CEO2希土類材料の重要な要素です。希土類元素 セリウムユニークな外側の電子構造-4F15D16S2があります。その特別な4F層は、電子を効果的に保存および放出し、セリウムイオンを+3価状態と+4価状態で動作させることができます。したがって、CEO2材料はより多くの酸素穴を持ち、酸素を保存および放出する優れた能力を持っています。 CE（III）とCE（IV）の相互変換は、CEO2材料をユニークな酸化還元触媒能力でも与えます。バルク材料と比較して、NANO CEO2は新しいタイプの無機材料として、その高い特定の表面積、優れた酸素貯蔵および放出能力、酸素イオン導電率、レドックス性能、高温急速酸素空孔拡散能力により、広範囲にわたる注目を集めています。現在、NANO CEO2を触媒、触媒キャリアまたは添加物、アクティブ成分、吸着剤として使用して、多数の研究レポートと関連アプリケーションがあります。
1。ナノメートルの準備方法酸化セリウム
現在、Nano Ceriaの一般的な調製方法には、主に化学的方法と物理的方法が含まれています。さまざまな化学法によれば、化学法は降水法、水熱法、溶媒法、ゾルゲル法、マイクロエマルジョン法、電気堆積法に分けることができます。物理的方法は、主に研削方式です。
1.1研削方法
Nano Ceriaを準備するための研削方法は、一般に砂粉砕を使用します。これには、低コスト、環境への親しみやすさ、加工速度、強力な処理能力の利点があります。現在、ナノセリア業界で最も重要な処理方法です。たとえば、ナノ酸化セリウム研磨粉末の調製は一般に、焼成と砂粉砕の組み合わせを採用しており、セリウムベースの脱脱脂肪触媒の原料も、前治療または砂粉砕を使用して焼成後に処理するために混合されます。異なる粒子サイズの砂粉砕ビーズ比を使用することにより、数十から数百のナノメートルまでのD50のナノセリアを調整を通じて得ることができます。
1.2降水方法
降水方法とは、適切な溶媒に溶解した原材料の降水、分離、洗浄、乾燥、および焼成により、固体粉末を調製する方法を指します。降水方法は、単純な準備プロセス、高効率、低コストなどの利点を備えた、希土類およびドープされたナノ材料の調製に広く使用されています。これは、産業におけるナノセリアとその複合材料を準備するための一般的に使用される方法です。この方法は、沈殿温度、材料濃度、pH値、沈殿速度、攪拌速度、テンプレートなどを変更することにより、異なる形態と粒子サイズのナノセリアを調製できます。一般的な方法は、尿素分解によって生成されたアンモニアからのセリウムイオンの沈殿に依存し、ナノ毛膜の調製はシトラートイオンによって制御されます。あるいは、セリウムイオンは、クエン酸ナトリウムの加水分解から生成されたOHによって沈殿し、インキュベートおよび焼成してナノセリアの微小球のようなフレークを調製することができます。
1.3熱水および溶剤法
これらの2つの方法は、閉じたシステムの臨界温度での高温および高圧反応による製品を準備する方法を指します。反応溶媒が水である場合、それは水熱法と呼ばれます。それに対応して、反応溶媒が有機溶媒である場合、溶剤法と呼ばれます。合成されたナノ粒子は、高い純度、良好な分散、均一な粒子、特に異なる形態または露出した特別な結晶面を持つナノ粉末を持っています。塩化セリウムを蒸留水に溶解し、水酸化ナトリウム溶液を攪拌して加えます。露出した（111）および（110）結晶面で酸化セリウムナノロッドを調製するために、170℃で12時間反応します。反応条件を調整することにより、露出した結晶面の（110）結晶面の割合を増やすことができ、触媒活性をさらに高めます。反応溶媒と表面のリガンドを調整すると、特別な親水性または親油性を持つナノセリア粒子も生成できます。たとえば、水相に酢酸イオンを添加すると、水中の単分散型酸化セリウムナノ粒子を水中に調製することができます。非極性溶媒を選択し、反応中にオレイン酸をリガンドとして導入することにより、非極性有機溶媒で調製することができます。 （図1を参照）
図1単分散球状ナノセリアとロッド型のナノセリア
1.4ソルゲル法
SOL GEL法は、前駆体として一部またはいくつかの化合物を使用し、液相で加水分解などの化学反応を行い、ゾルを形成し、老化後にゲルを形成し、最後にウルトラフィンパウダーを調製するためにドライとカルシンを形成する方法です。この方法は、多くの報告で報告されているセリウム鉄、セリウムチタン、セリウムジルコニウム、その他の複合ナノ酸化物など、高度に分散した多成分ナノセリア複合ナノ材料の調製に特に適しています。
1.5その他の方法
上記の方法に加えて、マイクロローション法、マイクロ波合成方法、電気堆積方法、プラズマ炎燃焼法、イオン交換膜電解法、およびその他の多くの方法もあります。これらの方法は、Nano Ceriaの研究と応用にとって非常に重要です。
水処理における2ナノメートル酸化セリウムの適用
セリウムは、低価格と幅広いアプリケーションを備えた希土類要素の中で最も豊富な要素です。ナノメートルセリアとその複合材料は、特異的な表面積が高い、触媒活性が高い、優れた構造安定性により、水処理の分野で多くの注目を集めています。
2.1の適用酸化ナノ吸着法による水処理において
近年、エレクトロニクス産業などの産業の開発により、重金属イオンやフッ素イオンなどの汚染物質を含む大量の廃水が排出されています。微量濃度でさえ、水生生物と人間の生活環境に大きな害を及ぼす可能性があります。一般的に使用される方法には、酸化、浮選、逆浸透、吸着、ナノフィルトレーション、生物吸着などが含まれます。その中で、吸着技術は、その単純な操作、低コスト、および高い治療効率のためにしばしば採用されます。 NANO CEO2材料は、吸着剤として高い特定の表面積と高い表面活性を持ち、多孔質Nano Ceo2とその複合材料の合成に関する多くの報告があり、異なる形態を吸い込んで水から有害なイオンを除去します。
研究によると、ナノ・セリアは、弱酸性条件下で水中のFの強い吸着能力を持っていることが示されています。 F -100mg/LおよびpH = 5-6の初期濃度の溶液では、F -F -adsORPTION容量は23mg/gで、F -の除去速度は85.6％です。ポリアクリル酸樹脂ボール（荷重量：0.25g/g）に積み込んだ後、F-の除去能力は、等量の100mg/Lのf-水溶液を処理すると99％以上に達する可能性があります。ボリュームの120倍の処理の場合、F-の90％以上を削除できます。リン酸吸着剤とヨウ化に使用すると、吸着能力は、対応する最適な吸着状態で100mg/g以上に達する可能性があります。使用済みの材料は、単純な脱着と中和治療の後に再利用できます。
ナノセリアとその複合材料を使用して、ヒ素、クロム、カドミウム、鉛などの有毒な重金属の吸着と治療に関する多くの研究があります。最適な吸着pHは、異なる原子価状態を持つ重金属イオンで異なります。たとえば、中性バイアスを伴う弱いアルカリ疾患はAS（III）に最適な吸着状態を持ち、ASの最適な吸着状態は、両方の条件下で110mg/gを超える吸着能力が110mg/gを超える酸性条件下で達成されます。全体として、Nano Ceriaとその複合材料の最適化された合成は、広いpH範囲にわたるさまざまな重金属イオンの高い吸着と除去速度を達成できます。
一方、セリウム酸化物ベースのナノ材料は、酸オレンジ、ローダミンB、コンゴレッドなど、廃水の有機物吸着性有機物にも優れた性能を持っています。たとえば、既存の報告された症例では、電気化学的方法によって調製されたナノセリアの多孔質球体は、特に有機産物の除去容量の除去容量で吸着能力があります。 60分で942.7mg/g。
2.2高度な酸化プロセスにおけるNano Ceriaの適用
既存の無水治療システムを改善するために、高度な酸化プロセス（略してAOP）が提案されています。深部酸化技術としても知られる高度な酸化プロセスは、強い酸化能力を備えたヒドロキシルラジカル（・OH）、スーパーオキシドラジカル（・O2-）、一重項酸素などの生産によって特徴付けられます。高温と圧力、電気、音、光照射、触媒などの反応条件下で、フリーラジカルと反応条件を生成するさまざまな方法に従って、それらは光化学酸化、触媒湿潤酸化、ソノケミストミズム酸化、オゾン酸化、オゾン酸化、電気化学酸化、フェントン酸化などに分けることができます。
図2高度な酸化プロセスの分類と技術の組み合わせ
ナノ・セリア高度な酸化プロセスで一般的に使用される不均一な触媒です。 Ce3+とCe4+の間の急速な変換と、酸素吸収と放出によってもたらされる急速な酸化還元効果により、Nano Ceriaは優れた触媒能力を持っています。触媒プロモーターとして使用すると、触媒能力と安定性を効果的に改善することもできます。 Nano Ceriaとその複合材料が触媒として使用される場合、触媒特性は、形態、粒子サイズ、および露出した結晶面によって大きく異なります。一般に、粒子が小さく、特定の表面積が大きいほど、対応する活性部位がより強く、触媒能力が強くなると考えられています。露出した結晶表面の触媒能力は、強いものから弱いものまで、（100）結晶表面>（110）結晶表面>（111）結晶表面の順にあり、対応する安定性は反対です。
酸化セリウムは半導体材料です。ナノメートル酸化セリウムに、バンドギャップよりも高いエネルギーの光子によって照射されると、価数帯電子が励起され、遷移再結合挙動が発生します。この挙動は、CE3+およびCE4+の変換速度を促進し、ナノセリアの強い光触媒活性をもたらします。光触媒は、二次汚染なしに有機物の直接的な分解を達成することができるため、その応用はAOPSのNano Ceriaの分野で最も研究された技術です。現在、主な焦点は、異なる形態と複合組成の触媒を使用したアゾ染料、フェノール、クロロベンゼン、および医薬品廃水の触媒分解処理です。レポートによると、最適化された触媒合成法と触媒モデル条件下では、これらの物質の分解能力は一般に80％以上に達する可能性があり、総有機炭素（TOC）の除去能力は40％以上に達する可能性があります。
オゾンや過酸化水素などの有機汚染物質の分解のための酸化セリウム触媒は、別の広く研究されている技術です。光触媒と同様に、異なる形態または結晶面、および有機汚染物質を酸化および分解するための異なるセリウムベースの複合酸化剤を持つナノセリアの能力にも焦点を当てています。このような反応では、触媒は、オゾンまたは過酸化水素からの多数の活性ラジカルの生成を触媒し、有機汚染物質を攻撃し、より効率的な酸化的分解能力を達成します。反応中の酸化剤の導入により、有機化合物を除去する能力が大幅に強化されます。ほとんどの反応では、標的物質の最終的な除去速度が100％に達するか、近づくことができ、TOC除去率も高くなります。
電気触媒進行酸化法では、高酸素進化過負荷の陽極材料の特性は、有機汚染物質を治療するための電気触媒進行酸化方法の選択性を決定します。カソード材料は、H2O2の産生を決定する重要な要因であり、H2O2の産生は有機汚染物質を治療するための電気触媒進行酸化方法の効率を決定します。 Nano Ceriaを使用した電極材料の修飾の研究は、国内および国際的に広く注目されています。研究者は主に、さまざまな電極材料を修正し、電気化学的活性を改善し、それによって電気触媒活性と最終除去速度を増加させるために、さまざまな化学的方法を通じて酸化ナノとその複合材料を導入します。
マイクロ波と超音波は、多くの場合、上記の触媒モデルの重要な補助測定値です。例として超音波支援を受けて、25kHzあたりの周波数を持つ振動音波を使用して、特別に設計された洗浄剤で処方された溶液で数百万の非常に小さな泡が生成されます。これらの小さな泡は、急速な圧縮と膨張中に常に泡の爆発を生成し、材料が触媒表面で迅速に交換して拡散し、しばしば指数関数的に触媒効率を改善します。
3結論
Nano Ceriaとその複合材料は、水中でイオンと有機汚染物質を効果的に治療し、将来の水処理分野で重要な応用の可能性を秘めています。しかし、ほとんどの研究はまだ実験室の段階にあり、将来の水処理における迅速な適用を達成するために、以下の問題に緊急に対処する必要があります。
（1）ナノの比較的高い準備コストCEO2ベースの材料は、まだ実験室の研究段階にある水処理におけるアプリケーションの大部分において重要な要素であり続けています。 NANO CEO2ベースの材料の形態とサイズを調節できる、低コストでシンプルで効果的な準備方法を調査することは、まだ研究の焦点です。
（2）NANO CEO2ベースの材料の粒子サイズが小さいため、使用後のリサイクルおよび再生の問題も、その用途を制限する重要な要因です。樹脂材料または磁気材料を使用した複合は、その材料の準備とリサイクル技術の重要な研究方向になります。
（3）NANO CEO2ベースの材料水処理技術と従来の下水処理技術との間の共同プロセスの開発は、水処理の分野におけるNANO CEO2ベースの材料触媒技術の適用を大いに促進します。
（4）NANO CEO2ベースの材料の毒性に関する研究はまだ限られており、水処理システムにおける環境行動と毒性メカニズムはまだ決定されていません。実際の下水処理プロセスには、多くの場合、複数の汚染物質の共存が含まれ、共存する汚染物質は互いに相互作用し、それによりナノ材料の表面特性と潜在的な毒性を変化させます。したがって、関連する側面に関するより多くの研究を実施する緊急の必要性があります。
投稿時間：5月22日 - 2023年