CEO2je důležitou součástí materiálů vzácných zemin. Theprvek vzácné zeminy ceruMá jedinečnou vnější elektronickou strukturu - 4F15D16S2. Její speciální vrstva 4F může efektivně ukládat a uvolňovat elektrony, takže cerové ionty se chovají ve stavu+3 valenční a+4 valenční stav. Materiály CEO2 mají proto více otvorů pro kyslík a mají vynikající schopnost ukládat a uvolňovat kyslík. Vzájemná přeměna CE (III) a CE (IV) také endovuje materiály CEO2 s jedinečnými katalytickými schopnostmi snižování oxidace. Ve srovnání s hromadnými materiály získala Nano CEO2 jako nový typ anorganického materiálu rozsáhlou pozornost díky své vysoké specifické povrchové ploše, vynikající schopnost skladování a uvolňování kyslíku, kyslíkovou iontovou vodivost, redoxní výkon a vysokoteplotní rychlou schopnost difúze kyslíku. V současné době existuje velké množství výzkumných zpráv a souvisejících aplikací používajících NaNO CEO2 jako katalyzátory, katalyzátorové nosiče nebo přísady, aktivní komponenty a adsorbenty.
1. Metoda přípravy nanometruoxid ceru
V současné době zahrnují běžné metody přípravy pro nano ceria hlavně chemickou metodu a fyzikální metodu. Podle různých chemických metod lze chemické metody rozdělit na metodu srážení, hydrotermální metodu, solvotermální metodu, metodu sol gelu, metodu mikroemulze a metodu elektrodepozice; Fyzikální metoda je hlavně metoda broušení.
1.1 Metoda broušení
Metoda broušení pro přípravu Nano Ceria obecně používá broušení písku, které má výhody nízkých nákladů, environmentální přívětivosti, rychlé rychlosti zpracování a silnou schopnost zpracování. V současné době je to nejdůležitější metoda zpracování v odvětví Nano Ceria. Například příprava prášku na leštění nanoridu nanoaridu obecně přijímá kombinaci kalcinace a broušení písku a suroviny denitračních katalyzátorů na bázi ceru se také mísí pro předběžné ošetření nebo ošetřeny po kalcinaci pomocí broušení písku. Použitím různých poměrů korálků o velikosti částic písku lze Nano Ceria s D50 od desítek po stovky nanometrů získat nastavením.
1.2 Metoda srážení
Metoda srážení se týká způsobu přípravy pevného prášku srážením, separací, praním, sušením a kalcinací surovin rozpuštěných ve vhodných rozpouštědlech. Metoda srážení se široce používá při přípravě nanomateriálů vzácných zemin a dotovaných, s výhodami, jako je jednoduchý proces přípravy, vysoká účinnost a nízké náklady. Jedná se o běžně používanou metodu pro přípravu Nano Ceria a jejích kompozitních materiálů v průmyslu. Tato metoda může připravit Nano Ceria s různou morfologií a velikostí částic změnou teploty srážení, koncentrace materiálu, hodnotu pH, rychlost srážení, rychlost míchání, templát atd. Společné metody se spoléhají na srážení iontů z amoniaku generované močovištěm a rozložení močoviny jsou kontrolovány citrátovými ionty. Alternativně mohou být ionty ceru vysráženy OH - generovaným z hydrolýzy citrátu sodného a poté inkubováno a kalcinované, aby se připravila vločka jako mikrosfáry Nano Ceria.
1.3 Hydrotermální a solvotermální metody
Tyto dvě metody se vztahují na způsob přípravy produktů vysokoteplotní a vysokotlakou reakcí při kritické teplotě v uzavřeném systému. Když je reakční rozpouštědlo vodou, nazývá se hydrotermální metoda. Odpovídajícím způsobem, když je reakční rozpouštědlo organické rozpouštědlo, nazývá se solvotermální metoda. Syntetizované nano částice mají vysokou čistotu, dobrou disperzi a jednotné částice, zejména nano prášky s různými morfologiemi nebo exponovanými speciálními krystalovými plochy. Rozpusťte chlorid ceru v destilované vodě, promíchejte a přidejte roztok hydroxidu sodného. React hydrotermální při 170 ℃ po dobu 12 hodin na přípravu nanorodů oxidu ceru s exponovanými (111) a (110) krystalovými roviny. Úpravou reakčních podmínek lze zvýšit podíl (110) křišťálových rovin v exponovaných krystalových rovinách, což dále zvyšuje jejich katalytickou aktivitu. Nastavení reakčního rozpouštědla a povrchových ligandů může také produkovat částice Nano Ceria se zvláštní hydrofilitou nebo lipofilitou. Například přidání acetátových iontů do vodné fáze může připravit monodisperzní nanočástice oxidu ceru ve vodě. Výběrem nepolárního rozpouštědla a zavedením kyseliny olejové jako ligandu během reakce může být monodisperzní lipofilní nanočástice ceria připravena v nepolárních organických rozpouštědlech. (Viz obrázek 1)
Obrázek 1 Monodisperse sférická nano ceria a nano nano ceria ve tvaru prutu
1.4 Metoda sol gelu
Metoda sol gelu je metoda, která používá některé nebo několik sloučenin jako prekurzory, provádí chemické reakce, jako je hydrolýza v kapalné fázi, aby vytvořila Sol, a poté vytvoří gel po stárnutí, a konečně drys a kalciny připraví ultrafinové prášky. Tato metoda je zvláště vhodná pro přípravu vysoce dispergovaných vícesložkových nano ceriálních kompozitních nanomateriálů, jako je listové železo, titan ceru, cerový zirkonium a další kompozitní oxidy nano, které byly hlášeny v mnoha zprávách.
1,5 další metody
Kromě výše uvedených metod existují také metoda mikro mléko, metoda syntézy mikrovlnné trouby, metoda elektrodepozice, metoda spalování plazmových plamenů, metoda elektrolýzy iontoměnitosti a mnoho dalších metod. Tyto metody mají velký význam pro výzkum a aplikaci Nano Ceria.
Aplikace oxidu 2-nanometru při úpravě vody
Cerium je nejhojnějším prvkem mezi prvky vzácných zemin, s nízkými cenami a širokými aplikacemi. Nanometr Ceria a její kompozity přitahovaly velkou pozornost v oblasti úpravy vody díky jejich vysoké specifické povrchové ploše, vysoké katalytické aktivitě a vynikající strukturální stabilitě.
2.1 AplikaceOxid nanoPři úpravě vody adsorpční metodou
V posledních letech bylo s vývojem průmyslových odvětví, jako je elektronický průmysl, propuštěno velké množství odpadních vod obsahujících znečišťující látky, jako jsou ionty těžkých kovů a fluorinové ionty. I při stopových koncentracích může způsobit značné poškození vodních organismů a lidského životního prostředí. Mezi běžně používané metody zahrnují oxidace, flotaci, reverzní osmóza, adsorpci, nanofiltrace, biosorpce atd. Mezi nimi je adsorpční technologie často přijímána kvůli jednoduchému provozu, nízkým nákladům a vysoké účinnosti léčby. Materiály CEO2 nano mají vysokou specifickou povrchovou plochu a vysokou povrchovou aktivitu jako adsorbenti a existuje mnoho zpráv o syntéze porézního Nano CEO2 a jeho kompozitních materiálů s různými morfologiemi pro adsorb a odstranění škodlivých iontů z vody.
Výzkum ukázal, že Nano Ceria má silnou adsorpční kapacitu pro f - ve vodě za slabých kyselých podmínek. V roztoku s počáteční koncentrací F - 100 mg/l a pH = 5-6 je adsorpční kapacita pro F - 23 mg/g a rychlost odstranění F - je 85,6%. Po naložení na pryskyřičnou kouli polyakrylové kyseliny (množství načítání: 0,25 g/g) může schopnost odstranění F - dosáhnout více než 99% při ošetření stejného objemu 100 mg/l f - vodného roztoku; Při zpracování 120krát více objemu lze odstranit více než 90% F -. Při použití k adsorbu fosfátu a jodatu může adsorpční kapacita dosáhnout více než 100 mg/g v odpovídajícím optimálním adsorpčním stavu. Použitý materiál lze znovu použít po jednoduché desorpci a neutralizační léčbě, která má vysoké ekonomické výhody.
Existuje mnoho studií o adsorpci a léčbě toxických těžkých kovů, jako je arsen, chrom, kadmium a olova pomocí Nano Ceria a jeho kompozitních materiálů. Optimální adsorpční pH se liší u iontů těžkých kovů s různými stavy valencí. Například slabý alkalický stav s neutrálním zkreslením má nejlepší adsorpční stav pro As (III), zatímco optimální adsorpční stav pro AS (v) je dosažen za slabých kyselých podmínek, kde adsorpční kapacita může dosáhnout více než 110 mg/g za obou podmínek. Celkově může optimalizovaná syntéza nano ceria a jejích kompozitních materiálů dosáhnout vysoké rychlosti adsorpce a odstranění pro různé ionty těžkých kovů v širokém rozsahu pH.
On the other hand, cerium oxide based nanomaterials also have outstanding performance in adsorbing organics in wastewater, such as acid orange, rhodamine B, Congo red, etc. For example, in existing reported cases, nano ceria porous spheres prepared by electrochemical methods have high adsorption capacity in the removal of organic dyes, especially in the removal of Congo red, with an adsorption capacity of 942,7 mg/g za 60 minut.
2.2 Aplikace Nano Ceria v procesu pokročilé oxidace
Pro zlepšení stávajícího systému bezvodého léčby je navržen pokročilý oxidační proces (zkrátka AOPS). Pokročilý oxidační proces, známý také jako hluboká oxidační technologie, se vyznačuje produkcí hydroxylového radikálu (· OH), superoxidového radikálu (· O2 -), singletového kyslíku atd. Se silnou oxidační schopností. Podle reakčních podmínek vysoké teploty a tlaku, elektřiny, zvuku, ozáření světla, katalyzátoru atd. Podle různých způsobů generování volných radikálů a reakčních podmínek lze rozdělit na fotochemickou oxidaci, katalytická oxidace mokré mokré, oxidace sonochemie, oxidace ozonu, oxidace Fentonu atd.
Obrázek 2 Klasifikace a technologická kombinace pokročilého oxidačního procesu
Nano Ceriaje heterogenní katalyzátor běžně používaný v pokročilém oxidačním procesu. V důsledku rychlé přeměny mezi CE3+a CE4+a rychlým snižováním oxidace způsobeného absorpcí a uvolňováním kyslíku má Nano Ceria dobrou katalytickou schopnost. Při použití jako promotor katalyzátoru může také účinně zlepšit katalytickou schopnost a stabilitu. Když se jako katalyzátory používají nano Ceria a její kompozitní materiály, katalytické vlastnosti se velmi liší s morfologií, velikostí částic a exponovaných krystalových rovin, což jsou klíčové faktory ovlivňující jejich výkon a použití. Obecně se předpokládá, že čím menší jsou částice a čím větší je specifická povrchová plocha, tím odpovídající aktivní místo a tím silnější je katalytická schopnost. Katalytická schopnost exponovaného krystalového povrchu, od silného po slabé, je v řádu (100) krystalového povrchu> (110) krystalického povrchu> (111) krystalického povrchu a odpovídající stabilita je opačná.
Oxid ceru je polovodičový materiál. Když je oxid nanometru oxidován fotony s energií vyšší než mezera pásma, valenční pásové elektrony jsou vzrušeny a dochází k chování rekombinace přechodu. Toto chování bude podporovat konverzní rychlost CE3+a CE4+, což povede k silné fotokatalytické aktivitě nano ceria. Fotokatalýza může dosáhnout přímé degradace organické hmoty bez sekundárního znečištění, takže jeho aplikace je nejvyšší technologií v oblasti Nano Ceria v AOPS. V současné době je hlavním zaměřením na katalytickou degradaci azo barviv, fenolu, chlorbenzenu a farmaceutické odpadní vody pomocí katalyzátorů s různými morfologiemi a kompozitními kompozicemi. Podle zprávy může podle optimalizované metody syntézy katalyzátoru a podmínkách katalytického modelu degradační kapacita těchto látek obecně dosáhnout více než 80%a kapacita odstraňování celkového organického uhlíku (TOC) může dosáhnout více než 40%.
Další široce studovanou technologií je katalýza oxidu nanoriku pro degradaci organických znečišťujících látek, jako je ozon a peroxid vodíku. Podobně jako fotokatalýza se také zaměřuje na schopnost nano ceria s různými morfologiemi nebo křišťálovými roviny a různými kompozitními katalytickými oxidanty na bázi ceru pro oxidaci a degradaci organických znečišťujících látek. V takových reakcích mohou katalyzátory katalyzovat generování velkého počtu aktivních radikálů z peroxidu ozonu nebo vodíku, které útočí na organické znečišťující látky a dosahují účinnějších oxidačních degradačních schopností. Kvůli zavedení oxidantů v reakci je schopnost odstranit organické sloučeniny výrazně zvýšena. Ve většině reakcí může konečná rychlost odstranění cílové látky dosáhnout nebo přiblížit 100%a rychlost odstranění TOC je také vyšší.
V metodě elektrokatalytické pokročilé oxidace určují vlastnosti anodového materiálu s vysokým vývojem kyslíku nadměrný potenciál selektivity elektrokatalytické metody pokročilé oxidace pro zpracování organických znečišťujících látek. Katodový materiál je důležitým faktorem určujícím produkci H2O2 a produkce H2O2 určuje účinnost metody elektrokatalytické pokročilé oxidace pro léčbu organických znečišťujících látek. Studie modifikace elektrodového materiálu pomocí Nano Ceria věnovala širokou pozornost na domácí i mezinárodní úrovni. Vědci zavádějí hlavně oxid nano a jeho kompozitní materiály různými chemickými metodami k úpravě různých elektrodových materiálů, zlepšení jejich elektrochemické aktivity, a tím zvyšují elektrokatalytickou aktivitu a rychlost konečného odstranění.
Mikrovlnná trouba a ultrazvuk jsou často důležitými pomocnými opatřeními pro výše uvedené katalytické modely. Jako příklad, který využívá ultrazvukové pomoci, s použitím vibračních zvukových vln s frekvencemi vyššími než 25 kHz za sekundu, jsou generovány miliony extrémně malých bublin v roztoku formulovaném se speciálně navrženým čisticím prostředkem. Tyto malé bubliny během rychlé komprese a expanze neustále vytvářejí bublinovou implozi, což umožňuje, aby se materiály rychle vyměnily a rozptýlily na povrchu katalyzátoru, což často exponenciálně zlepšuje katalytickou účinnost.
3 Závěr
Nano Ceria a její kompozitní materiály mohou účinně léčit ionty a organické znečišťující látky ve vodě a mají důležitý aplikační potenciál v budoucích oblastech úpravy vody. Většina výzkumu je však stále v laboratorní fázi a za účelem dosažení rychlého použití při úpravě vody v budoucnosti je třeba naléhavě řešit následující problémy:
(1) Relativně vysoké náklady na přípravu nanoCEO2Materiály založené na založení zůstávají důležitým faktorem ve velké většině svých aplikací při úpravě vody, které jsou stále ve fázi laboratorního výzkumu. Zkoumání nízkonákladových, jednoduchých a efektivních metod přípravy, které mohou regulovat morfologii a velikost materiálů založených na generálním řediteli2, je stále zaměřena na výzkum.
(2) Vzhledem k malé velikosti částic materiálů založených na generálním řediteli na Nano2 jsou problémy recyklace a regenerace po použití také důležitými faktory omezující jejich použití. Složením z pryskyřičných materiálů nebo magnetických materiálů bude klíčovým směrem výzkumu pro její technologii přípravy materiálu a recyklace.
(3) Vývoj společného procesu mezi technologií materiálu pro úpravu vody založené na Nano2 a tradiční technologií čištění odpadních vod výrazně podporuje aplikaci materiálové technologie založené na Nano2 v oblasti úpravy vody.
(4) Stále existuje omezený výzkum toxicity materiálů založených na generálním řediteli na Nano2 a jejich environmentální chování a mechanismus toxicity v systémech úpravy vody dosud nebyly stanoveny. Skutečný proces čištění odpadních vod často zahrnuje koexistenci více znečišťujících látek a koexistující znečišťující látky budou vzájemně interagovat, čímž se změní povrchové vlastnosti a potenciální toxicitu nanomateriálů. Proto existuje naléhavá potřeba provádět další výzkum souvisejících aspektů.
Čas příspěvku: 22-2023