CEO2adalah komponen penting dari bahan tanah jarang. ItuElemen Bumi Jarang ceriummemiliki struktur elektronik luar yang unik - 4F15D16S2. Lapisan 4F khusus dapat secara efektif menyimpan dan melepaskan elektron, membuat ion cerium berperilaku dalam keadaan valensi+3 dan keadaan valensi+4. Oleh karena itu, bahan CEO2 memiliki lebih banyak lubang oksigen, dan memiliki kemampuan yang sangat baik untuk menyimpan dan melepaskan oksigen. Konversi timbal balik dari Ce (III) dan CE (IV) juga mendukung bahan CEO2 dengan kemampuan katalitik pengurangan oksidasi yang unik. Dibandingkan dengan bahan curah, nano CEO2, sebagai jenis baru bahan anorganik, telah mendapat perhatian luas karena luas permukaan spesifik yang tinggi, penyimpanan oksigen yang sangat baik dan kemampuan pelepasan, konduktivitas ion oksigen, kinerja redoks, dan kemampuan difusi kekosongan oksigen cepat suhu tinggi. Saat ini ada sejumlah besar laporan penelitian dan aplikasi terkait menggunakan Nano CEO2 sebagai katalis, pembawa katalis atau aditif, komponen aktif, dan adsorben.
1. Metode persiapan nanometerCerium oksida
Saat ini, metode persiapan umum untuk nano ceria terutama mencakup metode kimia dan metode fisik. Menurut metode kimia yang berbeda, metode kimia dapat dibagi menjadi metode presipitasi, metode hidrotermal, metode solvotermal, metode gel sol, metode mikroemulsi dan metode elektrodeposisi; Metode fisik terutama metode penggilingan.
1.1 Metode penggilingan
Metode penggilingan untuk menyiapkan nano ceria umumnya menggunakan gerinda pasir, yang memiliki keunggulan biaya rendah, keramahan lingkungan, kecepatan pemrosesan cepat, dan kemampuan pemrosesan yang kuat. Saat ini merupakan metode pemrosesan paling penting dalam industri Nano Ceria. Sebagai contoh, persiapan bubuk pemolesan nano cerium oksida umumnya mengadopsi kombinasi kalsinasi dan penggilingan pasir, dan bahan baku katalis denitrasi berbasis cerium juga dicampur untuk pra-perawatan atau dirawat setelah kalsinasi menggunakan penggilingan pasir. Dengan menggunakan rasio manik -manik penggilingan pasir ukuran partikel yang berbeda, nano ceria dengan D50 mulai dari puluhan hingga ratusan nanometer dapat diperoleh melalui penyesuaian.
1.2 Metode presipitasi
Metode presipitasi mengacu pada metode menyiapkan bubuk padat dengan presipitasi, pemisahan, pencucian, pengeringan, dan kalsinasi bahan baku yang dilarutkan dalam pelarut yang sesuai. Metode presipitasi banyak digunakan dalam persiapan tanah jarang dan nanomaterial yang didoping, dengan keunggulan seperti proses persiapan sederhana, efisiensi tinggi, dan biaya rendah. Ini adalah metode yang umum digunakan untuk menyiapkan nano ceria dan bahan kompositnya di industri. Metode ini dapat menyiapkan nano ceria dengan morfologi dan ukuran partikel yang berbeda dengan mengubah suhu presipitasi, konsentrasi material, nilai pH, kecepatan curah hujan, kecepatan pengadukan, templat, dll. Metode umum bergantung pada presipitasi ion cerium dari amonia yang dihasilkan oleh dekomposisi urea, dan persiapan mikrosphere nano ceria dikontrol oleh sitrat. Atau, ion cerium dapat diendapkan dengan OH - dihasilkan dari hidrolisis natrium sitrat, dan kemudian diinkubasi dan dikalsinasi untuk menyiapkan serpihan seperti mikrosfer nano ceria.
1.3 Metode hidrotermal dan solvotermal
Kedua metode ini merujuk pada metode persiapan produk dengan reaksi suhu tinggi dan tekanan tinggi pada suhu kritis dalam sistem tertutup. Ketika pelarut reaksi adalah air, itu disebut metode hidrotermal. Sejalan dengan itu, ketika pelarut reaksi adalah pelarut organik, itu disebut metode solvotermal. Partikel nano yang disintesis memiliki kemurnian tinggi, dispersi yang baik dan partikel seragam, terutama bubuk nano dengan morfologi yang berbeda atau wajah kristal khusus yang terpapar. Larutkan cerium klorida dalam air suling, aduk dan tambahkan larutan natrium hidroksida. Bereaksi hidrotermal pada 170 ℃ selama 12 jam untuk menyiapkan nanorod cerium oksida dengan bidang kristal yang terpapar (111) dan (110). Dengan menyesuaikan kondisi reaksi, proporsi bidang kristal (110) dalam bidang kristal yang terpapar dapat ditingkatkan, lebih lanjut meningkatkan aktivitas katalitiknya. Menyesuaikan pelarut reaksi dan ligan permukaan juga dapat menghasilkan partikel nano ceria dengan hidrofilisitas atau lipofilisitas khusus. Misalnya, menambahkan ion asetat ke fase berair dapat menyiapkan nanopartikel cerium oksida hidrofilik monodisperse dalam air. Dengan memilih pelarut non-polar dan memperkenalkan asam oleat sebagai ligan selama reaksi, nanopartikel ceria lipofilik monodisperse dapat disiapkan dalam pelarut organik non-polar. (Lihat Gambar 1)
Gambar 1 Nano Ceria Bulat Monodisperse dan Nano Ceria Berbentuk Batang
1.4 Metode Gel Sol
Metode Sol Gel adalah metode yang menggunakan beberapa atau beberapa senyawa sebagai prekursor, melakukan reaksi kimia seperti hidrolisis dalam fase cair untuk membentuk SOL, dan kemudian membentuk gel setelah penuaan, dan akhirnya mengeringkan dan mengapung untuk menyiapkan bubuk ultrafine. Metode ini sangat cocok untuk menyiapkan nanomaterial komposit multi-komponen Nano Ceria yang sangat tersebar, seperti cerium zat besi, titanium cerium, cerium zirkonium dan oksida nano komposit lainnya, yang telah dilaporkan dalam banyak laporan.
1.5 Metode Lainnya
Selain metode di atas, ada juga metode mikro lotion, metode sintesis gelombang mikro, metode elektrodeposisi, metode pembakaran api plasma, metode elektrolisis membran ion-pertukaran dan banyak metode lainnya. Metode -metode ini memiliki arti penting untuk penelitian dan penerapan nano ceria.
Aplikasi 2-nanometer cerium oksida dalam pengolahan air
Cerium adalah elemen paling berlimpah di antara elemen tanah jarang, dengan harga rendah dan aplikasi yang luas. Nanometer Ceria dan kompositnya telah menarik banyak perhatian di bidang pengolahan air karena luas permukaan spesifiknya yang tinggi, aktivitas katalitik yang tinggi dan stabilitas struktural yang sangat baik.
2.1 AplikasiNano cerium oksidadalam pengolahan air dengan metode adsorpsi
Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pengembangan industri seperti industri elektronik, sejumlah besar air limbah yang mengandung polutan seperti ion logam berat dan ion fluor telah dikeluarkan. Bahkan pada konsentrasi jejak, ini dapat menyebabkan kerusakan yang signifikan pada organisme akuatik dan lingkungan hidup manusia. Metode yang umum digunakan termasuk oksidasi, flotasi, osmosis terbalik, adsorpsi, nanofiltrasi, biosorpsi, dll. Di antaranya, teknologi adsorpsi sering diadopsi karena operasi sederhana, biaya rendah, dan efisiensi perawatan yang tinggi. Bahan Nano CEO2 memiliki luas permukaan spesifik yang tinggi dan aktivitas permukaan tinggi sebagai adsorben, dan ada banyak laporan tentang sintesis Nano CEO2 berpori dan bahan kompositnya dengan morfologi yang berbeda untuk diserap dan menghilangkan ion berbahaya dari air.
Penelitian telah menunjukkan bahwa nano ceria memiliki kapasitas adsorpsi yang kuat untuk f - dalam air dalam kondisi asam yang lemah. Dalam larutan dengan konsentrasi awal F - 100mg/L dan pH = 5-6, kapasitas adsorpsi untuk F - adalah 23mg/g, dan laju penghapusan F - adalah 85,6%. Setelah memuatnya ke bola resin asam poliakrilat (jumlah pemuatan: 0,25g/g), kemampuan pelepasan F - dapat mencapai lebih dari 99% ketika mengobati volume yang sama dari 100mg/L larutan f - air; Saat memproses 120 kali volume, lebih dari 90% F - dapat dihapus. Ketika digunakan untuk menyerap fosfat dan iodat, kapasitas adsorpsi dapat mencapai lebih dari 100mg/g di bawah keadaan adsorpsi optimal yang sesuai. Bahan yang digunakan dapat digunakan kembali setelah pengobatan desorpsi dan netralisasi sederhana, yang memiliki manfaat ekonomi yang tinggi.
Ada banyak penelitian tentang adsorpsi dan pengobatan logam berat beracun seperti arsenik, kromium, kadmium, dan timbal menggunakan nano ceria dan bahan kompositnya. PH adsorpsi optimal bervariasi untuk ion logam berat dengan keadaan valensi yang berbeda. Sebagai contoh, kondisi alkali yang lemah dengan bias netral memiliki keadaan adsorpsi terbaik untuk AS (III), sedangkan keadaan adsorpsi optimal untuk AS (V) dicapai dalam kondisi asam yang lemah, di mana kapasitas adsorpsi dapat mencapai lebih dari 110mg/g dalam kedua kondisi tersebut. Secara keseluruhan, sintesis yang dioptimalkan dari nano ceria dan bahan kompositnya dapat mencapai tingkat adsorpsi dan penghilangan yang tinggi untuk berbagai ion logam berat pada kisaran pH yang luas.
Di sisi lain, nanomaterial berbasis cerium oksida juga memiliki kinerja yang luar biasa dalam adsorbing organik di air limbah, seperti oranye asam, rhodamine B, Kongo merah, dll. Misalnya, dalam kasus yang dilaporkan, nano ceria berpori yang disiapkan dengan metode elektrokimia memiliki kapasitas adsorpsi yang tinggi dalam pemindahan dgerpsi organik, sekelilingnya in -dy -dgerption, hal -hal yang tidak diseret, dgerption, hal -hal yang tidak diseret dengan dgerption, hal -hal yang tidak diseret dengan diling, sekelilingnya. 942.7mg/g dalam 60 menit.
2.2 Aplikasi Nano ceria dalam proses oksidasi lanjutan
Proses oksidasi canggih (singkatnya AOP) diusulkan untuk meningkatkan sistem perawatan anhidrat yang ada. Proses oksidasi canggih, juga dikenal sebagai teknologi oksidasi dalam, ditandai dengan produksi radikal hidroksil (· OH), radikal superoksida (· O2 -), oksigen singlet, dll. Dengan kemampuan oksidasi yang kuat. Di bawah kondisi reaksi suhu dan tekanan tinggi, listrik, suara, iradiasi cahaya, katalis, dll. Menurut berbagai cara menghasilkan radikal bebas dan kondisi reaksi, mereka dapat dibagi menjadi oksidasi fotokimia, oksidasi basah katalitik, oksidasi sonokimia, oksidasi ozon).
Gambar 2 Klasifikasi dan Kombinasi Teknologi Proses Oksidasi Lanjutan
Nano Ceriaadalah katalis heterogen yang biasa digunakan dalam proses oksidasi lanjut. Karena konversi cepat antara Ce3+dan Ce4+dan efek reduksi oksidasi cepat yang disebabkan oleh penyerapan dan pelepasan oksigen, nano ceria memiliki kemampuan katalitik yang baik. Ketika digunakan sebagai promotor katalis, ia juga dapat secara efektif meningkatkan kemampuan dan stabilitas katalitik. Ketika nano ceria dan bahan kompositnya digunakan sebagai katalis, sifat katalitik sangat bervariasi dengan morfologi, ukuran partikel, dan bidang kristal yang terpapar, yang merupakan faktor kunci yang mempengaruhi kinerja dan penerapannya. Secara umum diyakini bahwa semakin kecil partikel dan semakin besar luas permukaan spesifik, semakin banyak situs aktif yang sesuai, dan semakin kuat kemampuan katalitik. Kemampuan katalitik permukaan kristal yang terpapar, dari kuat ke lemah, berada dalam urutan permukaan kristal (100) kristal> (110) permukaan kristal> (111), dan stabilitas yang sesuai berlawanan.
Cerium oksida adalah bahan semikonduktor. Ketika nanometer cerium oksida diiradiasi oleh foton dengan energi lebih tinggi dari celah pita, elektron pita valensi tereksitasi, dan perilaku rekombinasi transisi terjadi. Perilaku ini akan mempromosikan tingkat konversi Ce3+dan Ce4+, menghasilkan aktivitas fotokatalitik yang kuat dari nano ceria. Fotokatalisis dapat mencapai degradasi langsung bahan organik tanpa polusi sekunder, sehingga aplikasinya adalah teknologi yang paling banyak dipelajari di bidang nano ceria di AOPS. Saat ini, fokus utamanya adalah pada pengobatan degradasi katalitik pewarna azo, fenol, klorobenzena, dan air limbah farmasi menggunakan katalis dengan morfologi dan komposisi komposit yang berbeda. Menurut laporan tersebut, di bawah metode sintesis katalis yang dioptimalkan dan kondisi model katalitik, kapasitas degradasi zat ini umumnya dapat mencapai lebih dari 80%, dan kapasitas penghilangan total karbon organik (TOC) dapat mencapai lebih dari 40%.
Katalisis nano cerium oksida untuk degradasi polutan organik seperti ozon dan hidrogen peroksida adalah teknologi lain yang dipelajari secara luas. Mirip dengan fotokatalisis, ini juga berfokus pada kemampuan nano ceria dengan morfologi yang berbeda atau bidang kristal dan oksidan katalitik komposit berbasis cerium yang berbeda untuk mengoksidasi dan menurunkan polutan organik. Dalam reaksi seperti itu, katalis dapat mengkatalisasi generasi sejumlah besar radikal aktif dari ozon atau hidrogen peroksida, yang menyerang polutan organik dan mencapai kemampuan degradasi oksidatif yang lebih efisien. Karena pengenalan oksidan dalam reaksi, kemampuan untuk menghilangkan senyawa organik sangat ditingkatkan. Dalam sebagian besar reaksi, tingkat penghapusan akhir zat target dapat mencapai atau mendekati 100%, dan tingkat penghapusan TOC juga lebih tinggi.
Dalam metode oksidasi lanjutan elektrokatalitik, sifat -sifat material anoda dengan overpotensial evolusi oksigen tinggi menentukan selektivitas metode oksidasi lanjut elektrokatalitik untuk mengobati polutan organik. Bahan katoda adalah faktor penting yang menentukan produksi H2O2, dan produksi H2O2 menentukan efisiensi metode oksidasi lanjut elektrokatalitik untuk mengobati polutan organik. Studi modifikasi bahan elektroda menggunakan Nano Ceria telah menerima perhatian luas baik di dalam negeri maupun internasional. Para peneliti terutama memperkenalkan nano cerium oksida dan bahan kompositnya melalui metode kimia yang berbeda untuk memodifikasi berbagai bahan elektroda, meningkatkan aktivitas elektrokimia mereka, dan dengan demikian meningkatkan aktivitas elektrokatalitik dan laju pemindahan akhir.
Microwave dan USG seringkali merupakan tindakan tambahan yang penting untuk model katalitik di atas. Mengambil bantuan ultrasonik sebagai contoh, menggunakan gelombang suara getaran dengan frekuensi lebih tinggi dari 25kHz per detik, jutaan gelembung yang sangat kecil dihasilkan dalam larutan yang diformulasikan dengan agen pembersih yang dirancang khusus. Gelembung -gelembung kecil ini, selama kompresi dan ekspansi yang cepat, terus -menerus menghasilkan ledakan gelembung, memungkinkan bahan untuk dengan cepat bertukar dan berdifusi pada permukaan katalis, seringkali meningkatkan efisiensi katalitik secara eksponensial.
3 Kesimpulan
Nano ceria dan bahan gabungannya dapat secara efektif mengobati ion dan polutan organik dalam air, dan memiliki potensi aplikasi yang penting di bidang pengolahan air di masa depan. Namun, sebagian besar penelitian masih dalam tahap laboratorium, dan untuk mencapai aplikasi cepat dalam pengolahan air di masa depan, masalah -masalah berikut masih perlu ditangani dengan segera:
(1) Biaya persiapan Nano yang relatif tinggiCEO2Bahan berbasis tetap menjadi faktor penting dalam sebagian besar aplikasi mereka dalam pengolahan air, yang masih dalam tahap penelitian laboratorium. Menjelajahi metode persiapan berbiaya rendah, sederhana dan efektif yang dapat mengatur morfologi dan ukuran bahan berbasis Nano CEO2 masih menjadi fokus penelitian.
(2) Karena ukuran partikel kecil bahan berbasis Nano CEO2, masalah daur ulang dan regenerasi setelah digunakan juga merupakan faktor penting yang membatasi aplikasi mereka. Kompositnya dengan bahan resin atau bahan magnetik akan menjadi arah penelitian utama untuk persiapan material dan teknologi daur ulang.
(3) Pengembangan proses bersama antara teknologi pengolahan air material berbasis Nano CEO2 dan teknologi pengolahan limbah tradisional akan sangat mempromosikan penerapan teknologi katalitik material berbasis Nano CEO2 di bidang pengolahan air.
(4) Masih ada penelitian terbatas tentang toksisitas bahan berbasis CEO2 nano, dan perilaku lingkungan dan mekanisme toksisitas dalam sistem pengolahan air belum ditentukan. Proses pengolahan limbah yang sebenarnya sering melibatkan koeksistensi beberapa polutan, dan polutan yang hidup berdampingan akan berinteraksi satu sama lain, sehingga mengubah karakteristik permukaan dan potensi toksisitas nanomaterial. Oleh karena itu, ada kebutuhan mendesak untuk melakukan lebih banyak penelitian tentang aspek terkait.
Waktu posting: Mei-22-2023