CeO2minangka komponèn penting saka bahan bumi langka.Ingunsur rare earth ceriumnduweni struktur elektronik njaba unik - 4f15d16s2.Lapisan 4f khusus bisa nyimpen lan ngeculake elektron kanthi efektif, nggawe ion cerium tumindak ing negara valensi +3 lan negara valensi +4.Mulane, bahan CeO2 duwe bolongan oksigen luwih akeh, lan nduweni kemampuan sing apik kanggo nyimpen lan ngeculake oksigen.Konversi bebarengan Ce (III) lan Ce (IV) uga menehi bahan CeO2 kanthi kapabilitas katalitik reduksi-oksidasi sing unik.Dibandhingake karo bahan akeh, nano CeO2, minangka jinis anyar saka materi anorganik, wis ditampa kawigatosan nyebar amarga area lumahing tartamtu dhuwur, panyimpenan oksigen banget lan kemampuan release, konduktivitas ion oksigen, kinerja redoks, lan suhu dhuwur kanthi cepet oksigen difusi lowongan. kabisan.Saiki ana akeh laporan riset lan aplikasi sing gegandhengan nggunakake nano CeO2 minangka katalis, operator katalis utawa aditif, komponen aktif, lan adsorben.
1. Cara persiapan nanometercerium oksida
Saiki, cara persiapan umum kanggo nano ceria utamane kalebu metode kimia lan metode fisik.Miturut cara kimia sing beda, cara kimia bisa dipérang dadi cara udan, metode hidrotermal, metode solvothermal, metode sol gel, metode mikroemulsi lan metode elektrodeposisi;Cara fisik utamane cara mecah.
1.1 Metode Penggilingan
Cara nggiling kanggo nyiapake nano ceria umume nggunakake mecah pasir, sing nduweni kaluwihan biaya murah, ramah lingkungan, kecepatan pangolahan cepet, lan kemampuan pangolahan sing kuwat.Saiki minangka cara pangolahan sing paling penting ing industri nano ceria.Contone, nyiapake bubuk polishing nano cerium oxide umume nganggo kombinasi kalsinasi lan penggilingan pasir, lan bahan mentah katalis denitrasi adhedhasar cerium uga dicampur kanggo perawatan sadurunge utawa diolah sawise kalsinasi nggunakake penggilingan pasir.Kanthi nggunakake macem-macem ukuran partikel pasir grinding rasio manik, nano ceria karo D50 kiro-kiro saka puluhan kanggo atusan nanometer bisa dijupuk liwat imbuhan.
1.2 Metode udan
Cara udan nuduhake cara nyiyapake bubuk padhet kanthi presipitasi, pamisahan, ngumbah, pangatusan, lan kalsinasi bahan mentah sing dibubarake ing pelarut sing cocog.Cara presipitasi digunakake akeh ing nyiapake bahan nano bumi lan doped, kanthi kaluwihan kayata proses persiapan sing gampang, efisiensi dhuwur, lan biaya murah.Iki minangka cara sing umum digunakake kanggo nyiapake nano ceria lan bahan komposit ing industri.Cara iki bisa nyiyapake nano ceria kanthi morfologi lan ukuran partikel sing beda-beda kanthi ngganti suhu udan, konsentrasi materi, nilai pH, kecepatan udan, kecepatan aduk, cithakan, lan liya-liyane. lan nyiapake microspheres nano ceria dikontrol dening ion sitrat.Utawa, ion cerium bisa diencerake dening OH - sing diasilake saka hidrolisis natrium sitrat, banjur diinkubasi lan dikalsinasi kanggo nyiyapake serpihan kaya mikrosfer nano ceria.
1.3 Cara hidrotermal lan solvothermal
Loro cara iki nuduhake cara nyiapake produk kanthi reaksi suhu dhuwur lan tekanan dhuwur ing suhu kritis ing sistem tertutup.Nalika pelarut reaksi yaiku banyu, diarani metode hidrotermal.Kajaba iku, nalika pelarut reaksi minangka pelarut organik, diarani metode solvothermal.Partikel nano sing disintesis nduweni kemurnian sing dhuwur, dispersi sing apik lan partikel seragam, utamane bubuk nano kanthi morfologi sing beda utawa pasuryan kristal khusus sing kapapar.Bubarake cerium klorida ing banyu suling, aduk lan tambahake larutan natrium hidroksida.Reaksi hidrotermal ing 170 ℃ suwene 12 jam kanggo nyiapake nanorod cerium oxide kanthi bidang kristal (111) lan (110) sing kapapar.Kanthi nyetel kahanan reaksi, proporsi (110) bidang kristal ing bidang kristal sing kapapar bisa ditambah, luwih ningkatake aktivitas katalitik.Nyetel pelarut reaksi lan ligan permukaan uga bisa ngasilake partikel nano ceria kanthi hidrofilik utawa lipofilisitas khusus.Contone, nambahake ion asetat menyang fase banyu bisa nyiyapake nanopartikel cerium oksida hidrofilik monodisperse ing banyu.Kanthi milih pelarut non-polar lan ngenalake asam oleat minangka ligan sajrone reaksi, nanopartikel ceria lipofilik monodisperse bisa disiapake ing pelarut organik non-polar.(Deleng Gambar 1)
Gambar 1 Monodisperse spherical nano ceria lan rod-shaped nano ceria
1.4 Metode sol gel
Cara gel sol minangka cara sing nggunakake sawetara utawa sawetara senyawa minangka prekursor, nindakake reaksi kimia kayata hidrolisis ing fase cair kanggo mbentuk sol, lan banjur mbentuk gel sawise tuwa, lan pungkasane garing lan calcines kanggo nyiyapake bubuk ultrafine.Cara iki utamané cocok kanggo nyiapake nanomaterials komposit multi-komponen multi-komponen nano ceria, kayata wesi cerium, cerium titanium, cerium zirconium lan nano oksida komposit liyane, sing wis dilaporake ing akeh laporan.
1.5 Cara liya
Saliyane metode ing ndhuwur, ana uga metode lotion mikro, metode sintesis gelombang mikro, metode elektrodeposisi, metode pembakaran nyala plasma, metode elektrolisis membran pertukaran ion lan liya-liyane.Cara-cara kasebut nduweni makna gedhe kanggo riset lan aplikasi nano ceria.
Aplikasi saka 2-nanometer cerium oxide ing perawatan banyu
Cerium minangka unsur paling akeh ing antarane unsur bumi langka, kanthi rega murah lan aplikasi sing akeh.Nanometer ceria lan komposite wis narik kawigaten ing babagan perawatan banyu amarga area permukaan spesifik sing dhuwur, aktivitas katalitik sing dhuwur lan stabilitas struktur sing apik.
2.1 Aplikasi sakaNano Cerium Oksidaing Pengolahan Banyu kanthi Metode Adsorpsi
Ing taun-taun pungkasan, kanthi pangembangan industri kayata industri elektronik, akeh banyu limbah sing ngemot polutan kayata ion logam abot lan ion fluorin wis dibuwang.Malah ing konsentrasi tilak, bisa nyebabake karusakan sing signifikan kanggo organisme akuatik lan lingkungan urip manungsa.Cara sing umum digunakake kalebu oksidasi, flotasi, reverse osmosis, adsorpsi, nanofiltrasi, biosorpsi, lan liya-liyane.Bahan Nano CeO2 nduweni area lumahing spesifik sing dhuwur lan aktivitas permukaan sing dhuwur minangka adsorben, lan ana akeh laporan babagan sintesis nano CeO2 keropos lan bahan komposit kanthi morfologi sing beda kanggo adsorb lan mbusak ion mbebayani saka banyu.
Riset wis nuduhake yen nano ceria nduweni kapasitas adsorpsi sing kuat kanggo F - ing banyu ing kahanan asam banget.Ing solusi kanthi konsentrasi awal F - saka 100mg / L lan pH = 5-6, kapasitas adsorpsi kanggo F - yaiku 23mg / g, lan tingkat penghapusan F - yaiku 85,6%.Sawise dimuat menyang bal resin asam polyacrylic (loading jumlah: 0,25g / g), kemampuan aman saka F - bisa tekan liwat 99% nalika nambani volume witjaksono 100mg / L saka F - solusi banyu;Nalika ngolah 120 kaping volume, luwih saka 90% F - bisa dibusak.Nalika digunakake kanggo adsorb fosfat lan iodate, kapasitas adsorption bisa tekan liwat 100mg / g ing negara adsorption optimal cocog.Materi sing digunakake bisa digunakake maneh sawise desorpsi lan perawatan netralisasi sing prasaja, sing nduweni keuntungan ekonomi sing dhuwur.
Ana akeh studi babagan adsorpsi lan perawatan logam abot beracun kayata arsenik, kromium, kadmium, lan timbal nggunakake nano ceria lan bahan komposite.PH adsorpsi optimal beda-beda kanggo ion logam abot karo negara valensi beda.Contone, kondisi alkalin banget karo bias netral nduweni negara adsorpsi paling apik kanggo As (III), nalika negara adsorpsi optimal kanggo As (V) wis ngrambah ing kahanan asam banget, ngendi kapasitas adsorption bisa tekan liwat 110mg / g ing loro. kahanan.Sakabèhé, sintesis nano ceria lan bahan komposit sing dioptimalake bisa entuk tingkat adsorpsi lan penghapusan sing dhuwur kanggo macem-macem ion logam abot ing sawetara pH sing amba.
Saliyane, bahan nano adhedhasar cerium oksida uga nduweni kinerja sing luar biasa ing adsorbing organik ing banyu limbah, kayata jeruk asam, rhodamine B, Kongo abang, lan liya-liyane. kapasitas adsorpsi ing aman saka pewarna organik, utamané ing aman Kongo abang, karo kapasitas adsorption saka 942.7mg / g ing 60 menit.
2.2 Aplikasi nano ceria ing proses oksidasi Lanjut
Proses oksidasi lanjutan (AOPs kanggo cendhak) diusulake kanggo nambah sistem perawatan anhidrat sing ana.Proses oksidasi lanjut, uga dikenal minangka teknologi oksidasi jero, ditondoi dening produksi radikal hidroksil (· OH), radikal superoksida (· O2 -), oksigen singlet, lan liya-liyane kanthi kemampuan oksidasi sing kuwat.Ing kahanan reaksi suhu lan tekanan dhuwur, listrik, swara, iradiasi cahya, katalis, lan liya-liyane. Miturut macem-macem cara ngasilake radikal bebas lan kahanan reaksi, bisa dipérang dadi oksidasi fotokimia, oksidasi udan katalitik, oksidasi sonokimia, ozon. oksidasi, oksidasi elektrokimia, oksidasi Fenton, lsp (pirsani Gambar 2).
Gambar 2 Klasifikasi lan Kombinasi Teknologi Proses oksidasi Lanjut
Nano ceriaminangka katalis heterogen sing umum digunakake ing proses oksidasi Lanjut.Amarga konversi cepet antarane Ce3 + lan Ce4 + lan efek oksidasi-reduksi kanthi cepet sing digawa dening panyerepan lan release oksigen, nano ceria nduweni kemampuan katalitik apik.Nalika digunakake minangka promotor katalis, uga bisa ningkatake kemampuan lan stabilitas katalitik kanthi efektif.Nalika nano ceria lan bahan komposit digunakake minangka katalis, sifat katalitik beda banget karo morfologi, ukuran partikel, lan bidang kristal sing katon, sing dadi faktor kunci sing mengaruhi kinerja lan aplikasi.Umume dipercaya manawa partikel sing luwih cilik lan luwih gedhe area permukaan tartamtu, situs aktif sing luwih cocog, lan luwih kuat kemampuan katalitik.Kemampuan katalitik saka lumahing kristal sing kapapar, saka kuwat nganti ringkih, ing urutan saka (100) lumahing kristal> (110) lumahing kristal> (111) lumahing kristal, lan stabilitas cocog ngelawan.
Cerium oxide minangka bahan semikonduktor.Nalika nanometer cerium oxide disinari dening foton kanthi energi sing luwih dhuwur tinimbang celah pita, elektron pita valensi bungah, lan prilaku rekombinasi transisi dumadi.Prilaku iki bakal ningkatake tingkat konversi Ce3 + lan Ce4 +, nyebabake aktivitas fotokatalitik sing kuat saka nano ceria.Photocatalysis bisa entuk degradasi langsung bahan organik tanpa polusi sekunder, mula aplikasi kasebut minangka teknologi sing paling diteliti ing bidang nano ceria ing AOPs.Saiki, fokus utama yaiku perawatan degradasi katalitik pewarna azo, fenol, klorobenzena, lan banyu limbah farmasi nggunakake katalis kanthi morfologi lan komposisi komposit sing beda.Miturut laporan kasebut, miturut metode sintesis katalis sing dioptimalake lan kahanan model katalitik, kapasitas degradasi zat kasebut umume bisa tekan luwih saka 80%, lan kapasitas ngilangi Total karbon organik (TOC) bisa tekan luwih saka 40%.
Nano cerium oxide catalysis kanggo degradasi polutan organik kayata ozon lan hidrogen peroksida minangka teknologi liyane sing ditliti.Kaya karo fotokatalisis, uga fokus ing kemampuan nano ceria kanthi morfologi utawa bidang kristal sing beda lan oksidan katalitik komposit adhedhasar cerium sing beda kanggo ngoksidasi lan ngrusak polutan organik.Ing reaksi kasebut, katalis bisa nggawe katalis akeh radikal aktif saka ozon utawa hidrogen peroksida, sing nyerang polutan organik lan entuk kapabilitas degradasi oksidatif sing luwih efisien.Amarga introduksi oksidan ing reaksi kasebut, kemampuan kanggo mbusak senyawa organik saya tambah akeh.Ing umume reaksi, tingkat penghapusan pungkasan saka zat target bisa tekan utawa nyedhaki 100%, lan tingkat penghapusan TOC uga luwih dhuwur.
Ing metode oksidasi lanjut elektrokatalitik, sifat-sifat bahan anoda kanthi overpotensi evolusi oksigen dhuwur nemtokake selektivitas metode oksidasi lanjut elektrokatalitik kanggo ngobati polutan organik.Bahan katoda minangka faktor penting sing nemtokake produksi H2O2, lan produksi H2O2 nemtokake efisiensi metode oksidasi lanjutan elektrokatalitik kanggo ngobati polutan organik.Panliten babagan modifikasi material elektroda nggunakake nano ceria wis entuk kawigatosan sing nyebar ing njero lan internasional.Peneliti utamane ngenalake nano cerium oxide lan bahan komposit liwat cara kimia sing beda kanggo ngowahi bahan elektroda sing beda-beda, nambah aktivitas elektrokimia, lan kanthi mangkono nambah aktivitas elektrokatalitik lan tingkat penghapusan pungkasan.
Gelombang mikro lan ultrasonik asring minangka ukuran tambahan sing penting kanggo model katalitik ing ndhuwur.Njupuk bantuan ultrasonik minangka conto, nggunakake gelombang swara geter kanthi frekuensi sing luwih dhuwur tinimbang 25kHz per detik, mayuta-yuta gelembung cilik banget digawe ing solusi sing diformulasikan karo agen pembersih sing dirancang khusus.Gelembung cilik iki, sajrone kompresi lan ekspansi kanthi cepet, terus-terusan ngasilake implosion gelembung, saéngga bahan bisa cepet ijol-ijolan lan nyebar ing permukaan katalis, asring kanthi eksponensial ningkatake efisiensi katalitik.
3 Kesimpulan
Nano ceria lan bahan komposit kanthi efektif bisa nambani ion lan polutan organik ing banyu, lan duweni potensi aplikasi penting ing lapangan perawatan banyu ing mangsa ngarep.Nanging, umume riset isih ana ing tahap laboratorium, lan kanggo entuk aplikasi kanthi cepet ing perawatan banyu ing mangsa ngarep, masalah ing ngisor iki isih kudu ditanggulangi kanthi cepet:
(1) Biaya persiapan nano sing relatif dhuwurCeO2bahan adhedhasar tetep faktor penting ing akèh-akèhé saka aplikasi ing perawatan banyu, kang isih ing tataran riset laboratorium.Njelajah cara nyiapake murah, prasaja lan efektif sing bisa ngatur morfologi lan ukuran bahan adhedhasar nano CeO2 isih dadi fokus riset.
(2) Amarga ukuran partikel cilik saka bahan adhedhasar nano CeO2, masalah daur ulang lan regenerasi sawise nggunakake uga faktor penting matesi aplikasi.Gabungan karo bahan resin utawa bahan magnetik bakal dadi arah riset utama kanggo nyiapake materi lan teknologi daur ulang.
(3) Pangembangan proses gabungan antarane teknologi perawatan banyu materi adhedhasar nano CeO2 lan teknologi perawatan limbah tradisional bakal nemen ningkatake aplikasi teknologi katalitik materi berbasis nano CeO2 ing bidang perawatan banyu.
(4) Isih ana riset winates babagan keracunan bahan adhedhasar nano CeO2, lan prilaku lingkungan lan mekanisme keracunan ing sistem perawatan banyu durung ditemtokake.Proses pangolahan limbah sing nyata asring nyangkut coexistence saka macem-macem polutan, lan polutan sing ana bebarengan bakal sesambungan karo siji liyane, saéngga ngganti karakteristik permukaan lan potensi keracunan nanomaterials.Mula, perlu banget kanggo nindakake riset luwih akeh babagan aspek sing ana gandhengane.
Wektu kirim: Mei-22-2023