CeO2er mikilvægur hluti sjaldgæfra jarðefna.Thesjaldgæft jarðefni ceriumhefur einstaka ytri rafeindabyggingu - 4f15d16s2.Sérstakt 4f lag þess getur í raun geymt og losað rafeindir, sem gerir það að verkum að ceriumjónir hegða sér í +3 gildisstöðu og +4 gildisstöðu.Þess vegna hafa CeO2 efni fleiri súrefnisgöt og hafa framúrskarandi getu til að geyma og losa súrefni.Gagnkvæm umbreyting Ce (III) og Ce (IV) gefur einnig CeO2 efni einstaka oxunar-afoxunarhvarfagetu.Í samanburði við magnefni hefur nano CeO2, sem ný tegund ólífræns efnis, fengið mikla athygli vegna mikils sérstakrar yfirborðs, framúrskarandi súrefnisgeymslu og losunargetu, leiðni súrefnisjóna, afoxunarafkasta og hröðrar dreifingar súrefnislausnar við háan hita. getu.Það er nú til mikill fjöldi rannsóknarskýrslna og tengdra forrita sem nota nanó CeO2 sem hvata, hvatabera eða aukefni, virka þætti og aðsogsefni.
1. Undirbúningsaðferð nanómetracerium oxíð
Sem stendur innihalda algengar undirbúningsaðferðir fyrir nanó ceríu aðallega efnafræðilega aðferð og eðlisfræðilega aðferð.Samkvæmt mismunandi efnafræðilegum aðferðum er hægt að skipta efnafræðilegum aðferðum í útfellingaraðferð, vatnshitunaraðferð, solvothermal aðferð, sólgelaðferð, örfleytiaðferð og rafútfellingaraðferð;Líkamlega aðferðin er aðallega malaaðferðin.
1.1 Malaaðferð
Malunaraðferðin til að undirbúa nano ceria notar almennt sandslípun, sem hefur kosti lágan kostnað, umhverfisvænni, hraðan vinnsluhraða og sterka vinnslugetu.Það er eins og er mikilvægasta vinnsluaðferðin í nano ceria iðnaðinum.Til dæmis notar undirbúningur nanóseríumoxíðfægingardufts almennt blöndu af brennslu og sandslípun, og hráefni ceríumbyggðra denitrunarhvata er einnig blandað til formeðferðar eða meðhöndlað eftir brennslu með því að nota sandmala.Með því að nota mismunandi kornastærð sandmala perluhlutföll, er hægt að fá nanó cería með D50 á bilinu frá tugum til hundruð nanómetra með aðlögun.
1.2 Úrkomuaðferð
Útfellingaraðferðin vísar til aðferðarinnar við að útbúa fast duft með útfellingu, aðskilnaði, þvotti, þurrkun og brennslu hráefna sem eru leyst upp í viðeigandi leysum.Úrkomuaðferðin er mikið notuð við framleiðslu á sjaldgæfum jarðvegi og dópuðum nanóefnum, með kostum eins og einföldu undirbúningsferli, mikilli skilvirkni og litlum tilkostnaði.Það er almennt notuð aðferð til að undirbúa nano ceria og samsett efni þess í iðnaði.Þessi aðferð getur undirbúið nano cerium með mismunandi formgerð og kornastærð með því að breyta útkomuhitastigi, efnisstyrk, pH gildi, úrkomuhraða, hræringarhraða, sniðmát osfrv. Algengar aðferðir byggjast á útfellingu ceriumjóna úr ammoníaki sem myndast við niðurbrot þvagefnis, og framleiðslu á nano ceria örkúlum er stjórnað af sítratjónum.Að öðrum kosti er hægt að fella seríumjónir út með OH - sem myndast við vatnsrof natríumsítrats, og síðan ræktað og brennt til að búa til flögur eins og nanó ceria örkúlur.
1.3 Vatnshita- og sólvarmaaðferðir
Þessar tvær aðferðir vísa til aðferðarinnar við að undirbúa vörur með háhita- og háþrýstingsviðbrögðum við mikilvægan hita í lokuðu kerfi.Þegar hvarfleysirinn er vatn er það kallað vatnshitaaðferð.Að sama skapi, þegar hvarfleysirinn er lífrænn leysir, er það kallað solvothermal aðferð.Tilbúnu nanóagnirnar hafa mikinn hreinleika, góða dreifingu og einsleitar agnir, sérstaklega nanóduft með mismunandi formgerð eða óvarinn sérstaka kristalshlið.Leysið upp ceríumklóríð í eimuðu vatni, hrærið og bætið við natríumhýdroxíðlausn.Hvarfðu vatnshita við 170 ℃ í 12 klukkustundir til að búa til ceriumoxíð nanorods með óvarnum (111) og (110) kristalplanum.Með því að stilla hvarfskilyrðin er hægt að auka hlutfall (110) kristalplana í óvarnum kristalplanum, sem eykur hvatavirkni þeirra enn frekar.Að stilla hvarfleysi og yfirborðsbindla getur einnig framleitt nanó cería agnir með sérstaka vatnssækni eða fitusækni.Til dæmis getur það að bæta asetatjónum við vatnsfasann búið til eindreifðar vatnssæknar ceriumoxíð nanóagnir í vatni.Með því að velja óskautaðan leysi og setja inn olíusýru sem bindil meðan á efnahvarfinu stendur, er hægt að búa til eindreifðar fitusæknar ceríanóagnir í óskautuðum lífrænum leysum.(Sjá mynd 1)
Mynd 1 Eindreifð kúlulaga nanó cería og stangalaga nanó cería
1.4 Sol gel aðferð
Sol gel aðferðin er aðferð sem notar sum eða fleiri efnasambönd sem undanfara, framkvæmir efnahvörf eins og vatnsrof í vökvafasanum til að mynda sól, og myndar síðan hlaup eftir öldrun og að lokum þurrkar og brennir til að útbúa ofurfínt duft.Þessi aðferð er sérstaklega hentug til að útbúa mjög dreifð fjölþátta nanó cería samsett nanóefni, svo sem cerium járn, cerium títan, cerium zirconium og önnur samsett nanóoxíð, sem hefur verið greint frá í mörgum skýrslum.
1.5 Aðrar aðferðir
Til viðbótar við ofangreindar aðferðir eru einnig til örkremsaðferð, örbylgjumyndunaraðferð, rafútfellingaraðferð, plasma logabrennsluaðferð, jónaskiptahimnu rafgreiningaraðferð og margar aðrar aðferðir.Þessar aðferðir hafa mikla þýðingu fyrir rannsóknir og notkun nanó ceríu.
Notkun 2 nanómetra ceriumoxíðs í vatnsmeðferð
Cerium er algengasta frumefnið meðal sjaldgæfra jarðefnaþátta, með lágt verð og víðtæka notkun.Nanómetra ceria og samsett efni þess hafa vakið mikla athygli á sviði vatnsmeðferðar vegna mikils sérstakrar yfirborðs, mikillar hvatavirkni og framúrskarandi byggingarstöðugleika.
2.1 Umsókn umNano Cerium oxíðí vatnsmeðferð með aðsogsaðferð
Á undanförnum árum, með þróun atvinnugreina eins og rafeindaiðnaðarins, hefur mikið magn af afrennsli sem inniheldur mengunarefni eins og þungmálmjónir og flúorjónir verið losað.Jafnvel við snefilstyrk getur það valdið verulegum skaða á vatnalífverum og lífumhverfi manna.Algengar aðferðir eru oxun, flot, öfug himnuflæði, aðsog, nanósíun, lífsog osfrv. Meðal þeirra er aðsogstækni oft tekin upp vegna einfaldrar notkunar, lágs kostnaðar og mikillar meðferðar skilvirkni.Nano CeO2 efni hafa mikið sérstakt yfirborð og mikla yfirborðsvirkni sem aðsogsefni, og það hafa verið margar skýrslur um myndun porous nano CeO2 og samsettra efna þess með mismunandi formgerð til að aðsoga og fjarlægja skaðlegar jónir úr vatni.
Rannsóknir hafa sýnt að nano ceria hefur sterka aðsogsgetu fyrir F - í vatni við veik súr aðstæður.Í lausn með upphafsstyrk F - 100mg/L og pH=5-6 er aðsogsgeta F - 23mg/g og brottnámshlutfall F - 85,6%.Eftir að það hefur verið hlaðið á pólýakrýlsýru plastefniskúlu (hleðslumagn: 0,25g/g), getur fjarlægingargeta F - náð yfir 99% þegar jafnt rúmmál 100mg/L af F - vatnslausn er meðhöndlað;Þegar unnið er 120 sinnum rúmmálið er hægt að fjarlægja meira en 90% af F -.Þegar það er notað til að aðsogast fosfat og joð, getur aðsogsgetan náð yfir 100mg/g undir samsvarandi ákjósanlegu aðsogsástandi.Notað efni er hægt að endurnýta eftir einfalda afsogs- og hlutleysunarmeðferð, sem hefur mikla efnahagslega ávinning.
Það eru margar rannsóknir á aðsog og meðhöndlun eitraðra þungmálma eins og arsens, króms, kadmíums og blýs með því að nota nanó cería og samsett efni þess.Besta aðsogssýrustigið er mismunandi fyrir þungmálmjónir með mismunandi gildisstöðu.Til dæmis hefur veikt basískt ástand með hlutlausum hlutdrægni besta aðsogsástandið fyrir As (III), á meðan ákjósanlegasta aðsogsástandið fyrir As (V) er náð við veik súr aðstæður, þar sem aðsogsgetan getur náð yfir 110mg/g við bæði skilyrði.Á heildina litið getur bjartsýni nýmyndun nanóceríu og samsettra efna þess náð háum aðsogs- og fjarlægingarhraða fyrir ýmsar þungmálmjónir á breitt pH-svið.
Á hinn bóginn hafa ceríumoxíð byggt nanóefni einnig framúrskarandi frammistöðu við að aðsoga lífræn efni í frárennsli, svo sem súr appelsínugult, rhodamine B, Kongó rautt, o.s.frv. Til dæmis, í fyrirliggjandi tilfellum, hafa nanó ceria porous kúlur sem eru framleiddar með rafefnafræðilegum aðferðum hátt aðsogsgeta við að fjarlægja lífræn litarefni, sérstaklega við að fjarlægja Kongó rauðan, með aðsogsgetu upp á 942,7mg/g á 60 mínútum.
2.2 Notkun nanóseria í háþróuðu oxunarferli
Lagt er til háþróað oxunarferli (AOPs í stuttu máli) til að bæta núverandi vatnsfría meðhöndlunarkerfi.Háþróað oxunarferli, einnig þekkt sem djúpoxunartækni, einkennist af framleiðslu á hýdroxýlrótarefni (· OH), ofuroxíðradikala (· O2 -), eintungu súrefni osfrv. með sterka oxunargetu.Við hvarfaðstæður háhita og þrýstings, rafmagns, hljóðs, ljósgeislunar, hvata osfrv. Samkvæmt mismunandi leiðum til að búa til sindurefna og hvarfskilyrði er hægt að skipta þeim í ljósefnafræðilega oxun, hvatandi blautoxun, sonochemistry oxun, óson oxun, rafefnafræðileg oxun, Fenton oxun o.s.frv. (sjá mynd 2).
Mynd 2 Flokkun og tækni Samsetning háþróaðs oxunarferlis
Nanó ceriaer ólíkur hvati sem almennt er notaður í háþróaðri oxunarferli.Vegna hraðrar umbreytingar á milli Ce3+ og Ce4+ og hraðvirkra oxunar-minnkandi áhrifa sem orsakast af súrefnisupptöku og losun, hefur nano ceria góða hvarfagetu.Þegar það er notað sem hvatahvata getur það einnig á áhrifaríkan hátt bætt hvatagetu og stöðugleika.Þegar nanó ceria og samsett efni þess eru notuð sem hvatar, eru hvataeiginleikar mjög mismunandi eftir formgerð, kornastærð og óvarnum kristalflötum, sem eru lykilþættir sem hafa áhrif á frammistöðu þeirra og notkun.Almennt er talið að því minni sem agnirnar eru og því stærra sem sértækt yfirborðsflatarmálið er, því meira samsvarandi virki staðurinn og því sterkari er hvarfagetan.Hvatageta óvarins kristalyfirborðs, frá sterku til veiks, er í röðinni (100) kristalyfirborð>(110) kristalyfirborðs>(111) kristalyfirborð, og samsvarandi stöðugleiki er öfugur.
Cerium oxíð er hálfleiðara efni.Þegar nanómetra ceríumoxíð er geislað af ljóseindum með orku sem er hærri en bandbilið, eru gildisbandsrafeindin spennt og umskipti endurröðunarhegðun á sér stað.Þessi hegðun mun stuðla að umbreytingarhlutfalli Ce3+ og Ce4+, sem leiðir til sterkrar ljóshvatavirkni nanó cería.Ljóshvatning getur náð beinu niðurbroti lífrænna efna án aukamengunar, þannig að notkun hennar er mest rannsakaða tæknin á sviði nanó ceríu í AOPs.Sem stendur er megináherslan á hvata niðurbrotsmeðferð á asó litarefnum, fenóli, klórbenseni og lyfjaafrennsli með því að nota hvata með mismunandi formgerð og samsettar samsetningar.Samkvæmt skýrslunni getur niðurbrotsgeta þessara efna almennt náð meira en 80% undir bjartsýni hvatamyndunaraðferð og hvarfalíkanaðstæðum og flutningsgeta heildar lífræns kolefnis (TOC) getur náð meira en 40%.
Nano cerium oxíð hvati fyrir niðurbrot lífrænna mengunarefna eins og ósons og vetnisperoxíðs er önnur tækni sem er mikið rannsökuð.Svipað og ljóshvata, leggur það einnig áherslu á getu nanóseríu með mismunandi formgerð eða kristalplanum og mismunandi samsettum hvataoxunarefnum sem byggjast á cerium til að oxa og brjóta niður lífræn mengunarefni.Í slíkum viðbrögðum geta hvatar hvatað myndun fjölda virkra efna úr ósoni eða vetnisperoxíði, sem ráðast á lífræn mengunarefni og ná fram skilvirkari oxunarniðurbrotsgetu.Vegna tilkomu oxunarefna í efnahvarfinu eykst geta til að fjarlægja lífræn efnasambönd til muna.Í flestum viðbrögðum getur endanlegt fjarlægingarhlutfall markefnisins náð eða nálgast 100%, auk þess sem hlutfallið sem fjarlægir TOC er hærra.
Í rafhvatafræðilegu háþróaðri oxunaraðferðinni ákvarða eiginleikar rafskautsefnisins með mikla súrefnisþróunarofmöguleika valhæfni rafhvatafræðilegrar háþróaðrar oxunaraðferðar til að meðhöndla lífræn mengunarefni.Bakskautsefnið er mikilvægur þáttur sem ákvarðar framleiðslu á H2O2 og framleiðsla á H2O2 ákvarðar skilvirkni rafhvatafræðilegrar háþróaðrar oxunaraðferðar við meðhöndlun lífrænna mengunarefna.Rannsóknin á breytingu á rafskautsefni með því að nota nanó cería hefur fengið mikla athygli bæði innanlands og erlendis.Vísindamenn kynna aðallega nanó cerium oxíð og samsett efni þess með mismunandi efnafræðilegum aðferðum til að breyta mismunandi rafskautsefnum, bæta rafefnafræðilega virkni þeirra og auka þar með rafhvatavirkni og endanlega fjarlægingarhraða.
Örbylgjuofn og ómskoðun eru oft mikilvægar hjálparráðstafanir fyrir ofangreindar hvatalíkön.Með því að taka úthljóðsaðstoð sem dæmi, með því að nota titringshljóðbylgjur með hærri tíðni en 25kHz á sekúndu, myndast milljónir af mjög litlum loftbólum í lausn sem er samsett með sérhönnuðu hreinsiefni.Þessar litlu loftbólur, meðan á hraðri þjöppun og þenslu stendur, framleiða stöðugt loftbóluhrun, sem gerir efnum kleift að skiptast fljótt og dreifast á yfirborði hvata, sem oft eykur veldisvísisvirkni hvarfa.
3 Niðurstaða
Nano ceria og samsett efni þess geta á áhrifaríkan hátt meðhöndlað jónir og lífræn mengunarefni í vatni og hefur mikilvæga notkunarmöguleika á framtíðarvatnsmeðferðarsvæðum.Hins vegar eru flestar rannsóknir enn á rannsóknarstofustigi og til að ná skjótum beitingu í vatnshreinsun í framtíðinni þarf enn brýnt að taka á eftirfarandi málum:
(1) Tiltölulega hár undirbúningskostnaður nanóCeO2byggt efni er enn mikilvægur þáttur í langflestum notkun þeirra við vatnsmeðferð, sem eru enn á rannsóknarstigi rannsóknarstofu.Að kanna ódýrar, einfaldar og árangursríkar undirbúningsaðferðir sem geta stjórnað formgerð og stærð nanó CeO2 efna er enn í brennidepli í rannsóknum.
(2) Vegna lítillar kornastærðar nanó CeO2 efna eru endurvinnslu- og endurnýjunarvandamál eftir notkun einnig mikilvægir þættir sem takmarka notkun þeirra.Samsetning þess með plastefni eða segulmagnaðir efni verður lykilrannsóknarstefna fyrir efnisgerð þess og endurvinnslutækni.
(3) Þróun á sameiginlegu ferli milli nanó CeO2 byggt efnisvatnsmeðferðartækni og hefðbundinnar skólphreinsunartækni mun mjög stuðla að beitingu nanó CeO2 byggt efnishvatatækni á sviði vatnsmeðferðar.
(4) Enn eru takmarkaðar rannsóknir á eiturhrifum efna sem byggjast á nanó CeO2 og umhverfishegðun þeirra og eiturhrifakerfi í vatnsmeðferðarkerfum hefur ekki enn verið ákvarðað.Raunverulegt skólphreinsunarferlið felur oft í sér sambúð margra mengunarefna og samhliða mengunarefnin munu hafa samskipti sín á milli og þar með breyta yfirborðseiginleikum og hugsanlegum eiturhrifum nanóefna.Því er brýnt að gera frekari rannsóknir á skyldum þáttum.
Birtingartími: 22. maí 2023