CEO2희토류 재료의 중요한 구성 요소입니다. 그만큼희토류 요소 세륨독특한 외부 전자 구조가 있습니다 -4F15D16S2. 특수 4F 층은 전자를 효과적으로 저장하고 방출 할 수 있으며, 세륨 이온은+3 원자가 상태와+4 원자가 상태에서 작동하게합니다. 따라서 CEO2 재료는 산소 구멍이 더 많으며 산소를 저장하고 방출하는 능력이 뛰어납니다. CE (III) 및 CE (IV)의 상호 전환은 또한 CEO2 재료를 독특한 산화 감소 촉매 능력으로 부여한다. 벌크 물질과 비교하여, 새로운 유형의 무기 재료로서 Nano CEO2는 높은 특이 적 표면적, 우수한 산소 저장 및 방출 능력, 산소 이온 전도도, 산화 체 공석 확산 능력으로 인해 광범위한 관심을 받았다. 현재 NANO CEO2를 촉매, 촉매 담체 또는 첨가제, 활성 성분 및 흡착제로 사용하는 많은 연구 보고서 및 관련 응용 프로그램이 있습니다.
1. 나노 미터의 준비 방법산화 세륨
현재, Nano Ceria에 대한 일반적인 준비 방법은 주로 화학적 방법과 물리적 방법을 포함합니다. 상이한 화학적 방법에 따르면, 화학적 방법은 침전 방법, 열수 방법, 용액 방법, 졸 겔 방법, 미세 에멀젼 방법 및 전기 퇴화 방법으로 나눌 수있다; 물리적 방법은 주로 연삭 방법입니다.
1.1 그라인딩 방법
Nano Ceria를 준비하는 연삭 방법은 일반적으로 모래 연삭을 사용합니다.이 분쇄기는 저렴한 비용, 환경 친화 성, 빠른 처리 속도 및 강력한 처리 능력의 장점이 있습니다. 현재 Nano Ceria 산업에서 가장 중요한 가공 방법입니다. 예를 들어, 나노 세륨 산화물 폴리싱 분말의 제조는 일반적으로 미화 및 모래 분쇄의 조합을 채택하며, 세륨 기반 탈질 촉매의 원료는 또한 사전 치료를 위해 혼합되거나 모래 분쇄를 사용하여 소환 후 처리된다. 상이한 입자 크기의 모래 분쇄 비드 비율을 사용함으로써, 수십에서 수백 개의 나노 미터 범위의 D50을 갖는 Nano ceria는 조정을 통해 얻을 수있다.
1.2 강수량
침전 방법은 적절한 용매에 용해 된 원료의 침전, 분리, 세척, 건조 및 소환에 의해 고체 분말을 제조하는 방법을 지칭한다. 강수량은 간단한 준비 과정, 고효율 및 저렴한 비용과 같은 이점이있는 희토류 및 도핑 된 나노 물질의 준비에 널리 사용됩니다. Nano Ceria와 업계에서 복합 재료를 준비하는 데 일반적으로 사용되는 방법입니다. 이 방법은 침전 온도, 재료 농도, pH 값, 침전 속도, 교반 속도, 템플릿 등을 변화시킴으로써 다른 형태 및 입자 크기로 나노 CERIA를 준비 할 수 있습니다. 일반적인 방법은 우레아 분해에 의해 생성 된 암모니아로부터의 세륨 이온의 강수량에 의존하며, 나노 세리아 미생물의 제조는 감자 이온에 의해 제어됩니다. 대안 적으로, 세륨 이온은 구연산 나트륨의 가수 분해로부터 OH- 생성 된 후, 인큐베이션 및 소정하여 나노 세리아 미세 구와 같은 플레이크를 준비 할 수있다.
1.3 열수 및 독창적 인 방법
이 두 가지 방법은 폐쇄 시스템에서 임계 온도에서 고온 및 고압 반응에 의해 생성물을 준비하는 방법을 나타냅니다. 반응 용매가 물 일 때,이를 열수 방법이라고합니다. 이에 따라, 반응 용매가 유기 용매 일 때,이를 용매 방법이라고한다. 합성 된 나노 입자는 고순도, 우수 분산 및 균일 입자, 특히 다른 형태 또는 노출 된 특수 결정면을 갖는 나노 분말을 갖는다. 클로라이드를 증류수에 용해시키고, 교반하고 수산화 나트륨 용액을 첨가하십시오. 노출 된 (111) 및 (110) 크리스탈 평면을 갖는 산화물 나노로드를 제조하기 위해 170 ℃에서 12 시간 동안 열수를 반응시킨다. 반응 조건을 조정함으로써, 노출 된 결정 평면에서 (110) 결정 평면의 비율이 증가하여 촉매 활성을 더욱 향상시킬 수있다. 반응 용매 및 표면 리간드를 조정하면 특수 친수성 또는 친 유성을 갖는 나노 세리아 입자를 생성 할 수있다. 예를 들어, 수성 상에 아세테이트 이온을 첨가하면 단 분산 친수성 세륨 산화 세륨 나노 입자를 물에서 제조 할 수있다. 비극성 용매를 선택하고 반응 동안 리간드로서 올레산을 도입함으로써, 단 분산 친 유기성 세리아 나노 입자는 비극성 유기 용매에서 제조 될 수있다. (그림 1 참조)
그림 1 Monodisperse 구형 Nano Ceria 및 Rod 자형 Nano Ceria
1.4 졸 겔 방법
SOL 겔 방법은 일부 또는 여러 화합물을 전구체로 사용하고, 액체상에서의 가수 분해와 같은 화학 반응을 수행하여 졸을 형성 한 다음 노화 후 겔을 형성하고, 마지막으로 초트라핀 분말을 제조하는 방법이다. 이 방법은 특히 세륨 철, 세륨 티타늄, 세륨 지르코늄 및 기타 복합 나노 산화물과 같은 고도로 분산 된 다중 성분 나노 Ceria 복합 나노 물질을 준비하는 데 특히 적합합니다.
1.5 기타 방법
상기 방법 외에, 마이크로 로션 방법, 마이크로파 합성 방법, 전기 퇴적 방법, 플라즈마 불꽃 연소 방법, 이온 교환 막 전기 분해 방법 및 기타 여러 방법이있다. 이러한 방법은 Nano Ceria의 연구 및 적용에 큰 의미가 있습니다.
수처리에서 2 나노 미터 세륨 산화물의 적용
세륨은 희토류 요소 중에서 가장 풍부한 요소이며 저렴한 가격과 광범위한 응용 프로그램입니다. 나노 미터 Ceria와 그 복합재는 높은 특이 적 표면적, 높은 촉매 활성 및 우수한 구조적 안정성으로 인해 수처리 분야에서 많은 관심을 끌었다.
2.1 적용나노 세륨 산화물흡착 방법에 의한 수처리
최근에는 전자 산업과 같은 산업의 발전으로 중금속 이온 및 불소 이온과 같은 오염 물질을 함유 한 많은 폐수가 배출되었습니다. 미량 농도에서도 수생 유기체와 인간 생활 환경에 상당한 피해를 줄 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 방법에는 산화, 부양, 역삼 투, 흡착, 나노 여과, 생물 흡착 등이 포함됩니다. 그 중에서도 간단한 작동, 저렴한 비용 및 고 처리 효율로 인해 흡착 기술이 종종 채택됩니다. 나노 CEO2 물질은 흡착제로서 높은 특이 적 표면적 및 높은 표면 활성을 가지며, 다공성 나노 CEO2의 합성 및 상이한 형태를 갖는 복합 재료에 대한 많은보고가 물에서 유해한 이온을 흡착하고 제거하는 것에 대한 많은보고가있다.
연구에 따르면 Nano Ceria는 약한 산성 조건 하에서 물에서 F에 대한 강한 흡착 능력을 가지고 있습니다. 초기 농도가 100mg/l 및 pH = 5-6의 초기 농도를 갖는 용액에서, f -f에 대한 흡착 용량은 23mg/g이고, f의 제거 속도는 85.6%이다. 폴리 아크릴산 수지 볼 (하중량 : 0.25g/g)에 로딩 한 후, F의 제거 능력은 동일한 부피 100mg/L의 F- 수성 용액을 처리 할 때 99% 이상에 도달 할 수있다; 부피의 120 배를 처리 할 때 F의 90% 이상을 제거 할 수 있습니다. 인산염 및 요오드 레이트를 흡착하는 데 사용될 때, 흡착 용량은 해당 최적의 최적 흡착 상태에서 100mg/g 이상에 도달 할 수 있습니다. 사용 된 재료는 간단한 탈착 및 중화 처리 후에 재사용 할 수 있으며, 이는 경제적 이점이 높습니다.
비소, 크롬, 카드뮴과 같은 독성 중금속의 흡착 및 치료에 대한 많은 연구가 있습니다. 최적의 흡착 pH는 다른 원자가 상태를 갖는 중금속 이온에 대해 다양하다. 예를 들어, 중성 바이어스를 갖는 약한 알칼리성 상태는 AS (III)에 대한 최상의 흡착 상태를 가지며, AS (v)에 대한 최적의 흡착 상태는 약한 산성 조건 하에서 달성되며, 여기서 흡착 용량은 두 조건에서 110mg/g 이상에 도달 할 수있다. 전반적으로, 나노 세리아 및 이의 복합 재료의 최적화 된 합성은 넓은 pH 범위에 걸쳐 다양한 중금속 이온에 대한 높은 흡착 및 제거 속도를 달성 할 수있다.
다른 한편으로, 세륨 산화물 기반 나노 물질은 또한 산성 오렌지, 로다 민 B, 콩고 레드 등과 같은 폐수에서 흡착 유기물에서 뛰어난 성능을 가지고있다. 60 분 안에 942.7mg/g.
2.2 고급 산화 공정에서 나노 세리아의 적용
기존의 무수 처리 시스템을 개선하기 위해 고급 산화 공정 (APS)이 제안된다. 깊은 산화 기술로도 알려진 고급 산화 공정은 산화 능력이 강한 하이드 록실 라디칼 (· OH), 과산화물 라디칼 (· O2-), 단일 산소 산소 등의 생산을 특징으로합니다. 고온 및 압력, 전기, 소리, 광 조사, 촉매 등의 반응 조건 하에서 자유 라디칼 및 반응 조건을 생성하는 다양한 방법에 따라 광화제 산화, 촉매 습식 산화, 소 혈증 산화, 오존 산화, 전기 화학적 산화, 펜턴 산화 등으로 나눌 수 있습니다 (그림 2 참조).
그림 2 고급 산화 공정의 분류 및 기술 조합
나노 세리아고급 산화 공정에서 일반적으로 사용되는 이종 촉매입니다. CE3+와 CE4+사이의 빠른 전환과 산소 흡수 및 방출에 의해 야기 된 빠른 산화 감소 효과로 인해, Nano Ceria는 양호한 촉매 능력을 갖는다. 촉매 프로모터로 사용될 때, 또한 촉매 능력과 안정성을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. Nano Ceria 및 그 복합 재료가 촉매로 사용될 때, 촉매 특성은 형태, 입자 크기 및 노출 된 결정 평면에 따라 크게 다르며, 이는 성능 및 적용에 영향을 미치는 주요 요인입니다. 일반적으로 입자가 작을수록 특이 적 표면적이 클수록, 더 해당하는 활성 부위가 많고 촉매 능력이 강하다고 여겨진다. 노출 된 결정 표면의 촉매 능력은 강에서 약한 것으로 (100) 결정 표면> (110) 결정 표면> (111) 결정 표면의 순서대로, 상응하는 안정성은 반대이다.
산화 세륨은 반도체 물질입니다. 나노 미터 세륨 산화물이 밴드 갭보다 높은 에너지를 갖는 광자에 의해 조사 될 때, 원자가 밴드 전자가 여기되고, 전이 재조합 거동이 발생한다. 이 거동은 CE3+및 CE4+의 전환율을 촉진하여 나노 세리아의 강한 광촉매 활성을 초래할 것이다. 광 촉매는 2 차 오염없이 유기물의 직접적인 저하를 달성 할 수 있으므로 APS의 Nano Ceria 분야에서 가장 많이 연구 된 기술입니다. 현재, 주요 초점은 상이한 형태 및 복합 조성물을 갖는 촉매를 사용하여 아조 염료, 페놀, 클로로 벤젠 및 제약 폐수의 촉매 분해 처리에있다. 보고서에 따르면, 최적화 된 촉매 합성 방법 및 촉매 모델 조건 하에서, 이들 물질의 분해 용량은 일반적으로 80%이상에 도달 할 수 있으며, 총 유기 탄소 (TOC)의 제거 용량은 40%이상에 도달 할 수있다.
오존 및 과산화수소와 같은 유기 오염 물질의 분해를위한 나노 세륨 산화물 촉매는 또 다른 널리 연구 된 기술이다. 광촉매와 유사하게, 그것은 또한 다른 형태 또는 결정 평면을 갖는 나노 세리아의 능력에 초점을 맞추고, 다른 세륨 기반 복합 촉매 산화제가 유기 오염 물질을 산화시키고 분해하는 데 중점을 둡니다. 이러한 반응에서, 촉매는 유기 오염 물질을 공격하고보다 효율적인 산화 성 분해 능력을 달성하는 오존 또는 과산화수소로부터 다수의 활성 라디칼의 생성을 촉매 할 수있다. 반응에서 산화제의 도입으로 인해, 유기 화합물을 제거하는 능력이 크게 향상된다. 대부분의 반응에서, 표적 물질의 최종 제거 속도는 100%에 도달하거나 접근 할 수 있으며, TOC 제거 속도도 더 높다.
전기 촉매 전진 산화 방법에서, 높은 산소 진화 과도한 양극의 특성은 유기 오염 물질을 처리하기위한 전기 촉매 전진 산화 방법의 선택성을 결정한다. 캐소드 물질은 H2O2의 생산을 결정하는 중요한 요소이며, H2O2의 생산은 유기 오염 물질을 처리하기위한 전기 촉매 전진 산화 방법의 효율을 결정한다. Nano Ceria를 사용한 전극 재료 변형에 대한 연구는 국내 및 국제적으로 광범위한 관심을 받았습니다. 연구자들은 주로 다른 화학적 방법을 통해 나노 세륨 산화물 및 복합 재료를 도입하여 다른 전극 재료를 개질하고 전기 화학 활성을 개선하여 전기 촉매 활성 및 최종 제거 속도를 증가시킵니다.
마이크로파와 초음파는 종종 상기 촉매 모델에 대한 중요한 보조 측정입니다. 초 초당 25kHz보다 높은 주파수를 가진 진동 사운드 파를 사용하여 초음파 보조를 취하는 초음파는 특수 설계된 세정제로 제조 된 솔루션에서 수백만 개의 매우 작은 기포가 생성됩니다. 빠른 압축 및 팽창 동안이 작은 기포는 지속적으로 기포 파열을 생성하여 재료가 촉매 표면에서 빠르게 교환하고 확산 될 수 있으며, 종종 촉매 효율을 기하 급수적으로 향상시킵니다.
3 결론
나노 세리아와 그 복합 재료는 물에서 이온과 유기 오염 물질을 효과적으로 처리 할 수 있으며 향후 수처리 필드에서 중요한 적용 가능성을 가질 수 있습니다. 그러나 대부분의 연구는 여전히 실험실 단계에 있으며 향후 수처리에 빠른 적용을 달성하기 위해서는 다음과 같은 문제를 긴급하게 해결해야합니다.
(1) 나노의 비교적 높은 준비 비용CEO2기반 재료는 여전히 실험실 연구 단계에있는 수처리 응용 분야의 대부분의 중요한 요소로 남아 있습니다. 나노 CEO2 기반 재료의 형태와 크기를 조절할 수있는 저렴하고 간단하고 효과적인 준비 방법을 탐색하는 것은 여전히 연구의 초점입니다.
(2) NANO CEO2 기반 재료의 작은 입자 크기로 인해 사용 후 재활용 및 재생 문제도 적용을 제한하는 중요한 요소입니다. 수지 재료 또는 자기 재료를 갖춘 IT 복합재는 재료 준비 및 재활용 기술의 주요 연구 방향이 될 것입니다.
(3) NANO CEO2 기반 재료 처리 기술과 전통적인 하수 처리 기술 사이의 공동 공정의 개발은 수처리 분야에서 NANO CEO2 기반 재료 촉매 기술의 적용을 크게 촉진 할 것이다.
(4) NANO CEO2 기반 물질의 독성에 대한 연구는 여전히 제한적이며, 수처리 시스템에서의 환경 행동 및 독성 메커니즘은 아직 결정되지 않았다. 실제 하수 처리 과정은 종종 다수의 오염 물질의 공존과 관련이 있으며, 공존하는 오염 물질은 서로 상호 작용하여 표면 특성과 나노 물질의 잠재적 독성을 변화시킬 것이다. 따라서 관련 측면에 대한 더 많은 연구를 수행 해야하는 긴급한 필요성이 있습니다.
시간 후 : May-22-2023