Generalinis direktorius2yra svarbus retų žemės medžiagų komponentas.Retas žemės elementas ceristuri unikalią išorinę elektroninę struktūrą - 4F15D16S2. Jo specialus 4F sluoksnis gali efektyviai laikyti ir išlaisvinti elektronus, todėl cerio jonai veikia+3 valentinėje būsenoje ir+4 valentinėje būsenoje. Todėl „CEO2“ medžiagos turi daugiau deguonies skylių ir turi puikų sugebėjimą laikyti ir išlaisvinti deguonį. Abipusis CE (III) ir CE (IV) konvertavimas taip pat suteikia CEO2 medžiagas su unikaliomis oksidacijos mažinimo katalizinėmis galimybėmis. Palyginti su biriaisiais medžiagomis, „Nano CeO2“, kaip naujos rūšies neorganinės medžiagos, sulaukė platų dėmesį dėl didelio specifinio paviršiaus ploto, puikaus deguonies laikymo ir išsiskyrimo galimybių, deguonies jonų laidumo, redokso efektyvumo ir aukštos temperatūros greito deguonies laisvės difuzijos galimybių. Šiuo metu yra daugybė tyrimų ataskaitų ir susijusių programų, naudojančių „Nano CEO2“ kaip katalizatoriai, katalizatorių nešėjai ar priedai, aktyvūs komponentai ir adsorbentai.
1. Nanometro paruošimo metodascerio oksidas
Šiuo metu bendri nano ceria paruošimo metodai daugiausia apima cheminį metodą ir fizinį metodą. Remiantis skirtingais cheminiais metodais, cheminius metodus galima suskirstyti į kritulių metodą, hidroterminį metodą, solvoterminį metodą, sol gelio metodą, mikroemulsijos metodą ir elektrodepozicijos metodą; Fizinis metodas daugiausia yra šlifavimo metodas.
1.1 Šlifavimo metodas
Nano ceria paruošimo metodas šlifavimo metodas paprastai naudoja smėlio šlifavimą, kuris turi mažų išlaidų, draugiškumo aplinkai, greito apdorojimo greičio ir stiprių apdorojimo galimybių pranašumus. Šiuo metu tai yra svarbiausias „Nano Ceria“ pramonės apdorojimo būdas. Pvz., Nano cerio oksido poliravimo miltelių paruošimas paprastai priima kalcinavimo ir smėlio šlifavimo derinį, o Cerio pagrįstų denitracijos katalizatorių žaliavos taip pat sumaišomos išankstiniam apdorojimui arba apdorojamos po kalcinavimo, naudojant smėlio šlifavimą. Naudojant skirtingus dalelių dydžio smėlio šlifavimo karoliukų santykį, „Nano Ceria“, kurio D50 svyruoja nuo dešimčių iki šimtų nanometrų, galima gauti reguliuojant.
1.2 Kritulių metodas
Kritulių metodas nurodo kietųjų miltelių paruošimo metodą kritulių, atskyrimo, skalbimo, džiovinimo ir kalcinavimo žaliavų, ištirpusių tinkamuose tirpikliuose. Kritulių metodas yra plačiai naudojamas ruošiant retą žemę ir dopuotos nanomedžiagos, turinčios pranašumų, tokių kaip paprastas paruošimo procesas, didelis efektyvumas ir mažos išlaidos. Tai dažniausiai naudojamas „Nano Ceria“ ir jos kompozicinių medžiagų paruošimo pramonėje metodas. Šis metodas gali paruošti nano ceria su skirtinga morfologija ir dalelių dydžiu, pakeisdama kritulių temperatūrą, medžiagų koncentraciją, pH vertę, kritulių greitį, maišymo greitį, šabloną ir kt. Įprasti metodai priklauso nuo cerio jonų kritulių iš amoniako, kurį sukelia karjeros skilimas, o nano ceria mikrosferų paruošimas yra kontroliuojamas citratų jonų. Kaip alternatyva, cerio jonai gali būti nusodinti OH - susidarę iš natrio citrato hidrolizės, o po to inkubuojami ir kalcinuoti, kad būtų paruošti dribsniai, pavyzdžiui, „Nano Ceria“ mikrosferos.
1.3 Hidroterminiai ir solvoterminiai metodai
Šie du metodai nurodo produktų paruošimo metodą, naudojant aukštos temperatūros ir aukšto slėgio reakciją kritinėje temperatūroje uždaroje sistemoje. Kai reakcijos tirpiklis yra vanduo, jis vadinamas hidroterminiu metodu. Atitinkamai, kai reakcijos tirpiklis yra organinis tirpiklis, jis vadinamas solvoterminiu metodu. Susintetintos nano dalelės turi didelį grynumą, gerą dispersiją ir vienodas daleles, ypač nano miltelius, turinčius skirtingas morfologijas arba eksponuojamus specialius kristalų veidus. Ištirpinkite cerio chloridą distiliuotame vandenyje, išmaišykite ir įpilkite natrio hidroksido tirpalo. 12 valandų reaguokite į hidroterminį 170 ℃ ℃, kad paruoštumėte cerio oksido nanorodus su paveiktais (111) ir (110) kristalų plokštumomis. Koreguojant reakcijos sąlygas, galima padidinti (110) kristalų plokštumų dalį veikiančiose kristalų plokštumose, dar labiau sustiprinant jų katalizinį aktyvumą. Pakoregavus reakcijos tirpiklį ir paviršiaus ligandus, taip pat galite gaminti nano ceria daleles, turinčiomis specialų hidrofiliškumą ar lipofiliškumą. Pvz., Pridėjus acetato jonus į vandeninę fazę, vandenyje gali paruošti monodispersiniai hidrofiliniai cerio oksido nanodalelės. Pasirinkus nepolinį tirpiklį ir įvesdami oleino rūgštį kaip ligandą reakcijos metu, monodispersiniai lipofilinės Ceria nanodalelės gali būti paruoštos nepoliniuose organiniuose tirpikliuose. (Žr. 1 paveikslą)
1 pav. „Monodisperse“ sferinė nano ceria ir strypo formos nano ceria
1.4 „Sol Gel“ metodas
SOL gelio metodas yra metodas, kuris naudoja kai kuriuos ar kelis junginius kaip pirmtakus, atlieka chemines reakcijas, tokias kaip hidrolizė skystoje fazėje, kad susidarytų SOL, o po to sudaro gelį po senėjimo, ir galiausiai drožkite ir kalcinus, kad paruoštumėte ypač raumenis. Šis metodas yra ypač tinkamas ruošiant labai išsklaidytus daugiakomponenčius „Nano Ceria“ kompozicines nanomedžiagas, tokias kaip cerio geležies, cerio titano, cerio cirkonio ir kitų kompozicinių nano oksidų, apie kuriuos pranešta daugelyje pranešimų.
1.5 Kiti metodai
Be aukščiau pateiktų metodų, taip pat yra mikro losjono metodas, mikrobangų sintezės metodas, elektrodepozicijos metodas, plazmos liepsnos degimo metodas, jonų mainų membranos elektrolizės metodas ir daugelis kitų metodų. Šie metodai turi didelę reikšmę „Nano Ceria“ tyrimams ir taikymui.
2-nanometro cerio oksido taikymas vandens valyme
„Cerium“ yra gausiausias elementas tarp retų žemės elementų, su žemomis kainomis ir plačiomis programomis. Nanometras Ceria ir jos kompozitai sulaukė daug dėmesio vandens valymo srityje dėl jų aukšto specifinio paviršiaus ploto, didelio katalizinio aktyvumo ir puikaus struktūrinio stabilumo.
2.1Nano cerio oksidasVandens valymo adsorbcijos metodu
Pastaraisiais metais, plėtojant tokias pramonės šakas kaip elektronikos pramonė, buvo išleista daugybė nuotekų, kuriose yra teršalų, tokių kaip sunkiųjų metalų jonai ir fluoro jonai. Net ir esant pėdsakų koncentracijai, tai gali padaryti didelę žalą vandens organizmams ir žmogaus gyvenamojai aplinkai. Dažniausiai naudojami metodai apima oksidaciją, flotaciją, atvirkštinę osmosą, adsorbciją, nanofiltraciją, biosorbciją ir kt. Tarp jų adsorbcijos technologija dažnai naudojama dėl jo paprasto veikimo, mažų išlaidų ir didelio apdorojimo efektyvumo. „Nano Ceo2“ medžiagos turi aukštą specifinį paviršiaus plotą ir aukštą paviršiaus aktyvumą kaip adsorbentai, ir buvo daug pranešimų apie porėto nano generalinio direktoriaus2 sintezę ir jos sudėtingas medžiagas su skirtingomis adsorbų morfologijomis ir pašalinti kenksmingus jonus iš vandens.
Tyrimai parodė, kad „Nano Ceria“ turi stiprią adsorbcijos pajėgumą F - vandenyje silpnomis rūgščiomis sąlygomis. Tirpale, kurio pradinė F - 100 mg/L ir pH = 5-6 koncentracija, f - 2 23 mg/g adsorbcijos pajėgumas, o F pašalinimo greitis - 85,6%. Įkėlus jį į poliakrilo rūgšties dervos rutulį (pakrovimo kiekis: 0,25 g/g), F - pašalinimo gebėjimas gali pasiekti daugiau nei 99%, kai gydant vienodą tūrį yra 100 mg/l F - vandeninis tirpalas; Apdorojant 120 kartų didesnį tūrį, daugiau nei 90% F gali būti pašalinta. Pripratęs prie adsorbavimo fosfato ir jodato, adsorbcijos pajėgumas gali pasiekti daugiau nei 100 mg/g atitinkamoje optimalioje adsorbcijos būsenoje. Panaudota medžiaga gali būti naudojama po paprasto desorbcijos ir neutralizacijos gydymo, kuris turi didelę ekonominę naudą.
Yra daugybė tyrimų apie toksiškų sunkiųjų metalų, tokių kaip arsenas, chromas, kadmis ir švinas, adsorbcijos ir gydymo, naudojant „Nano Ceria“ ir jos kompozicines medžiagas. Optimalus adsorbcijos pH skiriasi sunkiųjų metalų jonų su skirtingomis valentinėmis būsenomis. Pavyzdžiui, silpna šarminė būklė, turinti neutralų paklaidą, turi geriausią AS adsorbcijos būseną (III), tuo tarpu optimali AS adsorbcijos būsena AS (V) pasiekiama silpnomis rūgščiomis sąlygomis, kai adsorbcijos pajėgumas gali pasiekti daugiau nei 110 mg/g abiem sąlygomis. Apskritai, optimizuota „Nano Ceria“ ir jos kompozicinių medžiagų sintezė gali pasiekti aukštą įvairių sunkiųjų metalų jonų adsorbcijos ir pašalinimo greitį plačiame pH diapazone.
Kita vertus, cerio oksido pagrindu sukurtos nanomedžiagos taip pat pasižymi puikiais nuotekų adsorbuojančiomis organinėmis medžiagomis, tokiomis kaip rūgšties oranžinė, rodaminas B, Kongo raudona per 60 minučių.
2.2 „Nano Ceria“ taikymas pažengusio oksidacijos procese
Siekiant pagerinti esamą bevandenės gydymo sistemą, siūlomas išplėstinis oksidacijos procesas (trumpai). Pažangiojo oksidacijos procesas, dar žinomas kaip giliavandenių oksidacijos technologija, būdingas hidroksilo radikalo (· OH), superoksido radikalų (· O2 -), pavienių deguonies ir kt., Kai yra stiprūs oksidacijos galimybės, gamyba. Esant reakcijai aukštos temperatūros ir slėgio, elektros, garso, šviesos švitinimo, katalizatoriaus ir kt. Sąlygos Remiantis skirtingais laisvųjų radikalų ir reakcijos sąlygų generavimo būdais, juos galima suskirstyti į fotocheminę oksidaciją, katalizinę drėgną oksidaciją, sonochemijos oksidaciją, ozono oksidaciją, elektrocheminę oksidaciją, Fentono oksidaciją ir kt. (Žr. 2 paveikslą).
2 paveikslas
Nano Ceriayra heterogeninis katalizatorius, dažniausiai naudojamas pažengusio oksidacijos procese. Dėl greito Ce3+ir Ce4+ir greito oksidacijos mažinimo efekto, kurį sukelia deguonies absorbcija ir išsiskyrimas, „Nano Ceria“ turi gerą katalizinį sugebėjimą. Kai jis naudojamas kaip katalizatoriaus promotorius, jis taip pat gali efektyviai pagerinti katalizinius sugebėjimus ir stabilumą. Kai „Nano Ceria“ ir jos kompozicinės medžiagos naudojamos kaip katalizatoriai, katalizinės savybės labai skiriasi atsižvelgiant į morfologiją, dalelių dydį ir veikiamas kristalų plokštumas, kurios yra pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką jų veikimui ir pritaikymui. Paprastai manoma, kad kuo mažesnės dalelės ir kuo didesnis specifinis paviršiaus plotas, tuo labiau atitinkama aktyvioji vieta ir kuo stipresni kataliziniai gebėjimai. Atsidarito kristalo paviršiaus katalizinis gebėjimas nuo stipraus iki silpno yra (100) kristalo paviršiaus> (110) kristalo paviršiaus> (111) kristalo paviršiaus tvarka, o atitinkamas stabilumas yra priešingas.
Cerio oksidas yra puslaidininkinė medžiaga. Kai nanometro cerio oksidą švitina fotonai, kurių energija yra didesnė nei juostos tarpas, valentinės juostos elektronai jaudinasi, o pereinamojo laikotarpio rekombinacijos elgesys įvyksta. Šis elgesys paskatins CE3+ir CE4+konversijos koeficientą, o tai sukels stiprų fotokatalitinį Nano ceria aktyvumą. Fotokatalizė gali pasiekti tiesioginį organinių medžiagų skilimą be antrinės taršos, todėl jos taikymas yra labiausiai ištirta technologija Nano Ceria srityje AOP. Šiuo metu pagrindinis dėmesys skiriamas kataliziniam azo dažų, fenolio, chlorbenzeno ir farmacijos nuotekų katalizatoriams, naudojant skirtingas morfologijas ir sudėtines kompozicijas, katalizinį skilimo apdorojimą. Remiantis ataskaita, pagal optimizuoto katalizatoriaus sintezės metodą ir katalizinio modelio sąlygas šių medžiagų skilimo pajėgumas paprastai gali pasiekti daugiau nei 80%, o bendro organinės anglies (TOC) pašalinimo pajėgumas gali pasiekti daugiau nei 40%.
Kita plačiai ištirta technologija yra Nano cerio oksido katalizė dėl organinių teršalų skilimo, tokių kaip ozonas ir vandenilio peroksidas. Panašiai kaip fotokatalizė, jame taip pat dėmesys sutelkiamas į nano ceria, turinčios skirtingas morfologijas ar kristalų plokštumas, ir skirtingų CERIU, pagrįstų kompozicinių katalizinių oksidantų, gebėjimu oksiduoti ir skaidyti organinius teršalus. Esant tokioms reakcijoms, katalizatoriai gali katalizuoti daugybę aktyvių radikalų iš ozono ar vandenilio peroksido, kurie puola organinius teršalus ir pasiekia efektyvesnes oksidacinio skilimo galimybes. Dėl oksidantų įvedimo reakcijoje labai padidėja galimybė pašalinti organinius junginius. Daugelyje reakcijų galutinis tikslinės medžiagos pašalinimo greitis gali pasiekti arba artėti 100%, o TOC pašalinimo greitis taip pat yra didesnis.
Esant elektrokatalitiniam pažengusio oksidacijos metodui, anodo medžiagos, turinčios didelę deguonies evoliucijos perteklių, savybės lemia elektrokatalitinio pažengusio oksidacijos metodo selektyvumą organiniams teršalams gydyti. Katodo medžiaga yra svarbus veiksnys, lemiantis H2O2 gamybą, o H2O2 gamyba lemia elektrokatalitinio pažengusio oksidacijos metodo efektyvumą organiniams teršalams gydyti. Elektrodinių medžiagų modifikavimo, naudojant „Nano Ceria“, tyrimas sulaukė platų dėmesį tiek vidaus, tiek tarptautiniu mastu. Tyrėjai daugiausia pristato nano cerio oksidą ir jo kompozicines medžiagas, naudodamiesi skirtingais cheminiais metodais, kad modifikuotų skirtingas elektrodų medžiagas, pagerintų jų elektrocheminį aktyvumą ir taip padidintų elektrokatalitinį aktyvumą ir galutinį pašalinimo greitį.
Mikrobangų krosnelė ir ultragarsas dažnai yra svarbios aukščiau pateiktų katalizinių modelių pagalbinės priemonės. Laikydami ultragarsinę pagalbą kaip pavyzdį, naudojant vibracijos garso bangas, kurių dažniai yra didesni nei 25 kHz per sekundę, milijonai ypač mažų burbuliukų susidaro tirpale, sukurtame specialiai sukurtu valymo priemone. Šie maži burbuliukai, greitai suspaudę ir plečiantis, nuolat sukelia burbulų impulsą, leidžiantį medžiagoms greitai pasikeisti ir difuziškai katalizatoriaus paviršiuje, dažnai eksponentiškai pagerindami katalizinį efektyvumą.
3 Išvada
„Nano Ceria“ ir jos kompozicinės medžiagos gali efektyviai gydyti jonus ir organinius teršalus vandenyje ir turėti svarbų naudojimo potencialą būsimuose vandens valymo laukuose. Tačiau dauguma tyrimų vis dar yra laboratorinėje stadijoje ir, norint ateityje greitai pritaikyti vandens valymą, vis tiek reikia skubiai spręsti:
(1) palyginti didelės nano paruošimo išlaidosGeneralinis direktorius2Pagrindinės medžiagos išlieka svarbus veiksnys daugumoje jų naudojamų vandens valymo metu, kurie vis dar yra laboratorijos tyrimų etape. Tyrinėti pigių, paprastų ir veiksmingų paruošimo metodų, galinčių reguliuoti „Nano CeO2“ pagrįstų medžiagų morfologiją ir dydį, tyrimas vis dar yra tyrimų dėmesys.
(2) Dėl nedidelio „Nano CeO2“ medžiagų dalelių dydžio, perdirbimo ir regeneracijos problemos po naudojimo taip pat yra svarbūs veiksniai, ribojantys jų taikymą. IT kompozicija su dervos ar magnetinėmis medžiagomis bus pagrindinė jo medžiagų paruošimo ir perdirbimo technologijos tyrimų kryptis.
(3) Nano generaliniorvo pagrindu sukurtos medžiagos vandens valymo technologijos ir tradicinės nuotekų valymo technologijos sukūrimas labai skatins „Nano CeO2“ pagrįstų medžiagų katalizinės technologijos taikymą vandens valymo srityje.
(4) Vis dar yra nedaug tyrimų, susijusių su Nano CeO2 pagrįstų medžiagų toksiškumu, o jų aplinkos elgsena ir toksiškumo mechanizmas vandens valymo sistemose dar nenustatytas. Faktinis nuotekų valymo procesas dažnai apima daugelio teršalų sambūvį, o kartu egzistuojantys teršalai sąveikaus tarpusavyje, taip pakeis nanomedžiagų paviršiaus charakteristikas ir galimą toksiškumą. Todėl skubiai reikia atlikti daugiau tyrimų apie susijusius aspektus.
Pašto laikas: 2012 m. Gegužės 22 d