CEO2yn rhan bwysig o ddeunyddiau daear prin. Yelfen ddaear brin ngheriwmMae ganddo strwythur electronig allanol unigryw - 4F15D16S2. Gall ei haen 4F arbennig storio a rhyddhau electronau i bob pwrpas, gan wneud i ïonau cerium ymddwyn yn y wladwriaeth falens+3 a+4 cyflwr falens. Felly, mae gan ddeunyddiau CEO2 fwy o dyllau ocsigen, ac mae ganddynt allu rhagorol i storio a rhyddhau ocsigen. Mae trosi cydfuddiannol CE (III) a CE (IV) hefyd yn gorffen deunyddiau CEO2 gyda galluoedd catalytig lleihau ocsidiad unigryw. O'i gymharu â deunyddiau swmp, mae Nano CEO2, fel math newydd o ddeunydd anorganig, wedi cael sylw eang oherwydd ei arwynebedd penodol uchel, gallu storio ocsigen rhagorol a gallu rhyddhau, dargludedd ïon ocsigen, perfformiad rhydocs, a gallu ymlediad gwag ocsigen cyflym tymheredd uchel. Ar hyn o bryd mae nifer fawr o adroddiadau ymchwil a chymwysiadau cysylltiedig sy'n defnyddio Nano CEO2 fel catalyddion, cludwyr catalydd neu ychwanegion, cydrannau gweithredol, ac adsorbents.
1. Dull paratoi nanomedrcerium ocsid
Ar hyn o bryd, mae'r dulliau paratoi cyffredin ar gyfer Nano ceria yn bennaf yn cynnwys dull cemegol a dull corfforol. Yn ôl gwahanol ddulliau cemegol, gellir rhannu dulliau cemegol yn ddull dyodiad, dull hydrothermol, dull solvothermol, dull gel sol, dull microemwlsiwn a dull electrodeposition; Y dull corfforol yn bennaf yw'r dull malu.
1.1 Dull Malu
Yn gyffredinol, mae'r dull malu ar gyfer paratoi Nano Ceria yn defnyddio malu tywod, sydd â manteision cost isel, cyfeillgarwch amgylcheddol, cyflymder prosesu cyflym, a gallu prosesu cryf. Ar hyn o bryd dyma'r dull prosesu pwysicaf yn niwydiant Nano Ceria. Er enghraifft, mae paratoi powdr caboli nano cerium ocsid yn gyffredinol yn mabwysiadu cyfuniad o galchiad a malu tywod, ac mae deunyddiau crai catalyddion gwadu cerium hefyd yn gymysg ar gyfer cyn-driniaeth neu eu trin ar ôl calchynnu gan ddefnyddio malu tywod. Trwy ddefnyddio gwahanol gymarebau gleiniau malu tywod maint gronynnau, gellir cael Nano Ceria gyda D50 yn amrywio o ddegau i gannoedd o nanometrau trwy addasu.
1.2 Dull dyodiad
Mae'r dull dyodiad yn cyfeirio at y dull o baratoi powdr solet trwy wlybaniaeth, gwahanu, golchi, sychu a chalchu deunyddiau crai a hydoddwyd mewn toddyddion priodol. Defnyddir y dull dyodiad yn helaeth wrth baratoi nanoddefnyddiau prin y ddaear a dop, gyda manteision fel proses baratoi syml, effeithlonrwydd uchel, a chost isel. Mae'n ddull a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer paratoi Nano ceria a'i ddeunyddiau cyfansawdd mewn diwydiant. Gall y dull hwn baratoi nano ceria gyda gwahanol forffoleg a maint gronynnau trwy newid tymheredd y dyodiad, crynodiad deunydd, gwerth pH, cyflymder dyodiad, cyflymder troi, templed, ac ati. Mae dulliau cyffredin yn dibynnu ar wlybaniaeth ïonau cerium o amonia a gynhyrchir gan ddadelfennu wrea, a pharatoi rheolaeth nano ceria microspheres nano ceria microspered yn rheoli microsffer nano ceria. Fel arall, gall ïonau cerium gael eu gwaddodi gan OH - a gynhyrchir o hydrolysis sodiwm sitrad, ac yna eu deori a'u cyfrifo i baratoi naddion fel microspheres nano ceria.
1.3 Dulliau hydrothermol a solvothermol
Mae'r ddau ddull hyn yn cyfeirio at y dull o baratoi cynhyrchion trwy adwaith tymheredd uchel a gwasgedd uchel ar dymheredd critigol mewn system gaeedig. Pan fydd y toddydd adwaith yn ddŵr, fe'i gelwir yn ddull hydrothermol. Yn gyfatebol, pan fydd y toddydd adwaith yn doddydd organig, fe'i gelwir yn ddull solvothermol. Mae gan y gronynnau nano syntheseiddiedig ronynnau purdeb uchel, gwasgariad da a unffurf, yn enwedig y powdrau nano gyda gwahanol forffolegau neu wynebau grisial arbennig agored. Toddwch cerium clorid mewn dŵr distyll, ei droi ac ychwanegu toddiant sodiwm hydrocsid. Adweithio hydrothermol ar 170 ℃ am 12 awr i baratoi nanorodau cerium ocsid gydag awyrennau crisial agored (111) a (110). Trwy addasu'r amodau adweithio, gellir cynyddu cyfran yr awyrennau crisial (110) yn yr awyrennau grisial agored, gan wella ymhellach eu gweithgaredd catalytig. Gall addasu'r toddydd adwaith a ligandau arwyneb hefyd gynhyrchu gronynnau nano ceria â hydroffiligrwydd arbennig neu lipoffiligrwydd. Er enghraifft, gall ychwanegu ïonau asetad i'r cyfnod dyfrllyd baratoi nanoronynnau cerium ocsid hydroffilig monodisperse mewn dŵr. Trwy ddewis toddydd nad yw'n begynol a chyflwyno asid oleic fel ligand yn ystod yr adwaith, gellir paratoi nanopartynnau ceria lipoffilig monodisperse mewn toddyddion organig nad ydynt yn begynol. (Gweler Ffigur 1)
Ffigur 1 monodisperse sfferig nano ceria a ceria nano siâp gwialen
1.4 Dull gel sol
Mae'r dull gel SOL yn ddull sy'n defnyddio rhai neu sawl cyfansoddyn fel rhagflaenwyr, yn cynnal adweithiau cemegol fel hydrolysis yn y cyfnod hylif i ffurfio SOL, ac yna'n ffurfio gel ar ôl heneiddio, ac yn olaf yn sychu ac yn calcinau i baratoi powdrau ultrafine. Mae'r dull hwn yn arbennig o addas ar gyfer paratoi nanomaterials cyfansawdd Nano Ceria aml-gydran hynod wasgaredig, megis haearn cerium, titaniwm cerium, cerium zirconium ac ocsidau nano cyfansawdd eraill, yr adroddwyd arnynt mewn llawer o adroddiadau.
1.5 Dulliau Eraill
Yn ychwanegol at y dulliau uchod, mae yna hefyd ddull eli micro, dull synthesis microdon, dull electrodeposition, dull hylosgi fflam plasma, dull electrolysis pilen cyfnewid ïon a llawer o ddulliau eraill. Mae gan y dulliau hyn arwyddocâd mawr ar gyfer ymchwil a chymhwyso Nano ceria.
Cymhwyso cerium ocsid 2-nanomedr mewn trin dŵr
Cerium yw'r elfen fwyaf niferus ymhlith elfennau daear prin, gyda phrisiau isel a chymwysiadau eang. Mae ceria nanomedr a'i gyfansoddion wedi denu llawer o sylw ym maes trin dŵr oherwydd eu harwynebedd penodol uchel, gweithgaredd catalytig uchel a sefydlogrwydd strwythurol rhagorol.
2.1 CymhwysoNano cerium ocsidmewn trin dŵr trwy ddull arsugniad
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gyda datblygiad diwydiannau fel y diwydiant electroneg, mae llawer iawn o ddŵr gwastraff sy'n cynnwys llygryddion fel ïonau metel trwm ac ïonau fflworin wedi'i ryddhau. Hyd yn oed mewn crynodiadau olrhain, gall achosi niwed sylweddol i organebau dyfrol a'r amgylchedd byw dynol. Mae dulliau a ddefnyddir yn gyffredin yn cynnwys ocsideiddio, arnofio, osmosis gwrthdroi, arsugniad, nanofiltration, biosorption, ac ati yn eu plith, mae technoleg arsugniad yn aml yn cael ei mabwysiadu oherwydd ei weithrediad syml, ei gost isel, ac effeithlonrwydd triniaeth uchel. Mae gan ddeunyddiau Nano CEO2 arwynebedd penodol uchel a gweithgaredd arwyneb uchel fel adsorbents, a bu llawer o adroddiadau ar synthesis CEO2 nano hydraidd a'i ddeunyddiau cyfansawdd gyda gwahanol forffolegau i adsorbio a thynnu ïonau niweidiol o ddŵr.
Mae ymchwil wedi dangos bod gan Nano Ceria allu arsugniad cryf ar gyfer F - mewn dŵr o dan amodau asidig gwan. Mewn toddiant gyda chrynodiad cychwynnol o F - o 100mg/L a pH = 5-6, y gallu arsugniad ar gyfer F - yw 23mg/g, a chyfradd symud F - yw 85.6%. Ar ôl ei lwytho ar bêl resin asid polyacrylig (swm llwytho: 0.25g/g), gall gallu tynnu F - gyrraedd dros 99% wrth drin cyfaint cyfartal o 100mg/L o hydoddiant dyfrllyd F; Wrth brosesu 120 gwaith y gyfrol, gellir tynnu mwy na 90% o F -. Pan gaiff ei ddefnyddio i adsorbio ffosffad ac ïodad, gall y gallu arsugniad gyrraedd dros 100mg/g o dan y wladwriaeth arsugniad gorau posibl gyfatebol. Gellir ailddefnyddio'r deunydd a ddefnyddir ar ôl triniaeth desorption a niwtraleiddio syml, sydd â buddion economaidd uchel.
Mae yna lawer o astudiaethau ar arsugniad a thrin metelau trwm gwenwynig fel arsenig, cromiwm, cadmiwm, a phlwm gan ddefnyddio Nano ceria a'i ddeunyddiau cyfansawdd. Mae'r pH arsugniad gorau posibl yn amrywio ar gyfer ïonau metel trwm gyda gwahanol daleithiau falens. Er enghraifft, y cyflwr alcalïaidd gwan sydd â thuedd niwtral sydd â'r wladwriaeth arsugniad orau ar gyfer AS (III), tra bod y wladwriaeth arsugniad orau ar gyfer (V) yn cael ei chyflawni o dan amodau asidig gwan, lle gall y gallu arsugniad gyrraedd dros 110mg/g o dan y ddau gyflwr. At ei gilydd, gall synthesis optimized Nano ceria a'i ddeunyddiau cyfansawdd gyflawni cyfraddau arsugniad a thynnu uchel ar gyfer ïonau metel trwm amrywiol dros ystod pH eang.
Ar y llaw arall, mae gan nanomaterials cerium ocsid hefyd berfformiad rhagorol wrth adsorbio organig mewn dŵr gwastraff, megis oren asid, rhodamin B, coch Congo, ac ati. Er enghraifft, mewn achosion yr adroddir amdanynt, mae cylchoedd hydraidd nano ceria wedi'u paratoi Capasiti arsugniad o 942.7mg/g mewn 60 munud.
2.2 Cymhwyso Nano Ceria yn y broses ocsideiddio uwch
Cynigir y broses ocsideiddio uwch (AOPS yn fyr) i wella'r system driniaeth anhydrus bresennol. Nodweddir y broses ocsideiddio uwch, a elwir hefyd yn dechnoleg ocsideiddio dwfn, gan gynhyrchu radical hydrocsyl (· OH), superoxide radical (· O2 -), ocsigen sengl, ac ati gyda gallu ocsideiddio cryf. O dan amodau adweithio tymheredd a gwasgedd uchel, trydan, sain, arbelydru ysgafn, catalydd, ac ati. Yn ôl y gwahanol ffyrdd o gynhyrchu radicalau rhydd ac amodau adweithio, gellir eu rhannu'n ocsidiad ffotocemegol, ocsidiad gwlyb catalytig, ocsidiad sonocemeg, ocsidiad osôn, ocsidiad 2).
Ffigur 2 Cyfuniad dosbarthu a thechnoleg o'r broses ocsideiddio uwch
Nano Ceriayn gatalydd heterogenaidd a ddefnyddir yn gyffredin yn y broses ocsideiddio uwch. Oherwydd y trawsnewidiad cyflym rhwng CE3+a CE4+a'r effaith lleihau ocsidiad cyflym a ddaw yn sgil amsugno a rhyddhau ocsigen, mae gan Nano ceria allu catalytig da. Pan gaiff ei ddefnyddio fel hyrwyddwr catalydd, gall hefyd wella gallu a sefydlogrwydd catalytig yn effeithiol. Pan ddefnyddir Nano ceria a'i ddeunyddiau cyfansawdd fel catalyddion, mae'r priodweddau catalytig yn amrywio'n fawr gyda'r morffoleg, maint gronynnau, ac awyrennau crisial agored, sy'n ffactorau allweddol sy'n effeithio ar eu perfformiad a'u cymhwysiad. Credir yn gyffredinol mai'r lleiaf yw'r gronynnau a'r mwyaf yw'r arwynebedd penodol, y safle actif mwy cyfatebol, a'r cryfaf yw'r gallu catalytig. Mae gallu catalytig yr arwyneb grisial agored, o gryf i wan, yn nhrefn (100) arwyneb grisial> (110) arwyneb grisial> (111) arwyneb grisial, ac mae'r sefydlogrwydd cyfatebol gyferbyn.
Mae cerium ocsid yn ddeunydd lled -ddargludyddion. Pan fydd ffotonau ag egni yn uwch na'r bwlch band, mae electronau'r band falens yn gyffrous yn y band faledd, ac mae'r ymddygiad ailgyfuno trosglwyddo yn digwydd. Bydd yr ymddygiad hwn yn hyrwyddo cyfradd trosi CE3+a CE4+, gan arwain at weithgaredd ffotocatalytig cryf Nano ceria. Gall ffotocatalysis ddiraddio deunydd organig yn uniongyrchol heb lygredd eilaidd, felly ei gymhwysiad yw'r dechnoleg a astudiwyd fwyaf ym maes Nano Ceria yn AOPS. Ar hyn o bryd, mae'r prif ffocws ar driniaeth diraddio catalytig llifynnau azo, ffenol, clorobenzene, a dŵr gwastraff fferyllol gan ddefnyddio catalyddion gyda gwahanol forffolegau a chyfansoddiadau cyfansawdd. Yn ôl yr adroddiad, o dan y dull synthesis catalydd optimized ac amodau model catalytig, yn gyffredinol gall gallu diraddio’r sylweddau hyn gyrraedd mwy nag 80%, a gall capasiti tynnu cyfanswm carbon organig (TOC) gyrraedd mwy na 40%.
Mae catalysis nano cerium ocsid ar gyfer diraddio llygryddion organig fel osôn a hydrogen perocsid yn dechnoleg arall a astudiwyd yn eang. Yn debyg i ffotocatalysis, mae hefyd yn canolbwyntio ar allu Nano ceria gyda gwahanol forffolegau neu awyrennau crisial a gwahanol ocsidyddion catalytig cyfansawdd ceriwm i ocsideiddio a diraddio llygryddion organig. Mewn ymatebion o'r fath, gall catalyddion gataleiddio cynhyrchu nifer fawr o radicalau gweithredol o osôn neu hydrogen perocsid, sy'n ymosod ar lygryddion organig ac yn cyflawni galluoedd diraddio ocsideiddiol mwy effeithlon. Oherwydd cyflwyno ocsidyddion yn yr adwaith, mae'r gallu i gael gwared ar gyfansoddion organig yn cael ei wella'n fawr. Yn y mwyafrif o ymatebion, gall cyfradd symud terfynol y sylwedd targed gyrraedd neu agosáu at 100%, ac mae'r gyfradd tynnu TOC hefyd yn uwch.
Yn y dull ocsideiddio datblygedig electrocatalytig, mae priodweddau'r deunydd anod ag esblygiad ocsigen uchel yn gorbotensial yn pennu detholusrwydd y dull ocsideiddio datblygedig electrocatalytig ar gyfer trin llygryddion organig. Mae'r deunydd catod yn ffactor pwysig sy'n pennu cynhyrchu H2O2, ac mae cynhyrchu H2O2 yn pennu effeithlonrwydd y dull ocsideiddio datblygedig electrocatalytig ar gyfer trin llygryddion organig. Mae'r astudiaeth o addasu deunydd electrod gan ddefnyddio Nano ceria wedi cael sylw eang yn ddomestig ac yn rhyngwladol. Mae ymchwilwyr yn cyflwyno nano cerium ocsid yn bennaf a'i ddeunyddiau cyfansawdd trwy wahanol ddulliau cemegol i addasu gwahanol ddeunyddiau electrod, gwella eu gweithgaredd electrocemegol, a thrwy hynny gynyddu gweithgaredd electrocatalytig a'r gyfradd symud derfynol.
Mae microdon ac uwchsain yn aml yn fesurau ategol pwysig ar gyfer y modelau catalytig uchod. Gan gymryd cymorth ultrasonic fel enghraifft, gan ddefnyddio tonnau sain dirgryniad gydag amleddau uwch na 25kHz yr eiliad, cynhyrchir miliynau o swigod bach iawn mewn toddiant sydd wedi'i lunio gydag asiant glanhau a ddyluniwyd yn arbennig. Mae'r swigod bach hyn, yn ystod cywasgiad ac ehangu cyflym, yn cynhyrchu ffrwydrad swigen yn gyson, gan ganiatáu i ddeunyddiau gyfnewid a gwasgaru'n gyflym ar wyneb y catalydd, gan wella effeithlonrwydd catalytig yn aml yn esbonyddol.
3 Casgliad
Gall Nano Ceria a'i ddeunyddiau cyfansawdd drin ïonau a llygryddion organig mewn dŵr yn effeithiol, a bod â photensial cymhwyso pwysig mewn meysydd trin dŵr yn y dyfodol. Fodd bynnag, mae'r rhan fwyaf o ymchwil yn dal i fod yn y cam labordy, ac er mwyn sicrhau cymhwysiad cyflym mewn trin dŵr yn y dyfodol, mae angen mynd i'r afael â'r materion canlynol ar frys o hyd:
(1) Cost paratoi cymharol uchel nanoCEO2Mae deunyddiau wedi'u seilio yn parhau i fod yn ffactor pwysig yn y mwyafrif helaeth o'u cymwysiadau mewn trin dŵr, sy'n dal i fod yn y cam ymchwil labordy. Mae archwilio dulliau paratoi cost isel, syml ac effeithiol a all reoleiddio morffoleg a maint deunyddiau Nano CEO2 yn dal i fod yn ganolbwynt i ymchwil.
(2) Oherwydd maint gronynnau bach deunyddiau Nano CEO2, mae'r materion ailgylchu ac adfywio ar ôl eu defnyddio hefyd yn ffactorau pwysig sy'n cyfyngu ar eu cymhwysiad. Bydd y cyfansawdd ohono â deunyddiau resin neu ddeunyddiau magnetig yn gyfeiriad ymchwil allweddol ar gyfer ei dechnoleg paratoi ac ailgylchu deunydd.
(3) Bydd datblygu proses ar y cyd rhwng technoleg trin dŵr deunydd wedi'i seilio ar Nano CEO2 a thechnoleg trin carthffosiaeth draddodiadol yn hyrwyddo cymhwysiad technoleg catalytig deunydd wedi'i seilio ar Nano CEO2 yn fawr ym maes trin dŵr.
(4) Mae ymchwil gyfyngedig o hyd ar wenwyndra deunyddiau Nano CEO2, ac nid yw eu hymddygiad amgylcheddol a'u mecanwaith gwenwyndra mewn systemau trin dŵr wedi'u pennu eto. Mae'r broses trin carthffosiaeth wirioneddol yn aml yn cynnwys cydfodoli llygryddion lluosog, a bydd y llygryddion sy'n cydfodoli yn rhyngweithio â'i gilydd, a thrwy hynny newid nodweddion arwyneb a gwenwyndra posibl nanoddefnyddiau. Felly, mae angen brys i gynnal mwy o ymchwil ar agweddau cysylltiedig.
Amser Post: Mai-22-2023