Toimitusjohtaja2on tärkeä osa harvinaisia maamateriaaleja. Seharvinainen maametallikerros ceriumon ainutlaatuinen ulkoinen elektroninen rakenne - 4F15D16S2. Sen erityinen 4F -kerros pystyy tehokkaasti säilyttämään ja vapauttamaan elektroneja, jolloin ceriumionit käyttäytyvät+3 valenssitilassa ja+4 valenssitilassa. Siksi toimitusjohtajamateriaaleilla on enemmän happeareitejä, ja sillä on erinomainen kyky varastoida ja vapauttaa happea. CE (III) ja CE (IV) keskinäinen muuntaminen antaa myös CEO2-materiaalit ainutlaatuisilla hapettumis-vähentämiskatalyyttisillä ominaisuuksilla. Irtomateriaaleihin verrattuna Nanon toimitusjohtaja2 on saanut uuden tyyppisenä epäorgaanisen materiaalin tyyppinä laajalle levinneen huomion sen korkean spesifisen pinta-alan, erinomaisen hapen varastointi- ja vapautumiskyvyn, hapen ioninjohtavuuden, redox-suorituskyvyn ja korkean lämpötilan nopean hapen vajaakäytön diffuusiokyvyn vuoksi. Tällä hetkellä on suuri määrä tutkimusraportteja ja niihin liittyviä sovelluksia, jotka käyttävät Nano CeO2: ta katalyytteinä, katalysaattorikuljettajina tai lisäaineilla, aktiivisilla komponenteilla ja adsorbenteilla.
1. Nanometrin valmistusmenetelmäceriumoksidi
Tällä hetkellä nanoserian yleisiin valmistusmenetelmiin sisältyvät pääasiassa kemiallinen menetelmä ja fysikaalinen menetelmä. Eri kemiallisten menetelmien mukaan kemialliset menetelmät voidaan jakaa saostumismenetelmään, hydrotermisiin menetelmiin, solvotermisiin menetelmiin, SOL -gelimenetelmään, mikroemulsiomenetelmään ja elektrodepositiomenetelmään; Fyysinen menetelmä on pääasiassa hiontamenetelmä.
1.1 Hiontamenetelmä
Hiomamenetelmä nano -cerian valmistelemiseksi käyttää yleensä hiekan jauhamista, jolla on edut edullisista, ympäristöystävällisyydestä, nopeasta prosessointinopeudesta ja vahvasta prosessointikyvystä. Se on tällä hetkellä Nano Ceria -teollisuuden tärkein käsittelymenetelmä. Esimerkiksi nano-ceriumoksidi-kiillotusjauheen valmistus käyttää yleensä kalsinaation ja hiekan hionnan yhdistelmää, ja myös ceriumpohjaisten denitratiokatalyyttien raaka-aineet sekoitetaan esikäsittelyä varten tai käsitellään kalsinaation jälkeen hiekan jauhamisen avulla. Käyttämällä erilaisia hiukkaskokoja hiekan jauhamishelmien suhteita, Nano Ceria D50: llä voi saada kymmeniä satoja nanometrejä säätämällä.
1.2 Sademenetelmä
Sademenetelmä viittaa menetelmään, jolla voidaan valmistella kiinteää jauhetta saostumisella, erottelulla, pesulla, kuivauksella ja raaka -aineiden kalsinoinnilla liuennettuina sopiviin liuottimiin. Sademenetelmää käytetään laajasti harvinaisten maametallien ja seostettujen nanomateriaalien valmistuksessa, kuten yksinkertainen valmistusprosessi, korkea hyötysuhde ja alhaiset kustannukset. Se on yleisesti käytetty menetelmä Nano Cerian ja sen komposiittimateriaalien valmistukseen teollisuudessa. Tämä menetelmä voi valmistaa nanoseriaa erilaisella morfologialla ja hiukkaskokolla muuttamalla saostumislämpötilaa, materiaalipitoisuutta, pH -arvoa, sademäärän nopeutta, sekoittavan nopeutta, templaatti jne. Yleiset menetelmät luottavat ammoniakkien aiheuttamien ammoniakkien aiheuttamien ammoniakkien saostumiseen, ja nano -seria -mikrofäärien valmistus on sitraatti -ionien ohjaus. Vaihtoehtoisesti cerium -ionit voidaan saostua OH - generoituna natriumsitraatin hydrolyysistä, ja sitten inkuboida ja kalsinoida hiutaleiden valmistamiseksi, kuten Nano Ceria -mikropallot.
1.3 Hydroterminen ja solvotermiset menetelmät
Nämä kaksi menetelmää viittaavat menetelmään, jolla valmistetaan tuotteita korkean lämpötilan ja korkeapaineisen reaktion avulla kriittisessä lämpötilassa suljetussa järjestelmässä. Kun reaktioliuotin on vettä, sitä kutsutaan hydrotermisiksi menetelmiksi. Vastaavasti, kun reaktioliuotin on orgaaninen liuotin, sitä kutsutaan solvotermisiksi menetelmiksi. Syntetisoiduilla nanohiukkasilla on korkea puhtaus, hyvä dispersio ja tasaiset hiukkaset, etenkin nanojauheet, joilla on erilaiset morfologiat tai paljaat erityiset kidepinnat. Liuota ceriumkloridi tislatussa vedessä, sekoita ja lisää natriumhydroksidiliuos. Reagoi hydroterminen nopeudella 170 ℃ 12 tunnin ajan ceriumoksidin nanorodien valmistamiseksi paljaiden (111) ja (110) kidtasojen kanssa. Säätämällä reaktio -olosuhteet (110) kitetasojen osuus altistuneissa kidetasoissa voidaan lisätä, mikä parantaa niiden katalyyttistä aktiivisuutta edelleen. Reaktioliuottimen ja pintaligandien säätäminen voi myös tuottaa nanoseria -hiukkasia erityisellä hydrofiilisyydellä tai lipofiilisyydellä. Esimerkiksi asetaatti -ionien lisääminen vesifaasiin voi valmistaa vedessä hydrofiilisiä ceriumoksidnanohiukkasia. Valitsemalla ei-polaarisen liuottimen ja ottamalla käyttöön öljyhapon ligandina reaktion aikana, monodispersio lipofiiliset cerian nanohiukkaset voidaan valmistaa ei-polaarisissa orgaanisissa liuottimissa. (Katso kuva 1)
Kuva 1 Monodispersio pallomainen nano ceria ja sauvan muotoinen nano ceria
1.4 SOL GEL -menetelmä
SOL -geelimenetelmä on menetelmä, joka käyttää joitain tai useita yhdisteitä prekursoreina, johtaa kemiallisia reaktioita, kuten nestefaasin hydrolyysiä, muodostaakseen SOL: n ja muodostaa sitten geelin ikääntymisen jälkeen ja lopulta DRY: ien ja kalsineja ultrafiinien jauheiden valmistelemiseksi. Tämä menetelmä soveltuu erityisen hyvin dispergoituneiden monikomponenttien nano-ceria-komposiitti-nanomateriaalien, kuten cerium-rauta, cerium titaani, cerium zirkonium ja muut komposiitti-nanoksidit, valmistukseen, jotka on ilmoitettu monissa raporteissa.
1.5 Muut menetelmät
Yllä olevien menetelmien lisäksi on myös mikrovoidemenetelmä, mikroaaltouunin synteesimenetelmä, elektrodepositiomenetelmä, plasman liekin palamismenetelmä, ioninvaihtokalvon elektrolyysimenetelmä ja monet muut menetelmät. Näillä menetelmillä on suuri merkitys Nano Cerian tutkimukselle ja soveltamiselle.
2 nanometrin ceriumoksidin levitys vedenkäsittelyyn
Cerium on harvinaisten maametallien elementtien runsain elementti, alhaiset hinnat ja laajat sovellukset. Nanometrin ceria ja sen komposiitit ovat herättäneet paljon huomiota vedenkäsittelyn alalla niiden korkean spesifisen pinta -alan, korkean katalyyttisen aktiivisuuden ja erinomaisen rakenteellisen stabiilisuuden vuoksi.
2.1Nano ceriumoksidivedenkäsittelyssä adsorptiomenetelmällä
Viime vuosina elektroniikkateollisuuden kaltaisten toimialojen kehittymisen myötä on purettu suuri määrä jätevettä, jotka sisältävät epäpuhtauksia, kuten heavy metal -ioneja ja fluori -ioneja. Jopa jäljityspitoisuuksissa se voi aiheuttaa merkittävää haittaa vesieliöille ja ihmisen elinympäristölle. Yleisesti käytettyjä menetelmiä ovat hapettuminen, vaahdotus, käänteisosmoosi, adsorptio, nanofiltraatio, biosorptio jne. Niiden joukossa adsorptiotekniikka otetaan usein käyttöön sen yksinkertaisen toiminnan, alhaisten kustannusten ja korkean hoidon tehokkuuden vuoksi. Nano Ceo2 -materiaaleilla on korkea spesifinen pinta -ala ja korkea pinta -aktiivisuus adsorbentteina, ja huokoisen Nano CEO2: n ja sen komposiittimateriaalien synteesistä on ollut monia raportteja, joilla on erilaisia morfologioita adsorbointiin ja poistavat haitalliset ionit vedestä.
Tutkimukset ovat osoittaneet, että Nano Cerialla on vahva adsorptiokyky F -vedessä heikossa happamassa olosuhteissa. Liuoksessa, jonka alkuperäinen pitoisuus F - 100 mg/l ja pH = 5-6, f -adsorptiokyky on 23 mg/g ja F -poistoaste on 85,6%. Sen jälkeen kun se on ladattu polyakryylihappihartsikalaan (kuormitusmäärä: 0,25 g/g), F -poistokyky voi saavuttaa yli 99%, kun käsitellään yhtä suurta tilavuutta 100 mg/l F -vesipitoista liuosta; Kun prosessoitavat 120 -kertaista tilavuutta, yli 90% F - voidaan poistaa. Kun adsorboiva fosfaatti ja jodaatti käytetään, adsorptiokyky voi saavuttaa yli 100 mg/g vastaavan optimaalisen adsorptiotilan puitteissa. Käytettyä materiaalia voidaan käyttää uudelleen yksinkertaisen desorptio- ja neutralointihoidon jälkeen, jolla on korkeat taloudelliset hyödyt.
Myrkyllisten raskasmetallien, kuten arseenin, kromin, kadmiumin ja johtavien myrkyllisten raskasmetallien, adsorptiosta ja hoidosta on olemassa nano ceriaa ja sen komposiittimateriaaleja. Optimaalinen adsorptio PH vaihtelee raskasmetalli -ioneille, joissa on erilaiset valenssitilot. Esimerkiksi heikko alkalinen tila neutraalilla puolueellisuudella on paras adsorptiotila AS: lle (III), kun taas AS: n optimaalinen adsorptiotila (v) saavutetaan heikossa happamassa olosuhteissa, joissa adsorptiokyky voi saavuttaa yli 110 mg/g molemmissa olosuhteissa. Kaiken kaikkiaan Nano Cerian ja sen komposiittimateriaalien optimoitu synteesi voi saavuttaa korkean adsorptio- ja poistoasteen erilaisille raskasmetalli -ionille laajalla pH -alueella.
Toisaalta ceriumoksidipohjaisilla nanomateriaaleilla on myös erinomainen suorituskyky jätevesien adsorboivien orgaanisten aineiden, kuten happaman oranssin, rodamiinin B, Kongon punaisessa jne., Esimerkiksi olemassa olevissa ilmoitetuissa tapauksissa nano -seria -huokoisilla palloilla on sähkökemiallisilla menetelmillä korkea adsorptiokyky, etenkin kongon reuna -asemien advaalien siirtämiskyvyn siirtämiskyvyssä. 942,7 mg/g 60 minuutissa.
2.2 Nano -cerian käyttö edistyneessä hapettumisprosessissa
Edistyneen hapettumisprosessin (AOPS lyhytaikaisesti) ehdotetaan nykyisen vedettömän käsittelyjärjestelmän parantamiseksi. Edistyneelle hapettumisprosessille, joka tunnetaan myös nimellä syvä hapettumistekniikka, on ominaista hydroksyyliradikaalin (· OH), superoksidiradikaalin (· O2 -), singlettihapen jne. Tuotanto voimakkaasti hapettumiskykyä. Korkean lämpötilan ja paineen, sähkön, äänen, valon säteilytyksen, katalyytin jne. Reaktio -olosuhteissa vapaiden radikaalien ja reaktio -olosuhteiden tuottamisen erilaisten tapojen mukaan ne voidaan jakaa fotokemialliseen hapettumiseen, katalyyttiseen märän hapettumiseen, sonokemiaan hapettumiseen, otsonin hapettumiseen, sähkökemialliseen hapetteluun, fentonioksuun jne. (SEE 2).
Kuva 2 Edistyneen hapettumisprosessin luokittelu ja teknologiayhdistelmä
Nano ceriaon heterogeeninen katalyytti, jota käytetään yleisesti edistyneessä hapetusprosessissa. Nano-cerialla on hyvä katalyyttinen kyky, koska Ce3+ja Ce4+: n välinen nopea muutos Ce3+: n ja Ce4+: n ja hapen imeytymisen ja vapautumisen aiheuttaman nopean hapettumisen vähentämisvaikutuksen vuoksi on hyvä katalyyttinen kyky. Kun sitä käytetään katalyytin promoottorina, se voi myös parantaa tehokkaasti katalyyttistä kykyä ja stabiilisuutta. Kun nano ceriaa ja sen komposiittimateriaaleja käytetään katalyytteinä, katalyyttiset ominaisuudet vaihtelevat suuresti morfologian, hiukkaskoon ja paljaiden kidtasojen mukaan, jotka ovat avaintekijöitä, jotka vaikuttavat niiden suorituskykyyn ja sovellukseen. Yleensä uskotaan, että mitä pienempiä hiukkasia ja mitä suurempi ominaispinta -ala, sitä vastaavampi aktiivinen kohta ja sitä vahvempi katalyyttinen kyky. Altistuneen kidepinnan katalyyttinen kyky, voimakkaasta heikkoon, on luokkaa (100) kidekoru> (110) kidepinta> (111) kidepinta ja vastaava stabiilisuus on päinvastainen.
Ceriumoksidi on puolijohdemateriaali. Kun nanometrin ceriumoksidia säteilytetään fotoneilla, joiden energia on korkeampi kuin kaistaväli, valenssikaistaelektronit ovat innostuneita ja siirtymä rekombinaatiokäyttäytyminen tapahtuu. Tämä käyttäytyminen edistää Ce3+: n ja Ce4+: n muuntoprosenttia, mikä johtaa nano -cerian voimakkaaseen fotokatalyyttiseen aktiivisuuteen. Fotokatalyysi voi saavuttaa orgaanisen aineen suoran hajoamisen ilman sekundaarista pilaantumista, joten sen soveltaminen on AOPS: n nanoserian eniten tutkittu tekniikka. Tällä hetkellä pääpaino on AZO -väriaineiden, fenolin, klorobentseenin ja farmaseuttisten jätevesien katalyyttisessä hajoamiskäsittelyssä katalyytteillä, joilla Raportin mukaan optimoidun katalyytin synteesimenetelmän ja katalyyttisen mallin olosuhteiden mukaisesti näiden aineiden hajoamiskapasiteetti voi yleensä saavuttaa yli 80%, ja orgaanisen hiilen kokonaishiilen (TOC) poistokyky voi saavuttaa yli 40%.
Nano -ceriumoksidikatalyysi orgaanisten epäpuhtauksien, kuten otsonin ja vetyperoksidin, hajoamiseksi on toinen laajalti tutkittu tekniikka. Samoin kuin fotokatalyysi, se keskittyy myös nanoserian kykyyn erilaisilla morfologioilla tai kidetasoilla ja erilaisissa ceriumpohjaisissa komposiittikatalyyttisissä hapettimissa orgaanisten epäpuhtauksien hapettamiseksi ja hajottamiseksi. Tällaisissa reaktioissa katalyyttit voivat katalysoida suuren määrän aktiivisten radikaalien muodostumista otsonista tai vetyperoksidista, jotka hyökkäävät orgaanisiin epäpuhtauksiin ja saavuttavat tehokkaampia hapettumiskykyä. Koska hapettimet otetaan käyttöön reaktiossa, kyky poistaa orgaanisia yhdisteitä paranee huomattavasti. Useimmissa reaktioissa kohdeaineen lopullinen poistoaste voi saavuttaa tai lähestyä 100%ja TOC: n poistoaste on myös korkeampi.
Sähkökatalyyttisessä edistyneessä hapettumismenetelmässä anodimateriaalin ominaisuudet, joilla on korkea happea evoluutio ylipotentiaali, määrittävät elektrokatalyyttisen edistyneen hapettumismenetelmän selektiivisyyden orgaanisten epäpuhtauksien käsittelemiseksi. Katodimateriaali on tärkeä tekijä, joka määrittää H2O2: n tuotannon, ja H2O2: n tuotanto määrittää elektrokatalyyttisen edistyneen hapettumismenetelmän tehokkuuden orgaanisten epäpuhtauksien hoitamiseksi. Elektrodimateriaalimodifikaatioiden tutkimus Nano Ceriaa käyttämällä on saanut laajaa huomiota sekä kotimaassa että kansainvälisesti. Tutkijat esittelevät pääasiassa nano ceriumoksidia ja sen komposiittimateriaaleja erilaisilla kemiallisilla menetelmillä erilaisten elektrodimateriaalien modifioimiseksi, niiden sähkökemiallisen aktiivisuuden parantamiseksi ja siten lisäämään sähkökatalyyttistä aktiivisuutta ja lopullista poistoaikaa.
Mikroaaltouuni ja ultraääni ovat usein tärkeitä apumittauksia yllä oleville katalyyttisille malleille. Esimerkiksi ultraääni -avun ottaminen, käyttämällä värähtelyääniaaltoja, joiden taajuudet ovat yli 25 kHz sekunnissa, miljoonia erittäin pieniä kuplia luodaan liuoksessa, joka on muotoiltu erityisesti suunniteltuun puhdistusaineeseen. Nämä pienet kuplat, nopean puristuksen ja laajentumisen aikana, tuottavat jatkuvasti kuplia, jolloin materiaalit voivat nopeasti vaihtaa ja hajauttaa katalyytin pinnalla, usein eksponentiaalisesti parantaa katalyyttistä tehokkuutta.
3 Päätelmä
Nano ceria ja sen komposiittimateriaalit voivat tehokkaasti hoitaa ioneja ja orgaanisia epäpuhtauksia vedessä, ja niiden käyttöpotentiaalilla on tärkeä potentiaali tulevissa vedenkäsittelyalueilla. Suurin osa tutkimuksista on kuitenkin vielä laboratoriovaiheessa, ja vedenkäsittelyn nopean käytön saavuttamiseksi tulevaisuudessa seuraavia kysymyksiä on vielä puututtava kiireellisesti:
(1) Nanon suhteellisen korkeat valmistuskustannuksetToimitusjohtaja2Perustetut materiaalit ovat edelleen tärkeä tekijä suurimmassa osassa niiden sovelluksia vedenkäsittelyssä, jotka ovat edelleen laboratoriotutkimusvaiheessa. Ehtojen, yksinkertaisten ja tehokkaiden valmistusmenetelmien tutkiminen, joka voi säädellä Nano CeO2 -pohjaisten materiaalien morfologiaa ja kokoa, on edelleen tutkimuksen painopiste.
(2) Nano -toimitusjohtajien pienen hiukkaskoon vuoksi kierrätys- ja uudistamiskysymykset käytön jälkeen ovat myös tärkeitä tekijöitä, jotka rajoittavat niiden käyttöä. Yhdistelmä sen hartsimateriaalien tai magneettisten materiaalien kanssa on keskeinen tutkimussuunta sen materiaalinvalmistus- ja kierrätystekniikkaan.
(3) Nano CEO2 -pohjaisen materiaalisen vedenkäsittelytekniikan ja perinteisen jätevedenkäsittelytekniikan välisen yhteisen prosessin kehittäminen edistää suuresti Nano CeO2 -pohjaisen materiaalikatalyyttisen tekniikan käyttöä vedenkäsittelyn alalla.
(4) Nano CeO2 -pohjaisten materiaalien toksisuudesta on edelleen rajoitettua tutkimusta, ja niiden ympäristökäyttäytymistä ja myrkyllisyysmekanismia vedenkäsittelyjärjestelmissä ei ole vielä määritetty. Varsinaiseen jätevedenkäsittelyprosessiin sisältyy usein useiden epäpuhtauksien rinnakkaiselo, ja samanaikaiset epäpuhtaudet ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, mikä muuttaa nanomateriaalien pintaominaisuuksia ja potentiaalista toksisuutta. Siksi on kiireellisesti tarve tehdä lisää tutkimusta liittyvistä näkökohdista.
Viestin aika: toukokuu-22-2023