CEO2é un compoñente importante dos materiais de terra rara. Oelemento de terra rara CERIUMTen unha estrutura electrónica externa única - 4F15D16S2. A súa capa especial 4F pode almacenar e liberar efectivamente electróns, facendo que os iones de cerio se comporten no estado de valencia+3 e+4 estado de valencia. Polo tanto, os materiais CEO2 teñen máis buracos de osíxeno e teñen unha excelente capacidade para almacenar e liberar osíxeno. A conversión mutua de CE (III) e CE (IV) tamén dota materiais CEO2 con capacidades catalíticas de redución de oxidación única. En comparación cos materiais a granel, Nano CEO2, como novo tipo de material inorgánico, recibiu unha atención xeneralizada debido á súa superficie específica alta, unha excelente capacidade de almacenamento e liberación de osíxeno, condutividade de ións de osíxeno, rendemento redox e capacidade de difusión rápida de vacante de osíxeno de alta temperatura. Actualmente hai un gran número de informes de investigación e aplicacións relacionadas usando NANO CEO2 como catalizadores, portadores de catalizadores ou aditivos, compoñentes activos e adsorbentes.
1. Método de preparación de nanómetroóxido de cerio
Na actualidade, os métodos comúns de preparación para Nano CERIA inclúen principalmente o método químico e o método físico. Segundo diferentes métodos químicos, os métodos químicos pódense dividir en método de precipitación, método hidrotermal, método solvotérmico, método de xel sol, método de microemulsión e método de electrodeposición; O método físico é principalmente o método de moenda.
1.1 Método de moenda
O método de moenda para preparar Nano Ceria xeralmente usa a moenda de area, que ten as vantaxes de baixo custo, amabilidade ambiental, velocidade de procesamento rápido e forte capacidade de procesamento. Actualmente é o método de procesamento máis importante na industria de Nano Ceria. Por exemplo, a preparación do po de pulido de óxido de cerio nano adoita adoptar unha combinación de calcinación e moenda de area, e as materias primas de catalizadores de denitración baseados en cerio tamén se mesturan para o pre-tratamento ou tratadas despois da calcinación mediante a moenda de area. Ao usar diferentes relacións de amenización de area de tamaño de partículas, nano ceria con D50 que vai desde decenas a centos de nanómetros pódense obter mediante axuste.
1.2 Método de precipitación
O método de precipitación refírese ao método de preparación de po sólido mediante precipitación, separación, lavado, secado e calcinación de materias primas disoltas en disolventes apropiados. O método de precipitación é amplamente utilizado na preparación de terras raras e nanomateriais dopados, con vantaxes como un proceso de preparación simple, alta eficiencia e baixo custo. É un método de uso común para preparar Nano Ceria e os seus materiais compostos na industria. Este método pode preparar nano ceria con morfoloxía e tamaño de partículas diferentes cambiando a temperatura de precipitación, a concentración de material, o valor do pH, a velocidade de precipitación, a velocidade de axitación, a plantilla, etc. Os métodos comúns dependen da precipitación de ións de cerio a partir de amoníacos xerados por ións de urea e a preparación de microsferas nano ceria está controlada por ións codratados. Alternativamente, os ións de cerio poden ser precipitados por OH - xerados a partir da hidrólise do citrato de sodio, e logo incubados e calcinados para preparar o floco como as microsferas de Nano Ceria.
1.3 Métodos hidrotermais e solvotérmicos
Estes dous métodos refírense ao método de preparación de produtos mediante unha reacción de alta temperatura e de alta presión a temperatura crítica nun sistema pechado. Cando o disolvente de reacción é auga, chámase método hidrotermal. Correspondentemente, cando o disolvente de reacción é un disolvente orgánico, chámase método solvotérmico. As partículas de nano sintetizadas teñen alta pureza, boa dispersión e partículas uniformes, especialmente os po de nano con diferentes morfoloxías ou caras especiais de cristal expostas. Disolver o cloruro de cerio en auga destilada, remexer e engadir solución de hidróxido de sodio. Reacciona hidrotermal a 170 ℃ durante 12 horas para preparar nanorodos de óxido de cerio con planos de cristal expostos (111) e (110). Ao axustar as condicións de reacción, pódese aumentar a proporción de (110) planos de cristal nos planos de cristal expostos, aumentando aínda máis a súa actividade catalítica. Axustar os ligandos de disolvente e superficie de reacción tamén pode producir partículas de Nano Ceria con especial hidrofilicidade ou lipofilicidade. Por exemplo, engadir ións de acetato á fase acuosa pode preparar nanopartículas de óxido de cerio hidrófilo monodisperso na auga. Ao seleccionar un disolvente non polar e introducir o ácido oleico como ligando durante a reacción, as nanopartículas de ceria lipofílicas monodispersas poden prepararse en disolventes orgánicos non polares. (Ver Figura 1)
Figura 1 Monodisperso Nano Ceria esférica e Nano Ceria en forma de varilla
1.4 Método de xel SOL
O método xel SOL é un método que usa algúns ou varios compostos como precursores, realiza reaccións químicas como a hidrólise na fase líquida para formar SOL, e logo forman xel despois do envellecemento, e finalmente Drys e calcinas para preparar polvos ultrafinos. Este método é particularmente adecuado para preparar nanomateriais compostos nano de múltiples compoñentes de varios compoñentes, como ferro de cerio, titanio de cerio, circonio de cerio e outros óxidos de nano compostos, que se informaron en moitos informes.
1.5 Outros métodos
Ademais dos métodos anteriores, tamén hai método de loción de micro, método de síntese de microondas, método de electrodeposición, método de combustión de chama plasmática, método de electrólise de membrana de intercambio iónico e moitos outros métodos. Estes métodos teñen unha gran importancia para a investigación e aplicación de Nano Ceria.
Aplicación de óxido de cerio de 2 nanómetro no tratamento da auga
O cerio é o elemento máis abundante entre os elementos da Terra rara, con prezos baixos e aplicacións amplas. O nanómetro Ceria e os seus compostos chamaron moita atención no campo do tratamento da auga debido á súa superficie específica, alta actividade catalítica e unha excelente estabilidade estrutural.
2.1 Aplicación deÓxido de nano ceriono tratamento de auga mediante método de adsorción
Nos últimos anos, co desenvolvemento de industrias como a industria electrónica, descargouse unha gran cantidade de augas residuais que conteñen contaminantes como ións de metais pesados e ións de flúor. Incluso a concentracións de rastrexo, pode causar danos significativos aos organismos acuáticos e ao ambiente de vida humana. Os métodos de uso común inclúen oxidación, flotación, osmose inversa, adsorción, nanofiltración, biosorción, etc., entre eles, a tecnoloxía de adsorción adoita adoptarse debido ao seu funcionamento sinxelo, baixo custo e alta eficiencia do tratamento. Os materiais de Nano CEO2 teñen unha superficie elevada e unha alta actividade superficial como adsorbentes, e houbo moitos informes sobre a síntese de Nano CEO2 e os seus materiais compostos con diferentes morfoloxías para adsorbir e eliminar ións nocivos da auga.
A investigación demostrou que Nano Ceria ten unha forte capacidade de adsorción para a auga en condicións ácidas débiles. Nunha solución cunha concentración inicial de F - de 100mg/L e pH = 5-6, a capacidade de adsorción para F - é de 23 mg/g e a taxa de eliminación de F - é do 85,6%. Despois de cargala nunha bola de resina de ácido poliacrílico (cantidade de carga: 0,25g/g), a capacidade de eliminación de F - pode alcanzar máis do 99% ao tratar un volume igual de 100mg/L de solución acuosa f; Ao procesar 120 veces o volume, pódese eliminar máis do 90% de F -. Cando se usa para adsorbir fosfato e iodato, a capacidade de adsorción pode alcanzar máis de 100mg/g baixo o estado de adsorción óptimo correspondente. O material usado pódese reutilizar despois dun simple tratamento de desorción e neutralización, que ten altos beneficios económicos.
Hai moitos estudos sobre a adsorción e o tratamento de metais pesados tóxicos como o arsénico, o cromo, o cadmio e o chumbo usando Nano Ceria e os seus materiais compostos. O pH óptimo de adsorción varía para ións de metais pesados con diferentes estados de valencia. Por exemplo, a débil condición alcalina con sesgo neutro ten o mellor estado de adsorción para (iii), mentres que o estado de adsorción óptimo para as (v) conséguese en condicións ácidas débiles, onde a capacidade de adsorción pode alcanzar máis de 110 mg/g en ambas as condicións. En xeral, a síntese optimizada de Nano Ceria e os seus materiais compostos poden conseguir altas taxas de adsorción e eliminación de varios ións de metais pesados nun amplo rango de pH.
Doutra banda, os nanomateriais baseados en óxido de óxido de cerio tamén teñen un excelente rendemento na adsorbing orgánicos en augas residuais, como a laranxa ácida, a rodamina B, o congo vermello, etc., por exemplo, en casos informados existentes, nano ceria porosa esferas preparadas por parte da eliminación de moda, con capacidade de adsorción, especialmente na capacidade de adsorción, especialmente na capacidade de adsorción, na capacidade de adsorción, na capacidade de adsorción, na capacidade de adsorción, na capacidade de adsorción, na capacidade de adsorción, na capacidade de adsorción, na capacidade de cong. 942,7mg/g en 60 minutos.
2.2 Aplicación de Nano Ceria no proceso avanzado de oxidación
Proponse un proceso avanzado de oxidación (AOPs para curto) para mellorar o sistema de tratamento anhidro existente. O proceso avanzado de oxidación, tamén coñecido como tecnoloxía de oxidación profunda, caracterízase pola produción de radical hidroxilo (· OH), radical superóxido (· O2 -), osíxeno de singlet, etc. con forte capacidade de oxidación. Baixo as condicións de reacción de alta temperatura e presión, electricidade, son, irradiación de luz, catalizador, etc. Segundo as diferentes formas de xerar radicais libres e condicións de reacción, pódense dividir en oxidación fotoquímica, oxidación húmida catalítica, oxidación de sonoquímica, oxidación de ozono, oxidación electroquímica, etc. (ver a figura 2).
Figura 2 Clasificación e combinación de tecnoloxía do proceso de oxidación avanzada
Nano Ceriaé un catalizador heteroxéneo usado habitualmente no proceso de oxidación avanzada. Debido á rápida conversión entre CE3+e CE4+e o rápido efecto de redución de oxidación provocado pola absorción e liberación de osíxeno, Nano Ceria ten unha boa capacidade catalítica. Cando se usa como promotor do catalizador, tamén pode mellorar eficazmente a capacidade e a estabilidade catalíticas. Cando Nano Ceria e os seus materiais compostos se usan como catalizadores, as propiedades catalíticas varían moito coa morfoloxía, o tamaño das partículas e os planos de cristal expostos, que son factores clave que afectan o seu rendemento e aplicación. Crese xeralmente que canto máis pequenas sexan as partículas e canto maior sexa a superficie específica, o sitio activo máis correspondente e a capacidade máis forte é a capacidade catalítica. A capacidade catalítica da superficie de cristal exposta, de forte a débil, está na orde de superficie de cristal (100)> (110) superficie de cristal> (111) superficie de cristal, e a estabilidade correspondente é oposta.
O óxido de cerio é un material de semiconductor. Cando o óxido de cerio de nanómetro está irradiado por fotóns con enerxía superior á brecha de banda, os electróns de banda de valencia están excitados e prodúcese o comportamento de recombinación de transición. Este comportamento promoverá a taxa de conversión de CE3+e CE4+, obtendo unha forte actividade fotocatalítica de Nano Ceria. A fotocatalise pode conseguir unha degradación directa da materia orgánica sen contaminación secundaria, polo que a súa aplicación é a tecnoloxía máis estudada no campo de Nano Ceria en AOPS. Na actualidade, o foco principal está no tratamento de degradación catalítica de colorantes Azo, fenol, clorobenceno e augas residuais farmacéuticas usando catalizadores con diferentes morfoloxías e composicións compostas. Segundo o informe, baixo o método de síntese de catalizadores optimizados e as condicións do modelo catalítico, a capacidade de degradación destas substancias xeralmente pode alcanzar máis do 80%e a capacidade de eliminación do carbono orgánico total (TOC) pode alcanzar máis do 40%.
A catálise do óxido de nano cerio para a degradación de contaminantes orgánicos como o ozono e o peróxido de hidróxeno é outra tecnoloxía moi estudada. Semellante á fotocatalise, tamén se centra na capacidade de nano ceria con diferentes morfoloxías ou planos de cristal e diferentes oxidantes catalíticos compostos baseados en cerio para oxidar e degradar os contaminantes orgánicos. En tales reaccións, os catalizadores poden catalizar a xeración dun gran número de radicais activos a partir do ozono ou peróxido de hidróxeno, que atacan os contaminantes orgánicos e conseguen capacidades de degradación oxidativa máis eficientes. Debido á introdución de oxidantes na reacción, a capacidade de eliminar compostos orgánicos é moi reforzada. Na maioría das reaccións, a taxa de eliminación final da sustancia diana pode alcanzar ou achegarse ao 100%, e a taxa de eliminación de TOC tamén é maior.
No método de oxidación avanzada electrocatalítica, as propiedades do material do ánodo con alta evolución de osíxeno sobrepotencial determinan a selectividade do método de oxidación avanzada electrocatalítica para tratar os contaminantes orgánicos. O material cátodo é un factor importante que determina a produción de H2O2 e a produción de H2O2 determina a eficiencia do método de oxidación avanzada electrocatalítica para tratar os contaminantes orgánicos. O estudo da modificación do material dos electrodos mediante Nano Ceria recibiu unha atención xeneralizada tanto no país como internacionalmente. Os investigadores introducen principalmente o óxido de nano cerio e os seus materiais compostos a través de diferentes métodos químicos para modificar diferentes materiais de electrodos, mellorar a súa actividade electroquímica e aumentar así a actividade electrocatalítica e a taxa de eliminación final.
O microondas e a ecografía adoitan ser medidas auxiliares importantes para os modelos catalíticos anteriores. Tomando asistencia por ultrasóns como exemplo, empregando ondas sonoras de vibración con frecuencias superiores a 25 kHz por segundo, xéranse millóns de burbullas extremadamente pequenas nunha solución formulada cun axente de limpeza especialmente deseñado. Estas pequenas burbullas, durante a rápida compresión e expansión, producen constantemente a implosión de burbullas, permitindo que os materiais intercambien e difundan rapidamente na superficie do catalizador, a miúdo mellorando exponencialmente a eficiencia catalítica.
3 Conclusión
Nano Ceria e os seus materiais compostos poden tratar eficazmente ións e contaminantes orgánicos na auga e ter un importante potencial de aplicación nos futuros campos de tratamento de auga. Non obstante, a maioría das investigacións aínda están en fase de laboratorio e, para conseguir unha rápida aplicación no tratamento da auga no futuro, aínda hai que abordar urxentemente os seguintes cuestións:
(1) o custo de preparación relativamente elevado de NanoCEO2Os materiais baseados seguen sendo un factor importante na gran maioría das súas aplicacións no tratamento de auga, que aínda están en fase de investigación de laboratorio. A exploración de métodos de preparación de baixo custo, sinxelos e eficaces que poden regular a morfoloxía e o tamaño dos materiais baseados en Nano CEO2 aínda é un foco de investigación.
(2) Debido ao pequeno tamaño de partícula de materiais baseados en Nano CEO2, os problemas de reciclaxe e rexeneración despois do uso tamén son factores importantes que limitan a súa aplicación. O composto dela con materiais de resina ou materiais magnéticos será unha dirección clave de investigación para a súa tecnoloxía de preparación e reciclaxe de materiais.
(3) O desenvolvemento dun proceso conxunto entre a tecnoloxía de tratamento de auga de material baseado en Nano CEO2 e a tecnoloxía tradicional de tratamento de augas residuais promoverá enormemente a aplicación da tecnoloxía catalítica de material baseada en Nano CEO2 no campo do tratamento de auga.
(4) Aínda hai unha investigación limitada sobre a toxicidade dos materiais baseados en Nano CEO2, e aínda non se determinaron o seu mecanismo de comportamento ambiental e toxicidade nos sistemas de tratamento de auga. O proceso real de tratamento de augas residuais implica a miúdo a convivencia de múltiples contaminantes e os contaminantes conviventes interactuarán entre si, cambiando así as características da superficie e a potencial toxicidade dos nanomateriais. Polo tanto, hai unha necesidade urxente de realizar máis investigacións sobre aspectos relacionados.
Tempo de publicación: maio-22-2023