basatu ferma un fattore impurtante in a maiò parte di e so applicazioni in u trattamentu di l'acqua, chì sò sempre in u stadiu di ricerca di u laboratoriu.L'esplorazione di metudi di preparazione low-cost, simplice è efficace chì ponu regulà a morfologia è a dimensione di materiali basati in nano CeO2 hè sempre un focusu di ricerca.
(2) A causa di a piccula dimensione di particella di materiali basati in nano CeO2, i prublemi di riciclamentu è di rigenerazione dopu l'usu sò ancu fattori impurtanti chì limitanu a so applicazione.U cumpostu di questu cù materiali di resina o materiali magnetichi serà una direzzione di ricerca chjave per a so preparazione di materiale è tecnulugia di riciclamentu.
(3) U sviluppu di un prucessu cumuni trà a tecnulugia di trattamentu di l'acqua di materiale basatu in nano CeO2 è a tecnulugia di trattamentu di l'acqua tradiziunale hà assai prumuvutu l'applicazione di a tecnulugia catalitica di materiale basata in nano CeO2 in u campu di u trattamentu di l'acqua.
(4) Ci hè sempre una ricerca limitata nantu à a toxicità di materiali basati in nano CeO2, è u so cumpurtamentu ambientale è u meccanismo di toxicità in i sistemi di trattamentu di l'acqua ùn sò micca stati ancora determinati.U prucessu attuale di trattamentu di l'acqua di lignu spessu implica a coesistenza di più inquinanti, è i contaminanti coesistenti interagisceranu cù l'altri, cambiendu cusì e caratteristiche di a superficia è a toxicità potenziale di i nanomateriali.Per quessa, ci hè un urgente bisognu di fà più ricerche nantu à aspetti cunnessi.
Tempu di post: 22-May-2023