CEO2ist ein wichtiger Bestandteil von Seltenen erdmaterialien. DerSeltenerdelement Cerhat eine einzigartige äußere elektronische Struktur - 4F15D16S2. Die spezielle 4F -Schicht kann Elektronen effektiv speichern und freigeben, sodass sich Ceriumionen im+3 Valenzzustand und im+4 Valenzzustand verhalten. Daher haben CEO2 -Materialien mehr Sauerstofflöcher und können Sauerstoff speichern und freisetzen. Die gegenseitige Umwandlung von CE (III) und CE (IV) bietet auch CEO2-Materialien mit einzigartigen katalytischen Funktionen der Oxidationspflicht. Im Vergleich zu Massenmaterialien hat Nano CEO2 als neue Art von anorganischem Material aufgrund ihrer hohen spezifischen Oberfläche, der Ausdrucksfähigkeit und der Freisetzungsfähigkeit und der Fähigkeit zur Freisetzung, Sauerstoffionenleitfähigkeit, Redoxleistung und hoher Temperatur-Schnell-Sauerstoff-Leerstandendiffusionsfähigkeit weit verbreitete Aufmerksamkeit erhalten. Derzeit gibt es eine große Anzahl von Forschungsberichten und verwandten Anwendungen, die Nano CEO2 als Katalysatoren, Katalysatoren oder Additive, aktive Komponenten und Adsorbentien verwenden.
1. Vorbereitungsmethode des NanometersCeriumoxid
Derzeit umfassen die gemeinsamen Vorbereitungsmethoden für Nano -Ceria hauptsächlich chemische Methoden und physikalische Methoden. Nach verschiedenen chemischen Methoden können chemische Methoden in die Niederschlagsmethode, hydrothermale Methode, Solvothermalmethode, Sol -Gel -Methode, Mikroemulsionsmethode und Elektrodepositionsmethode unterteilt werden; Die physikalische Methode ist hauptsächlich die Schleifmethode.
1.1 Schleifmethode
Die Schleifmethode zur Vorbereitung von Nano -Ceria verwendet im Allgemeinen Sandschleifen, bei denen es sich um die Vorteile von geringen Kosten, Umweltfreundlichkeit, schneller Verarbeitungsgeschwindigkeit und starker Verarbeitungsfähigkeit handelt. Es ist derzeit die wichtigste Verarbeitungsmethode in der Nano Ceria -Branche. Beispielsweise nimmt die Herstellung von Nano-Ceriumoxid-Polierpulver im Allgemeinen eine Kombination aus Kalzinierung und Sandschleife an, und die Rohstoffe der Ceriumbasis-Denitrationskatalysatoren werden auch zur Vorbehandlung gemischt oder nach der Kalzinierung unter Verwendung von Sandschleifen behandelt. Durch die Verwendung verschiedener Partikelgrößensand -Schleifkügelchenverhältnisse kann durch Anpassung eine Nano -Ceria mit D50 von Zehn bis Hunderten von Nanometern erhalten werden.
1.2 Niederschlagsmethode
Die Niederschlagsmethode bezieht sich auf die Methode zur Herstellung von Festpulver durch Ausfällung, Trennung, Waschen, Trocknen und Kalzinierung von Rohstoffen, die in geeigneten Lösungsmitteln gelöst sind. Die Niederschlagsmethode wird häufig bei der Herstellung von Seltenerd und dotierten Nanomaterialien mit Vorteilen wie einfachem Vorbereitungsprozess, hoher Effizienz und niedrigen Kosten verwendet. Es ist eine häufig verwendete Methode zur Herstellung von Nano -Ceria und seinen Verbundwerkstoffen in der Industrie. Diese Methode kann Nano -Ceria mit unterschiedlicher Morphologie und Partikelgröße herstellen, indem die Niederschlagstemperatur, die Materialkonzentration, der pH -Wert, die Niederschlagsgeschwindigkeit, die Rührgeschwindigkeit, die Vorlage usw. geändert werden. Häufige Methoden beruhen auf der Niederschlagsgröße von Ceriumionen aus Ammoniak, die durch Abzweigung von Harnstoff erzeugt werden, und die Zubereitung von Nano -Ceria -Mikrosphären wird By -Citrat -Iationen kontrolliert. Alternativ können Ceriumionen durch OH - erzeugt aus der Hydrolyse von Natriumcitrat erzeugt und dann inkubiert und kalkiniert, um Flocken wie Nano -Ceria -Mikrokugeln herzustellen.
1,3 hydrothermale und solvothermale Methoden
Diese beiden Methoden beziehen sich auf die Methode zur Herstellung von Produkten durch Hochtemperatur- und Hochdruckreaktion bei kritischer Temperatur in einem geschlossenen System. Wenn das Reaktionslösungsmittel Wasser ist, wird es als hydrothermale Methode bezeichnet. Entsprechend wird es als Solvothermalmethode bezeichnet, wenn das Reaktionslösungsmittel ein organisches Lösungsmittel ist. Die synthetisierten Nanopartikel weisen eine hohe Reinheit, eine gute Dispersion und gleichmäßige Partikel auf, insbesondere die Nanopulver mit unterschiedlichen Morphologien oder exponierten speziellen Kristallflächen. Ceriumchlorid in destilliertem Wasser auflösen, rühren und Natriumhydroxidlösung hinzufügen. Reaktieren Sie hydrothermal bei 170 ° C für 12 Stunden, um Ceriumoxid -Nanoroden mit exponierten (111) und (110) Kristallebenen herzustellen. Durch Einstellen der Reaktionsbedingungen kann der Anteil der (110) Kristallebenen in den exponierten Kristallebenen erhöht werden, was ihre katalytische Aktivität weiter verbessert. Das Einstellen der Reaktionslösungsmittel- und Oberflächenliganden kann auch Nano -Ceria -Partikel mit spezieller Hydrophilie oder Lipophilie erzeugen. Zum Beispiel kann das Hinzufügen von Acetationen in die wässrige Phase monodisperse hydrophile Ceriumoxid -Nanopartikel in Wasser herstellen. Durch die Auswahl eines nicht-polaren Lösungsmittels und die Einführung von Ölsäure als Ligand während der Reaktion können monodisperse lipophile Ceria-Nanopartikel in nicht-polaren organischen Lösungsmitteln hergestellt werden. (Siehe Abbildung 1)
Abbildung 1 monodisperse sphärische Nano-Ceria und stäbige Nano-Ceria
1.4 Sol -Gel -Methode
Die Sol -Gel -Methode ist eine Methode, bei der einige oder mehrere Verbindungen als Vorläufer verwendet werden, chemische Reaktionen wie die Hydrolyse in der flüssigen Phase zur Bildung von SOL durchführt und dann nach dem Altern Gel bildet und schließlich DRYS und Kalkinen zur Herstellung von ultrafeinen Pulver herstellen. Diese Methode eignet sich besonders für die Herstellung von hochverteilten Mehrkomponenten-Nano-Ceria-Verbundnanomaterialien wie Ceriumeisen, Ceriumtitan, Ceriumzirkonium und anderen Verbund-Nano-Oxiden, die in vielen Berichten berichtet wurden.
1.5 andere Methoden
Zusätzlich zu den oben genannten Methoden gibt es auch eine Mikro-Lotion-Methode, die Mikrowellensynthesemethode, die Elektrodepositionsmethode, die Plasma-Flammen-Verbrennungsmethode, die Ionenaustausch-Membranelektrolyseverfahren und viele andere Methoden. Diese Methoden haben eine große Bedeutung für die Forschung und Anwendung von Nano -Ceria.
Anwendung von 2-Nanometer-Ceriumoxid in der Wasserbehandlung
Cerium ist das am häufigsten vorkommende Element unter Seltenerdelementen mit niedrigen Preisen und breiten Anwendungen. Nanometer -Ceria und seine Verbundwerkstoffe haben aufgrund ihrer hohen spezifischen Oberfläche, einer hohen katalytischen Aktivität und der hervorragenden strukturellen Stabilität auf dem Gebiet der Wasserbehandlung große Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
2.1 Anwendung vonNano -Ceriumoxidin der Wasseraufbereitung nach Adsorptionsmethode
In den letzten Jahren wurde mit der Entwicklung von Branchen wie der Elektronikindustrie eine große Menge an Abwasser, die Schadstoffe wie Schwermetallionen und Fluorionen enthält, entlassen. Selbst bei Spurenkonzentrationen kann es den Wasserorganismen und im menschlichen Lebensumfeld erheblich schaden. Zu den häufig verwendeten Methoden gehören Oxidation, Flotation, Umkehrosmose, Adsorption, Nanofiltration, Biosorption usw. Die Adsorptionstechnologie wird häufig aufgrund ihres einfachen Betriebs, seiner geringen Kosten und ihrer hohen Behandlungseffizienz angewendet. Nano CEO2 -Materialien haben eine hohe spezifische Oberfläche und eine hohe Oberflächenaktivität als Adsorbentien, und es wurden viele Berichte über die Synthese des porösen Nano -CEO2 und seiner Verbundmaterialien mit unterschiedlichen Morphologien zur Adsorbierung und Entfernung schädlicher Ionen aus Wasser enthält.
Untersuchungen haben gezeigt, dass Nano Ceria unter schwachen sauren Bedingungen eine starke Adsorptionskapazität für F - in Wasser aufweist. In einer Lösung mit einer anfänglichen Konzentration von F - von 100 mg/l und pH = 5-6 beträgt die Adsorptionskapazität für f - 23 mg/g und die Entfernungsrate von F - 85,6%. Nach dem Laden auf eine Polyacrylsäureharzkugel (Beladungsmenge: 0,25 g/g) kann die Entfernungsfähigkeit von F - bei der Behandlung eines gleichen Volumens von 100 mg/l F - wässriger Lösung über 99% erreichen. Bei der Verarbeitung des 120 -fachen des Volumens können mehr als 90% F - entfernt werden. Bei Verwendung von Phosphat und Iodat kann die Adsorptionskapazität unter dem entsprechenden optimalen Adsorptionszustand über 100 mg/g erreichen. Das verwendete Material kann nach einer einfachen Behandlung mit Desorption und Neutralisation wiederverwendet werden, was hohe wirtschaftliche Vorteile hat.
Es gibt viele Studien zur Adsorption und Behandlung von toxischen Schwermetallen wie Arsen, Chrom, Cadmium und Blei unter Verwendung von Nano -Ceria und seinen Verbundwerkstoffen. Der optimale AdsorptionspH -Wert variiert für Schwermetallionen mit unterschiedlichen Valenzzuständen. Beispielsweise hat der schwache alkalische Zustand mit neutraler Verzerrung den besten Adsorptionszustand für AS (III), während der optimale Adsorptionszustand für AS (V) unter schwachen sauren Bedingungen erreicht wird, bei denen die Adsorptionskapazität unter beiden Bedingungen über 110 mg/g erreichen kann. Insgesamt kann die optimierte Synthese von Nano -Ceria und seinen Verbundwerkstoffen über einen weiten pH -Bereich eine hohe Adsorptions- und Entfernungsraten für verschiedene Schwermetallionen erreichen.
Andererseits haben Nanomaterialien auf Ceriumoxidbasis auch eine hervorragende Leistung bei adsorbierenden organischen Störungen im Abwasser wie Säureorange, Rhodamin B, Kongo -Rot usw. In den vorhandenen Fällen haben Nano Ceria poröse Kugeln, die durch elektrochemische Methoden hergestellt werden, in der Entfernung von organischen Dingen, insbesondere in der Entfernung von Kongenerien, mit einer Adsorptionskapazität, insbesondere in der Entfernung von Kongenerien. Minuten.
2.2 Anwendung von Nano Ceria im fortgeschrittenen Oxidationsprozess
Der fortschrittliche Oxidationsprozess (kurz AOPS) wird vorgeschlagen, um das vorhandene wasserfreie Behandlungssystem zu verbessern. Der fortschrittliche Oxidationsprozess, auch als Deep -Oxidation -Technologie bezeichnet, ist durch die Produktion von Hydroxylradikal (· OH), Superoxidradikal (· O2 -), Singulettsauerstoff usw. gekennzeichnet. Unter den Reaktionsbedingungen mit hoher Temperatur und Druck, Elektrizität, Schall, Lichtbestrahlung, Katalysator usw. können sie nach den verschiedenen Arten der Erzeugung freier Radikale und Reaktionsbedingungen in photochemische Oxidation, katalytische Nassoxidation, Sonochemie -Oxidation, Ozonoxidation, elektrochemische Oxidation, Fenton -Oxidation usw. unterteilt werden.
Abbildung 2 Klassifizierung und technologische Kombination aus fortgeschrittenem Oxidationsprozess
Nano Ceriaist ein heterogener Katalysator, der üblicherweise im fortgeschrittenen Oxidationsprozess verwendet wird. Aufgrund der schnellen Umwandlung zwischen CE3+und CE4+und dem schnellen Oxidationsreduktionseffekt, das durch Sauerstoffabsorption und Freisetzung hervorgerufen wird, hat Nano Ceria eine gute katalytische Fähigkeit. Wenn es als Katalysator -Promotor verwendet wird, kann dies auch die katalytische Fähigkeiten und Stabilität effektiv verbessern. Wenn Nano -Ceria und seine Verbundmaterialien als Katalysatoren verwendet werden, variieren die katalytischen Eigenschaften stark von Morphologie, Partikelgröße und exponierten Kristallebenen, die Schlüsselfaktoren sind, die ihre Leistung und Anwendung beeinflussen. Es wird allgemein angenommen, dass je kleiner die Partikel und je größer die spezifische Oberfläche, desto entsprechenderen aktiven Zentrum und desto stärker die katalytische Fähigkeit. Die katalytische Fähigkeit der exponierten Kristalloberfläche von stark bis schwach ist in der Größenordnung von (100) Kristalloberfläche> (110) Kristalloberfläche> (111) Kristalloberfläche, und die entsprechende Stabilität ist entgegengesetzt.
Ceriumoxid ist ein Halbleitermaterial. Wenn Nanometer -Ceriumoxid durch Photonen mit einer höheren Energiespalt bestrahlt wird, werden die Valenzbandelektronen angeregt und das Übergangsrekombinationsverhalten erfolgt. Dieses Verhalten fördert die Umwandlungsrate von CE3+und CE4+, was zu einer starken photokatalytischen Aktivität von Nano -Ceria führt. Die Photokatalyse kann ohne sekundäre Verschmutzung einen direkten Abbau der organischen Substanz erreichen, daher ist seine Anwendung die am stärksten untersuchte Technologie auf dem Gebiet der Nano -Ceria in AOPS. Derzeit liegt das Hauptaugenmerk auf der katalytischen Abbaubehandlung von Azofarbstoffen, Phenol, Chlobenzol und pharmazeutischem Abwasser unter Verwendung von Katalysatoren mit unterschiedlichen Morphologien und Verbundzusammensetzungen. Laut dem Bericht kann die Abbaukapazität dieser Substanzen unter der optimierten Methode der Katalysatorsynthese und der katalytischen Modellbedingungen im Allgemeinen mehr als 80%erreichen, und die Entfernungskapazität von Gesamtkarbon (TOC) kann mehr als 40%erreichen.
Nano -Ceriumoxidkatalyse zum Abbau organischer Schadstoffe wie Ozon und Wasserstoffperoxid ist eine weitere weit verbreitete Technologie. Ähnlich wie die Photokatalyse konzentriert es sich auch auf die Fähigkeit von Nano -Ceria mit unterschiedlichen Morphologien oder Kristallebenen und unterschiedlichen katalytischen Oxidationsmitteln auf Ceriumbasis, um organische Schadstoffe zu oxidieren und abzubauen. Bei solchen Reaktionen können Katalysatoren die Erzeugung einer großen Anzahl von aktiven Radikalen aus Ozon oder Wasserstoffperoxid katalysieren, die organische Schadstoffe angreifen und effizientere oxidative Abbaufähigkeiten erreichen. Aufgrund der Einführung von Oxidationsmitteln in der Reaktion ist die Fähigkeit, organische Verbindungen zu entfernen, erheblich verbessert. Bei den meisten Reaktionen kann die endgültige Entfernungsrate der Zielsubstanz 100%erreichen oder sich nähern, und die TOC -Entfernungsrate ist ebenfalls höher.
Bei der elektrokatalytischen fortschrittlichen Oxidationsmethode bestimmen die Eigenschaften des Anodenmaterials mit hoher Sauerstoffentwicklung Überpotential die Selektivität der elektrokatalytischen fortgeschrittenen Oxidationsmethode zur Behandlung organischer Schadstoffe. Das Kathodenmaterial ist ein wichtiger Faktor, der die Produktion von H2O2 bestimmt, und die Produktion von H2O2 bestimmt die Effizienz der elektrokatalytischen fortgeschrittenen Oxidationsmethode zur Behandlung von organischen Schadstoffen. Die Untersuchung der Modifikation von Elektrodenmaterial unter Verwendung von Nano -Ceria wurde sowohl im Inland als auch international weit verbreitet. Forscher führen hauptsächlich Nano -Ceriumoxid und seine Verbundwerkstoffe durch verschiedene chemische Methoden ein, um verschiedene Elektrodenmaterialien zu modifizieren, ihre elektrochemische Aktivität zu verbessern und dadurch die elektrokatalytische Aktivität und die endgültige Entfernungsrate zu erhöhen.
Mikrowelle und Ultraschall sind häufig wichtige Hilfsmaßnahmen für die oben genannten katalytischen Modelle. Nehmen Sie als Beispiel Ultraschallunterstützung und unter Verwendung von Vibrationsschallwellen mit Frequenzen von mehr als 25 kHz pro Sekunde werden Millionen extrem kleiner Blasen in einer mit einem speziell entwickelten Reinigungsmittel erzeugt. Diese kleinen Blasen erzeugen während der schnellen Kompression und Ausdehnung ständig Blasenimplosion, sodass die Materialien die Katalysatoroberfläche schnell austauschen und diffundieren können, wodurch die katalytische Effizienz häufig exponentiell verbessert wird.
3 Schlussfolgerung
Nano Ceria und seine Verbundwerkstoffe können Ionen und organische Schadstoffe in Wasser effektiv behandeln und in zukünftigen Wasserbehandlungsfeldern ein wichtiges Anwendungspotenzial aufweisen. Die meisten Forschungen befinden sich jedoch noch im Laborstadium, und um künftig eine schnelle Anwendung in der Wasseraufbereitung zu erreichen, müssen die folgenden Probleme weiterhin dringend angesprochen werden:
(1) Die relativ hohen Vorbereitungskosten von NanoCEO2Basierte Materialien sind nach wie vor ein wichtiger Faktor für die überwiegende Mehrheit ihrer Anwendungen in der Wasseraufbereitung, die sich noch im Laborforschungsstadium befinden. Die Erforschung von kostengünstigen, einfachen und effektiven Vorbereitungsmethoden, die die Morphologie und Größe von Materialien auf Nano-CEO2-basierten Materialien regulieren können, ist immer noch ein Schwerpunkt der Forschung.
(2) Aufgrund der geringen Partikelgröße von Materialien auf Nano -CEO2 -Basis sind Recycling- und Regenerationsprobleme nach der Verwendung auch wichtige Faktoren, die ihre Anwendung einschränken. Das Zusammensetzen mit Harzmaterial oder magnetischen Materialien ist eine wichtige Forschungsrichtung für die Materialvorbereitung und Recycling -Technologie.
(3) Die Entwicklung eines gemeinsamen Verfahrens zwischen der basierten Material zur Wasseraufbereitungstechnologie von Nano CEO2 und der traditionellen Abwasserbehandlungstechnologie fördert die Anwendung der katalytischen Technologie der Nano CEO2 im Bereich der Wasseraufbereitung erheblich.
(4) Es gibt immer noch nur begrenzte Untersuchungen zur Toxizität von Materialien auf der basierten Nano -CEO2, und deren Umweltverhalten und Toxizitätsmechanismus in Wasseraufbereitungssystemen wurden noch nicht ermittelt. Das tatsächliche Abwasserbehandlungsprozess umfasst häufig die Koexistenz mehrerer Schadstoffe, und die koexistierenden Schadstoffe werden miteinander interagieren und so die Oberflächeneigenschaften und die mögliche Toxizität von Nanomaterialien verändern. Daher besteht dringend erforderlich, mehr Forschung zu verwandten Aspekten durchzuführen.
Postzeit: Mai-22-2023