Izpilddirektorsir svarīga retzemju materiālu sastāvdaļa. Līdzretzemju elements kērijsir unikāla ārējā elektroniskā struktūra - 4F15D16S2. Tā īpašais 4F slānis var efektīvi uzglabāt un atbrīvot elektronus, liekot cerija joniem izturēties+3 valences stāvoklī un+4 valences stāvoklī. Tāpēc izpilddirektoram ir vairāk skābekļa caurumu, un tiem ir lieliska spēja uzglabāt un atbrīvot skābekli. CE (III) un CE (IV) savstarpēja pārveidošana arī piešķir CEO2 materiālus ar unikālām oksidācijas samazināšanas katalītiskajām iespējām. Salīdzinot ar lielapjoma materiāliem, Nano Ceo2 kā jauna veida neorganiskā materiāla tips ir saņēmis plašu uzmanību, ņemot vērā tā augsto specifisko virsmas laukumu, lielisko skābekļa uzkrāšanu un izdalīšanās spēju, skābekļa jonu vadītspēju, redoksa veiktspēju un augstas temperatūras ātru skābekļa vakances difūzijas spēju. Pašlaik ir liels skaits pētījumu ziņojumu un ar to saistīto lietojumprogrammu, izmantojot Nano Ceo2 kā katalizatorus, katalizatora nesējus vai piedevas, aktīvās sastāvdaļas un adsorbentus.
1. Nanometra sagatavošanas metodekerija oksīds
Pašlaik Nano Ceria parastās sagatavošanas metodes galvenokārt ietver ķīmisko metodi un fizisko metodi. Saskaņā ar dažādām ķīmiskām metodēm ķīmiskās metodes var iedalīt nokrišņu metodē, hidrotermiskajā metodē, solvotermiskajā metodē, SOL gēla metodē, mikroemulsijas metodē un elektrodepozīcijas metodei; Fiziskā metode galvenokārt ir slīpēšanas metode.
1.1 Slīpēšanas metode
Slīpēšanas metode Nano Ceria sagatavošanai parasti izmanto smilšu slīpēšanu, kurai ir zemu izmaksu, vides draudzīguma, ātra apstrādes ātruma un spēcīgas apstrādes spēju priekšrocības. Pašlaik tā ir vissvarīgākā apstrādes metode Nano Ceria nozarē. Piemēram, nanoerija oksīda pulēšanas pulvera sagatavošana parasti izmanto kalcinēšanas un smilšu slīpēšanas kombināciju, un cerija bāzes denitrācijas katalizatoru izejvielas ir sajaukti arī pirms apstrādes vai apstrādātas pēc kalcinēšanas, izmantojot smilšu slīpēšanu. Izmantojot dažādas daļiņu izmēra smilšu slīpēšanas lodīšu koeficientu, Nano Ceria ar D50, sākot no desmitiem līdz simtiem nanometru, var iegūt, pielāgojot.
1.2.
Nokrišņu metode norāda uz cietā pulvera pagatavošanas metodi ar nokrišņu, atdalīšanu, mazgāšanu, žāvēšanu un izejvielu izšķīdināšanu, kas izšķīdināta atbilstošos šķīdinātājos. Nokrišņu metode tiek plaši izmantota retzemju un leģētu nanomateriālu sagatavošanā ar tādām priekšrocībām kā vienkāršs sagatavošanas process, augsta efektivitāte un zemas izmaksas. Tā ir parasti izmantota metode Nano Ceria un tās salikto materiālu sagatavošanai rūpniecībā. Šo metodi var sagatavot nano ceriju ar atšķirīgu morfoloģiju un daļiņu lielumu, mainot nokrišņu temperatūru, materiāla koncentrāciju, pH vērtību, nokrišņu ātrumu, maisīšanas ātrumu, veidni utt. Parastās metodes paļaujas uz cerija jonu izgulsnēšanu no amonjaka, ko rada urīnvielas sadalīšana, un nanoerijas mikrosfēru sagatavošana tiek kontrolēta ar citrāta joniem. Alternatīvi, cerija jonus var izgulsnēt ar OH, kas rodas no nātrija citrāta hidrolīzes, un pēc tam inkubēt un kalcinēt, lai sagatavotu pārslu, piemēram, Nano Ceria mikrosfēras.
1.3 hidrotermiskās un solvotermiskās metodes
Šīs divas metodes attiecas uz produktu sagatavošanas metodi ar augstas temperatūras un augstspiediena reakciju kritiskā temperatūrā slēgtā sistēmā. Kad reakcijas šķīdinātājs ir ūdens, to sauc par hidrotermisko metodi. Attiecīgi, ja reakcijas šķīdinātājs ir organisks šķīdinātājs, to sauc par solvotermisko metodi. Sintezētajām nano daļiņām ir augsta tīrība, laba izkliedēšana un vienveidīgas daļiņas, īpaši nano pulveri ar dažādām morfoloģijām vai pakļautām īpašām kristāla sejām. Izšķīdina cerija hlorīds destilētā ūdenī, samaisiet un pievieno nātrija hidroksīda šķīdumu. Reaģē hidrotermāls 170 ℃ 12 stundas, lai sagatavotu cerija oksīda nanorodus ar pakļautām (111) un (110) kristāla plaknēm. Pielāgojot reakcijas apstākļus, var palielināt (110) kristāla plakņu proporciju pakļautajās kristāla plaknēs, vēl vairāk uzlabojot to katalītisko aktivitāti. Reakcijas šķīdinātāja un virsmas ligandu pielāgošana var arī radīt nano cerijas daļiņas ar īpašu hidrofilitāti vai lipofilitāti. Piemēram, acetāta jonu pievienošana ūdens fāzei var sagatavot monodispersu hidrofīlu cerija oksīda nanodaļiņas ūdenī. Izvēloties nepolāru šķīdinātāju un reakcijas laikā ieviešot oleīnskābi kā ligandu, monodispersas lipofīlās cerijas nanodaļiņas var sagatavot nepolāros organiskos šķīdinātājos. (Sk. 1. attēlu)
1. attēls
1.4 SOL gēla metode
Sol gela metode ir metode, kurā kā prekursori izmanto dažus vai vairākus savienojumus, veic ķīmiskas reakcijas, piemēram, hidrolīzi šķidrā fāzē, veidojot SOL, un pēc tam veido želeju pēc novecošanās, un, visbeidzot, izslīd un kalcinē, lai sagatavotu ultrafīna pulveri. Šī metode ir īpaši piemērota, lai sagatavotu ļoti izkliedētus daudzkomponentu Nano Ceria kompozītmateriālu nanomateriālus, piemēram, cerija dzelzi, cerija titānu, cerija cirkoniju un citus kompozītmateriālu nano oksīdus, par kuriem ziņots daudzos ziņojumos.
1.5 Citas metodes
Papildus iepriekšminētajām metodēm ir arī mikro losjona metode, mikroviļņu sintēzes metode, elektrodepozīcijas metode, plazmas liesmas sadedzināšanas metode, jonu apmaiņas membrānas elektrolīzes metode un daudzas citas metodes. Šīm metodēm ir liela nozīme Nano Ceria izpētei un piemērošanai.
2-nanometru cerija oksīda pielietošana ūdens apstrādē
Cerium ir visizplatītākais elements starp retzemju elementiem ar zemām cenām un plašām lietojumiem. Nanometru CERIA un tās kompozītmateriāli ir piesaistījuši lielu uzmanību ūdens apstrādes jomā, pateicoties to augstajai specifiskajai virsmas laukumam, augstajai katalītiskajai aktivitātei un lieliskajai strukturālajai stabilitātei.
2.1Nano cerija oksīdsūdens apstrādē ar adsorbcijas metodi
Pēdējos gados, attīstot tādas rūpniecības nozares kā elektronikas rūpniecība, ir izvadīts liels daudzums notekūdeņu, kas satur piesārņotājus, piemēram, smago metālu jonus un fluora jonus. Pat izsekošanas koncentrācijās tas var radīt būtisku kaitējumu ūdens organismiem un cilvēku dzīves videi. Parasti izmantotās metodes ietver oksidāciju, flotāciju, reverso osmozi, adsorbciju, nanofiltrāciju, biosorbciju utt. Starp tām bieži tiek izmantota adsorbcijas tehnoloģija, ņemot vērā tās vienkāršo darbību, zemās izmaksas un augstu ārstēšanas efektivitāti. Nano izpilddirektoram ir augsts specifiskais virsmas laukums un augsta virsmas aktivitāte kā adsorbenti, un ir bijis daudz ziņojumu par porainu nano izpilddirektora sintēzi un tā kompozītmateriāliem ar dažādām morfoloģijām, lai adsorbētu un noņemtu kaitīgos jonus no ūdens.
Pētījumi liecina, ka Nano Ceria ir spēcīga f - ūdens adsorbcijas spēja vājos skābos apstākļos. Šķīdumā ar sākotnējo F - 100 mg/L un pH = 5-6 koncentrāciju F - F - 23 mg/g, bet F -F - noņemšanas ātrums ir 85,6%. Pēc to iekraušanas uz poliakrilskābes sveķu bumbiņas (iekraušanas daudzums: 0,25 g/g) F - noņemšanas spēja var sasniegt vairāk nekā 99%, apstrādājot vienādu 100 mg/L f - ūdens šķīduma tilpumu; Apstrādājot 120 reizes lielāku tilpumu, var noņemt vairāk nekā 90% no F -. Ja adsorbcijas spēja adsorbēt fosfātu un jodātu, attiecīgā optimālā adsorbcijas stāvoklī adsorbcijas spēja var sasniegt vairāk nekā 100 mg/g. Izmantoto materiālu var izmantot atkārtoti pēc vienkāršas desorbcijas un neitralizācijas ārstēšanas, kam ir augsti ekonomiski ieguvumi.
Ir daudz pētījumu par toksisku smago metālu adsorbciju un ārstēšanu, piemēram, arsēnu, hromu, kadmiju un svinu, izmantojot Nano Ceria un tā kompozītmateriālus. Optimālais adsorbcijas pH atšķirība ir atšķirīga smagā metāla joniem ar dažādiem valences stāvokļiem. Piemēram, vājajam sārmainajam stāvoklim ar neitrālu novirzi ir vislabākais adsorbcijas stāvoklis AS (III), savukārt optimālais adsorbcijas stāvoklis AS (V) tiek sasniegts vājos skābos apstākļos, kur adsorbcijas spēja var sasniegt 110 mg/g abos apstākļos. Kopumā optimizētā Nano Ceria un tās kompozītmateriālu sintēze var sasniegt augstu adsorbcijas un noņemšanas ātrumu dažādiem smago metālu joniem plašā pH diapazonā.
No otras puses, cerija oksīdu bāzes nanomateriāli ir arī izcili veiktspējas veiktspēja adsorbējošos organiskos līdzekļos notekūdeņos, piemēram, skābā apelsīna, rodamīns B, Kongo sarkans utt. Piemēram, esošajos gadījumos nano cerijas porainās sfēras, ko sagatavo elektroķīmiskās metodes 942,7 mg/g 60 minūtēs.
2.2 Nano Ceria pielietojums progresējošā oksidācijas procesā
Lai uzlabotu esošo bezūdens ārstēšanas sistēmu, tiek ierosināts uzlabots oksidācijas process (īsi sakot). Papildu oksidācijas procesu, kas pazīstama arī kā dziļas oksidācijas tehnoloģijas, ir raksturīga hidroksilradikālā (· OH), superoksīda radikāļa (· O2 -), vienreizēja skābekļa utt. Ražošana ar spēcīgu oksidācijas spēju. Augstas temperatūras un spiediena reakcijas apstākļos, elektrība, skaņa, gaismas apstarošana, katalizators utt. Saskaņā ar dažādiem brīvo radikāļu un reakcijas apstākļu veidošanas veidiem tos var iedalīt fotoķīmiskajā oksidācijā, katalītiskā mitrā oksidācija, sonoķīmija oksidācija, ozona oksidācija, elektroķīmiskā oksidācija, fentona oksidācija utt. (Skat. 2. attēlu).
2. attēls
Nano Ceriair neviendabīgs katalizators, ko parasti izmanto progresējošā oksidācijas procesā. Sakarā ar ātru konvertēšanu starp CE3+un CE4+un ātro oksidācijas samazināšanas efektu, ko rada skābekļa absorbcija un atbrīvošana, Nano Ceria ir labas katalītiskās spējas. Ja to lieto kā katalizatora promotoru, tas var arī efektīvi uzlabot katalītiskās spējas un stabilitāti. Kad nano ceria un tās kompozītmateriāli tiek izmantoti kā katalizatori, katalītiskās īpašības ievērojami atšķiras atkarībā no morfoloģijas, daļiņu lieluma un pakļautajām kristāla plaknēm, kas ir galvenie faktori, kas ietekmē to veiktspēju un pielietojumu. Parasti tiek uzskatīts, ka, jo mazākas daļiņas un lielāka ir īpašā virsmas laukums, jo atbilstošāka aktīvā vieta un jo spēcīgāka ir katalītiskā spēja. Atklātās kristāla virsmas katalītiskā spēja no spēcīgas līdz vājam ir (100) kristāla virsmas secībā> (110) kristāla virsma> (111) kristāla virsma, un atbilstošā stabilitāte ir pretēja.
Cerium oksīds ir pusvadītāju materiāls. Kad nanometru cerija oksīda apstaro fotoni ar enerģiju, kas ir augstāka par joslas spraugu, valences joslu elektroni tiek satraukti un notiek pārejas rekombinācijas izturēšanās. Šī uzvedība veicinās CE3+un CE4+konvertācijas ātrumu, kā rezultātā notiks spēcīga Nano Ceria fotokatalītiskā aktivitāte. Fotokatalīze var panākt tiešu organisko vielu noārdīšanos bez sekundāra piesārņojuma, tāpēc tās pielietojums ir visvairāk izpētītā tehnoloģija Nano Ceria jomā AOPS. Pašlaik galvenā uzmanība tiek pievērsta azo krāsvielu, fenola, hlorbenzola un farmaceitisko notekūdeņu katalītiskajai sadalīšanās apstrādei, izmantojot katalizatorus ar dažādām morfoloģijām un saliktām kompozīcijām. Saskaņā ar ziņojumu, optimizētajā katalizatora sintēzes metodē un katalītiskā modeļa apstākļos šo vielu sadalīšanās spēja parasti var sasniegt vairāk nekā 80%, un kopējā organiskā oglekļa (TOC) noņemšanas spēja var sasniegt vairāk nekā 40%.
Vēl viena plaši pētīta tehnoloģija ir nano cerija oksīda katalīze organisko piesārņotāju, piemēram, ozona un ūdeņraža peroksīda, sadalīšanās, piemēram, ozona un ūdeņraža peroksīds. Līdzīgi kā fotokatalīze, tā koncentrējas arī uz nano cerijas spēju ar dažādām morfoloģijām vai kristāla plaknēm un dažādiem uz cerija kompozītu katalītiskajiem oksidētājiem oksidēt un noārdīt organiskos piesārņotājus. Šādās reakcijās katalizatori var katalizēt lielu skaitu aktīvo radikāļu ģenerēšanu no ozona vai ūdeņraža peroksīda, kas uzbrūk organiskajiem piesārņotājiem un sasniedz efektīvākas oksidatīvās sadalīšanās iespējas. Sakarā ar oksidētāju ieviešanu reakcijā, ir ievērojami uzlabota spēja noņemt organiskos savienojumus. Lielākajā daļā reakciju mērķa vielas galīgais noņemšanas ātrums var sasniegt vai tuvināties 100%, un arī TOC noņemšanas ātrums ir augstāks.
Elektrokatalītiskās progresējošās oksidācijas metodē anoda materiāla īpašības ar augstas skābekļa evolūcijas pārlieku pozīcijām nosaka elektrokatalītiskās progresējošās oksidācijas metodes selektivitāti organisko piesārņotāju ārstēšanai. Katoda materiāls ir svarīgs faktors, kas nosaka H2O2 ražošanu, un H2O2 ražošana nosaka elektrokatalītiskās progresējošās oksidācijas metodes efektivitāti organisko piesārņotāju ārstēšanai. Elektrodu materiāla modifikācijas izpēte, izmantojot Nano Ceria, ir pievērsusi plašu uzmanību gan vietējā, gan starptautiskā mērogā. Pētnieki galvenokārt iepazīstina ar Nano Cerium oksīdu un tā kompozītmateriāliem, izmantojot dažādas ķīmiskas metodes, lai modificētu dažādus elektrodu materiālus, uzlabotu to elektroķīmisko aktivitāti un tādējādi palielinātu elektrokatalītisko aktivitāti un galīgo noņemšanas ātrumu.
Mikroviļņu un ultraskaņa bieži ir svarīgi iepriekšminēto katalītisko modeļu palīglīdzekļi. Izmantojot ultraskaņas palīdzību kā piemēru, izmantojot vibrācijas skaņas viļņus ar frekvencēm, kas pārsniedz 25 kHz sekundē, miljoniem ārkārtīgi mazu burbuļu rodas šķīdumā, kas veidots ar speciāli izstrādātu tīrīšanas līdzekli. Šie mazie burbuļi ātras saspiešanas un izplešanās laikā pastāvīgi rada burbuļa imploziju, ļaujot materiāliem ātri apmainīties un izkliedēt uz katalizatora virsmas, bieži eksponenciāli uzlabojot katalītisko efektivitāti.
3 Secinājums
Nano Ceria un tās kompozītmateriāli var efektīvi apstrādāt jonus un organiskos piesārņotājus ūdenī, un tiem ir svarīgs pielietošanas potenciāls turpmākajās ūdens attīrīšanas jomās. Tomēr lielākā daļa pētījumu joprojām ir laboratorijas stadijā, un, lai nākotnē panāktu ātru pielietojumu ūdens ārstēšanā, joprojām ir steidzami jārisina šādi jautājumi:
(1) salīdzinoši augstās nano sagatavošanas izmaksasIzpilddirektorsMateriāli, kas balstīti uz balstītiem materiāliem, joprojām ir svarīgs faktors lielākajā daļā to pielietojuma ūdens apstrādē, kas joprojām atrodas laboratorijas pētniecības stadijā. Pētniecības uzmanības centrā joprojām ir lētu, vienkāršu un efektīvu sagatavošanas metožu izpēte, kas var regulēt Nano Ceo2 balstītu materiālu morfoloģiju un lielumu.
(2) Sakarā ar mazo Nano Ceo2 materiālu daļiņu lielumu, pārstrādes un reģenerācijas problēmas pēc lietošanas ir arī svarīgi faktori, kas ierobežo to pielietojumu. Tā kompozīts ar sveķu materiāliem vai magnētiskajiem materiāliem būs galvenais pētījumu virziens tā materiāla sagatavošanas un pārstrādes tehnoloģijai.
(3) Kopīga procesa izstrāde starp Nano Ceo2 balstīto materiālo ūdens attīrīšanas tehnoloģiju un tradicionālo notekūdeņu attīrīšanas tehnoloģiju ievērojami veicinās Nano Ceo2 balstītas materiālu katalītiskās tehnoloģijas piemērošanu ūdens apstrādes jomā.
(4) Joprojām ir ierobežoti pētījumi par Nano izpilddirektora materiālu toksicitāti, un to uzvedība vides un toksicitātes mehānisms ūdens attīrīšanas sistēmās vēl nav noteikts. Faktiskais notekūdeņu attīrīšanas process bieži ietver vairāku piesārņotāju līdzāspastāvēšanu, un līdzāspastāvošie piesārņotāji mijiedarbosies viens ar otru, tādējādi mainot virsmas īpašības un nanomateriālu toksicitāti. Tāpēc steidzami jāveic vairāk pētījumu par saistītajiem aspektiem.
Pasta laiks: maijs-22-2023