Tegevjuht2on haruldaste muldmetallide oluline komponent. Selleharuldaste muldmetallide element tseeriumSellel on ainulaadne välimine elektrooniline struktuur - 4F15D16S2. Selle spetsiaalne 4F -kiht saab tõhusalt säilitada ja vabastada elektronid, muutes tseeriumioonid käituma+3 valentsi olekus ja+4 valentsuse olekus. Seetõttu on tegevjuhi materjalidel rohkem hapnikuauke ja neil on suurepärane võime hapnikku salvestada ja vabastada. CE (III) ja CE (IV) vastastikune muundamine annab ka unikaalse oksüdatsiooni-redutseerimise katalüütiliste võimalustega tegevjuhi materjale. Võrreldes puistematerjalidega on Nano Ceo2 uut tüüpi anorgaaniliste materjalidena pälvinud laialt levinud tähelepanu oma kõrge spetsiifilise pindala, suurepärase hapniku ladustamise ja vabanemisvõime, hapnikuioonide juhtivuse, redoks jõudluse ja kõrge temperatuuriga kiire hapniku vaba töö difusioonivõime tõttu. Praegu on palju uuringuaruandeid ja nendega seotud rakendusi, mis kasutavad NANO CeO2 katalüsaatorite, katalüsaatori kandjate või lisandite, aktiivsete komponentide ja adsorbentidena.
1. nanomeetri ettevalmistamise meetodtseeriumoksiid
Praegu hõlmavad nanoseeria ühised ettevalmistusmeetodid peamiselt keemilist meetodit ja füüsilist meetodit. Erinevate keemiliste meetodite kohaselt saab keemilisi meetodeid jagada sademete meetodiks, hüdrotermilise meetodi, solvotermilise meetodi, SOL -geeli meetodi, mikroemulsioonimeetodi ja elektripositsioonimeetodiks; Füüsiline meetod on peamiselt lihvimismeetod.
1.1 Jahvatusmeetod
Nano -seeria valmistamiseks kasutatav lihvimismeetod kasutab üldiselt liiva lihvimist, millel on odavate, keskkonnasõbralikkuse, kiire töötlemiskiiruse ja tugeva töötlemisvõime eelised. Praegu on see Nano Ceria tööstuses kõige olulisem töötlemismeetod. Näiteks võtab nano-tseeriumoksiidi poleerimispulbri ettevalmistamine üldiselt kaltsineerimise ja liiva lihvimise kombinatsiooni ning tseeriumipõhiste denitreerimiskatalüsaatorite toorained segatakse ka töötlemiseks või töödeldakse pärast kaltsineerimist liiva jahvatamise abil. Kasutades erinevaid osakeste suurusega liiva lihvimishelmeste suhteid, saab Nano Ceria, mille D50 ulatub kümnetest kuni sadade nanomeetriteni.
1.2 Sademete meetod
Sademete meetod viitab tahke pulbri valmistamise meetodile sademete, eraldamise, pesemise, kuivatamise ja kaltsineerimise teel sobivates lahustites lahustatud toorainete abil. Sademete meetodit kasutatakse laialdaselt haruldaste muldmetallide ja legeeritud nanomaterjalide valmistamisel, selliste eelistega nagu lihtne ettevalmistusprotsess, kõrge efektiivsus ja odavad kulud. See on tavaliselt kasutatav meetod Nano Ceria ja selle komposiitmaterjalide valmistamiseks tööstuses. See meetod saab ette valmistada nanoseeria erineva morfoloogia ja osakeste suurusega, muutes sademete temperatuuri, materjali kontsentratsiooni, pH väärtust, sademete kiirust, segamiskiirust, malli jne. Ühised meetodid tuginevad karbamiidide lagunemise teel tekkivate ammoniaagi sadestumisele ja nanoseeria mikrofääride kontrollitud ioonide valmistamisele. Teise võimalusena saab tseeriumiioone sadestada naatriumtsitraadi hüdrolüüsist genereeritud OH -ga ning seejärel inkubeerida ja kaltsineerida, et valmistada helbeid nagu nano ceria mikrosfäärid.
1.3 Hüdrotermilised ja solvotermilised meetodid
Need kaks meetodit viitavad toodete valmistamise meetodile kõrge temperatuuri ja kõrgsurvereaktsiooni abil kriitilisel temperatuuril suletud süsteemis. Kui reaktsioonilahusti on vesi, nimetatakse seda hüdrotermiliseks meetodiks. Vastavalt, kui reaktsioonilahusti on orgaaniline lahusti, nimetatakse seda solvotermiliseks meetodiks. Sünteesitud nanoosakestel on kõrge puhtus, hea dispersioon ja ühtlased osakesed, eriti erinevate morfoloogiate või paljastatud spetsiaalsete kristallpindadega nanopulbrid. Lahustage tseeriumkloriid destilleeritud vees, segage ja lisage naatriumhüdroksiidi lahust. React hüdrotermiline temperatuuril 170 ℃ 12 tundi, et valmistada tseeriumoksiidi nanorood, millel on paljastatud (111) ja (110) kristalltasapind. Reaktsioonitingimuste kohandamisega saab (110) kristalltasapindade osakaalu paljastatud kristalltasapindades suurendada, suurendades veelgi nende katalüütilist aktiivsust. Reaktsioonilahusti ja pinna ligandide reguleerimine võib toota ka spetsiaalse hüdrofiilsuse või lipofiilsusega nanoseeria osakesi. Näiteks võib vesifaasi atsetaadiioonide lisamine valmistada vees monodispersse hüdrofiilse tseeriumoksiidi nanoosakeste. Valides reaktsiooni ajal mittepolaarse lahusti ja sisestades ligandina oleiinhapet, saab monodispersse lipofiilseid nanoosakesi valmistada mittepolaarsetes orgaanilistes lahustites. (Vt joonis 1)
Joonis 1 Monodisperse sfääriline nano ceria ja vardakujuline nano-ceria
1.4 SOL -geeli meetod
SOL -geeli meetod on meetod, mis kasutab lähteainetena mõnda või mitut ühendit, viib SOL -i moodustamiseks läbi keemilisi reaktsioone nagu hüdrolüüs vedelas, ja moodustab seejärel vananemist geeli ning kuivendab ja kaltsineid lõpuks ultrafinepulbrite valmistamiseks. See meetod sobib eriti hästi hajutatud mitmekomponendiliste nano-ceria komposiit nanomaterjalide, näiteks tseeriumraua, cerium titaani, tseeriumi tsirkooniumi ja muude komposiit nanooksiidide valmistamiseks, millest on teatatud paljudes teadetes.
1,5 Muud meetodid
Lisaks ülaltoodud meetoditele on olemas ka mikrokreemi meetod, mikrolainete süntees meetod, elektride sapositamise meetod, plasma leegi põlemise meetod, ioonivahetusmembraani elektrolüüsimeetod ja paljud muud meetodid. Nendel meetoditel on Nano Ceria uurimisel ja rakendamisel suur tähtsus.
2-nanomeetrilise tseeriumoksiidi pealekandmine vee töötlemisel
Cerium on haruldaste muldmetallide elementide seas kõige rikkalikum element, madalate hindade ja laiade rakendustega. Nanomeeter Ceria ja selle komposiidid on veepuhastuse valdkonnas palju tähelepanu pööranud nende kõrge spetsiifilise pindala, kõrge katalüütilise aktiivsuse ja suurepärase struktuurilise stabiilsuse tõttu.
2.1 TaotlusNano tseeriumoksiidveetöötlemisel adsorptsioonimeetodi abil
Viimastel aastatel on selliste tööstusharude nagu elektroonikatööstuse väljatöötamine suures koguses reovett, mis sisaldavad saasteaineid, näiteks raskemetalli ioone ja fluoriioone. Isegi jäljekontsentratsioonide korral võib see põhjustada olulist kahju veeorganismidele ja inimlikule elukeskkonnale. Tavaliselt kasutatavate meetodite hulka kuuluvad oksüdeerimine, flotatsioon, pöördosmoos, adsorptsioon, nanofiltratsioon, biosorptsioon jne jne. Nende hulgas võetakse adsorptsioonitehnoloogia sageli selle lihtsa toimimise, odavate kulude ja kõrge töötlemise tõhususe tõttu. Nano Ceo2 materjalidel on adsorbentidena kõrge spetsiifiline pindala ja kõrge pinna aktiivsus ning poorse nano tegevjuhi ja selle komposiitmaterjalide sünteesi kohta on palju teateid erinevate morfoloogiatega adsorbiks ja eemaldage kahjulikud ioonid veest.
Teadusuuringud on näidanud, et Nano Cerial on F -F - vees nõrkade happeliste tingimuste korral tugev adsorptsioonivõime. Lahuses, mille algkontsentratsioon on F - 100 mg/l ja pH = 5-6, on F - adsorptsioonivõime F - on 23 mg/g ja F - F - eemaldamise kiirus on 85,6%. Pärast selle laadimist polüakrüülhappe vaigupallile (laadimiskogus: 0,25 g/g) võib F - eemaldamisvõime ulatuda üle 99% -ni, kui töödeldakse võrdse mahuga 100 mg/l f - vesilahust; 120 -kordse mahu töötlemisel saab eemaldada üle 90% F -st. Kui seda kasutatakse fosfaadi ja jooda adsorbeerimiseks, võib adsorptsioonivõime ulatuda vastava optimaalse adsorptsiooni olekusse üle 100 mg/g. Kasutatud materjali saab uuesti kasutada pärast lihtsat desorptsiooni ja neutraliseerimist, millel on kõrge majanduslik kasu.
Nano -ceria ja selle komposiitmaterjalide abil on palju uuringuid toksiliste raskemetallide, näiteks arseeni, kroomi, kaadmiumi ja plii adsorptsiooni ja ravi kohta. Optimaalne adsorptsiooni pH varieerub erineva valentse olekuga raskemetallide ioonide puhul. Näiteks neutraalse eelarvamusega nõrgal aluselisel tingimusel on parim adsorptsiooniseisund AS (III) jaoks, samas kui AS (V) optimaalne adsorptsiooniseisund saavutatakse nõrkade happeliste tingimuste korral, kus adsorptsioonivõime võib mõlemal tingimusel ulatuda üle 110 mg/g. Üldiselt võib Nano Ceria ja selle komposiitmaterjalide optimeeritud süntees saavutada erinevate raskemetallide ioonide kõrge adsorptsiooni ja eemaldamise kiiruse laias pH -vahemikus.
Teisest küljest on tseeriumoksiidil põhinevatel nanomaterjalidel silmapaistvaid jõudlust ka reovee adsorbeeruvate orgaaniliste ainete puhul, näiteks happeline oranž, rodamiin B, Kongo Red jne. Näiteks olemasolevatel juhtudel on elektrokeemiliste meetoditega valmistatud nano -seeria poorsed sfäärid nano -ceria poorsed sfäärid 94 -ga. 60 minutit.
2.2 NANO CERIA rakendamine täiustatud oksüdatsiooniprotsessis
Olemasoleva veevaba töötlemissüsteemi parandamiseks pakutakse välja täiustatud oksüdatsiooniprotsess (lühidalt). Täiustatud oksüdatsiooniprotsessi, mida tuntakse ka kui sügavat oksüdatsiooni tehnoloogiat, iseloomustab hüdroksüülradikaalide (· OH), superoksiidi radikaali (· O2 -), singleti hapniku jms tootmine koos tugeva oksüdeerumisvõimega. Kõrge temperatuuri ja rõhu, elektri, heli, kerge kiiritamise, katalüsaatori jms reaktsioonitingimustes võib vabade radikaalide ja reaktsioonitingimuste genereerimise erinevate viiside kohaselt jagada need fotokeemiliseks oksüdatsiooniks, katalüütiliseks märg oksüdatsiooniks, sonokeemia oksüdatsiooni, osooni oksüdatsiooni, elektrokeemilise oksüdatsiooni, fentoni oksüdatsiooni jne.
Joonis 2 Klassifikatsioon ja tehnoloogia kombinatsioon täiustatud oksüdatsiooniprotsessist
Nano ceriaon heterogeenne katalüsaator, mida tavaliselt kasutatakse täiustatud oksüdatsiooniprotsessis. CE3+ja CE4+vahelise kiire muundamise ning hapniku imendumise ja vabanemise põhjustatud kiire oksüdatsiooni-redutseerimise efekti tõttu on Nano Cerial hea katalüütiline võime. Katalüsaatori promootorina kasutamisel võib see tõhusalt parandada ka katalüütilist võimet ja stabiilsust. Kui katalüsaatoritena kasutatakse Nano Ceriat ja selle komposiitmaterjale, varieeruvad katalüütilised omadused suuresti morfoloogia, osakeste suuruse ja paljastatud kristalltasapindade järgi, mis on peamised tegurid, mis mõjutavad nende jõudlust ja kasutamist. Üldiselt arvatakse, et mida väiksemad on osakesed ja mida suurem on konkreetne pindala, seda vastavam aktiivne sait ja seda tugevam on katalüütiline võime. Paljastatud kristallpinna katalüütiline võime tugevatest nõrgani on (100) kristallpinna järjekorras> (110) kristallpind> (111) kristallpind ja vastav stabiilsus on vastupidine.
Ceriumoksiid on pooljuhtmaterjal. Kui nanomeetri tseeriumoksiidi kiiritavad footonitest, mille energia on kõrgem kui ribalapp, on erutatud valentsribalektrone ja toimub ülemineku rekombinatsiooni käitumine. See käitumine soodustab CE3+ja CE4+konversioonimäära, mille tulemuseks on Nano Ceria tugeva fotokatalüütilise aktiivsuse. Fotokatalüüs võib saavutada orgaaniliste ainete otsese lagunemise ilma sekundaarse reostuseta, seega on selle rakendamine AOPS -is Nano Ceria valdkonnas kõige uuritud tehnoloogia. Praegu on põhirõhk AZO värvainete, fenooli, klorobenseeni ja farmatseutilise reovee katalüütilisel halvenemisel, kasutades erinevate morfoloogiate ja komposiitkompositsioonidega katalüsaatoreid. Aruande kohaselt võib optimeeritud katalüsaatori sünteesimeetodi ja katalüütiliste mudeli tingimuste kohaselt nende ainete lagunemisvõime ulatuda enam kui 80%-ni ja kogu orgaanilise süsiniku (TOC) eemaldamisvõime ulatub enam kui 40%-ni.
Nano tseeriumoksiidi katalüüs orgaaniliste saasteainete nagu osoon ja vesinikperoksiid on veel üks laialdaselt uuritud tehnoloogia. Sarnaselt fotokatalüüsiga keskendub see ka erinevate morfoloogiate või kristalltasandite ja erinevate tseeriumipõhiste komposim -katalüütiliste oksüdeerijatega nanoseeria võimele oksüdeerida ja lagundada orgaanilisi saasteaineid. Sellistes reaktsioonides võivad katalüsaatorid katalüüsida suure hulga osooni või vesinikperoksiidi aktiivsete radikaalide tekkimist, mis ründavad orgaanilisi saasteaineid ja saavutavad tõhusamaid oksüdatiivseid lagunemisvõimalusi. Oksüdeerijate kasutuselevõtu tõttu reaktsioonis on orgaaniliste ühendite eemaldamise võime oluliselt paranenud. Enamikus reaktsioonides võib sihtaine lõplik eemaldamiskiirus jõuda või läheneda 100%-ni ning ka TOC eemaldamise määr on suurem.
Elektrokatalüütilise täiustatud oksüdatsioonimeetodis määravad kõrge hapniku evolutsiooniga anoodmaterjali omadused ülepotentsiaalsele ülepotentsiaalsele elektrokatalüütilise täiustatud oksüdatsioonimeetodi selektiivsuse orgaaniliste saasteainete raviks. Katoodimaterjal on oluline tegur, mis määrab H2O2 tootmise, ja H2O2 tootmine määrab elektrokatalüütilise täiustatud oksüdatsioonimeetodi efektiivsuse orgaaniliste saasteainete töötlemisel. Elektroodimaterjali modifitseerimise uuring Nano Ceria abil on pälvinud laialt levinud tähelepanu nii riigisiseselt kui ka rahvusvaheliselt. Teadlased tutvustavad peamiselt nano -tseeriumoksiidi ja selle komposiitmaterjale erinevate keemiliste meetodite abil, et modifitseerida erinevaid elektroodimaterjale, parandada nende elektrokeemilist aktiivsust ning suurendada seeläbi elektrokatalüütilist aktiivsust ja lõplikku eemaldamiskiirust.
Mikrolaine ja ultraheli on ülaltoodud katalüütiliste mudelite jaoks sageli olulised abimeetmed. Võttes näitena ultraheli abi, kasutades vibratsioonihelilaineid, mille sagedused on suuremad kui 25 kHz sekundis, genereeritakse miljoneid äärmiselt väikeseid mullisid, mis on valmistatud spetsiaalselt kavandatud puhastusagendiga. Need väikesed mullid tekitavad kiire kokkusurumise ja laienemise ajal pidevalt mullide impoosi, võimaldades materjalidel katalüsaatori pinnal kiiresti vahetada ja hajuda, parandades sageli katalüütilist efektiivsust.
3 järeldus
Nano Ceria ja selle komposiitmaterjalid saavad vees tõhusalt töötleda ioone ja orgaanilisi saasteaineid ning neil on oluline rakenduspotentsiaal tulevastes veepuhastusvaldkondades. Enamik uuringuid on endiselt laboratoorses etapis ja tulevikus vee töötlemisel kiire kasutamise saavutamiseks tuleb endiselt kiiresti käsitleda järgmisi küsimusi:
(1) Nano suhteliselt kõrged ettevalmistuskuludTegevjuht2Põhikindlad materjalid on valdava osa veetluses olevates rakendustes endiselt oluline tegur, mis on endiselt laboratoorse uurimistöö etapis. Uurimistöö keskmes on odavate, lihtsate ja tõhusate ettevalmistamismeetodite uurimine, mis võimaldavad reguleerida NANO Ceo2-põhiste materjalide morfoloogiat ja suurust.
(2) NANO CeO2 -põhiste materjalide väikese osakeste suuruse tõttu on olulised tegurid, mis piiravad nende rakendamist, ringlussevõtu ja regenereerimise probleemid. Selle komposiit vaigumaterjalide või magnetiliste materjalidega on selle materjali ettevalmistamise ja ringlussevõtu tehnoloogia peamine uurimistöö.
(3) Nano Ceo2 -põhise materjali veepuhastuse ja traditsioonilise reoveepuhastuse tehnoloogia vahelise ühise protsessi väljatöötamine soodustab oluliselt NANO Ceo2 -põhise materiaalse katalüütilise tehnoloogia rakendamist veepuhastuse valdkonnas.
(4) NANO CeO2 -põhiste materjalide toksilisuse kohta on endiselt piiratud uuringuid ning nende keskkonnakäitumine ja toksilisuse mehhanism veepuhastussüsteemides pole veel kindlaks määratud. Tegelik reoveepuhastusprotsess hõlmab sageli mitme saasteaine kooseksisteerimist ja samaaegsed saasteained suhtlevad üksteisega, muutes seeläbi nanomaterjalide pinnaomadusi ja potentsiaalset toksilisust. Seetõttu on tungiv vajadus läbi viia rohkem uuringuid seotud aspektide kohta.
Postiaeg: 22.-20123