CEO2е важна компонента на ретки материјали на Земјата. Наредок елемент на земјата цериумима уникатна надворешна електронска структура - 4F15D16S2. Неговиот специјален слој 4F може ефикасно да чува и ослободува електрони, со што јони на цериум се однесуваат во состојбата+3 валентна состојба и+4 валентна состојба. Затоа, материјалите CEO2 имаат повеќе дупки за кислород и имаат одлична можност за складирање и ослободување на кислород. Меѓусебната конверзија на CE (III) и CE (IV), исто така, ги подложува материјалите CEO2 со уникатни каталитички способности за намалување на оксидацијата. Споредено со рефус материјали, Nano CES2, како нов вид неоргански материјал, доби широко внимание заради неговата висока специфична површина, одлична способност за складирање и ослободување на кислород, спроводливост на јонски кислород, перформанси на редокс и висока температура за брзо дифузија на дифузија на работно место со кислород. Во моментов има голем број на извештаи за истражување и сродни апликации кои користат Nano CES2 како катализатори, носачи на катализатор или адитиви, активни компоненти и adsorbents.
1. Метод на подготовка на нанометарЦериум оксид
Во моментов, вообичаените методи за подготовка за нано церија главно вклучуваат хемиски метод и физички метод. Според различни хемиски методи, хемиските методи можат да се поделат на метод на врнежи, хидротермален метод, солвотермален метод, метод на сол гел, метод на микроемулзија и метод на електродапозиција; Физичкиот метод е главно методот на мелење.
1.1 Метод на мелење
Методот за мелење за подготовка на нано церија генерално користи мелење на песок, што има предности на ниска цена, пријателство за животна средина, брза брзина на обработка и силна способност за обработка. Во моментов е најважниот метод на обработка во индустријата нано церија. На пример, подготовката на прашок за полирање на нано цериум оксид генерално усвојува комбинација на калцинирање и мелење на песок, а суровините на катализаторот на денитација базирана на цериум се исто така мешани за пред-третман или третирани по калцирање со употреба на песок. Со употреба на различни стапки на мелење на мушка со големина на честички, нано церија со D50, од десетици до стотици нанометри може да се добие преку прилагодување.
1.2 Метод на врнежи
Методот на врнежи се однесува на методот на подготовка на цврст прав со врнежи, раздвојување, миење, сушење и калцинирање на суровини растворени во соодветни растворувачи. Методот на врнежи е широко користен во подготовката на ретка земја и допирани наноматеријали, со предности како што се едноставен процес на подготовка, висока ефикасност и ниска цена. Тоа е најчесто користен метод за подготовка на нано церија и неговите композитни материјали во индустријата. Овој метод може да подготви нано церија со различна морфологија и големина на честички со промена на температурата на врнежите, концентрација на материјал, pH вредност, брзина на врнежи, брзина на мешање, образец, итн. Заедничките методи се потпираат на врнежите на cerium јони од амонијак генерирана од распаѓање на уреа и подготовка на нано -церија микросфери се контролира со цитрални јон. Алтернативно, јони на цериум можат да бидат преципирани со OH - генерирани од хидролизата на натриум цитрат, а потоа да се инкубираат и калцинираат за да подготват снегулка како микросфери на нано церија.
1.3 Хидротермални и солвотермални методи
Овие два начина се однесуваат на методот на подготовка на производи со реакција со висока температура и висок притисок на критична температура во затворен систем. Кога растворувачот на реакција е вода, тој се нарекува хидротермален метод. Соодветно на тоа, кога растворувачот на реакција е органски растворувач, тој се нарекува солвотермален метод. Синтетизираните нано честички имаат голема чистота, добра дисперзија и униформа честички, особено нано прашоци со различни морфологии или изложени специјални кристални лица. Растворете го цериум хлорид во дестилирана вода, промешајте и додадете раствор на натриум хидроксид. Реагираат хидротермална на 170 ℃ за 12 часа за да подготвите нанороди на цериум оксид со изложени (111) и (110) кристални рамнини. Со прилагодување на условите на реакција, може да се зголеми процентот на (110) кристални рамнини во изложените кристални рамнини, што дополнително ја подобрува нивната каталитичка активност. Прилагодувањето на растворувачот на реакција и површинските лиганди исто така може да произведат честички на нано церија со посебна хидрофилност или липофилност. На пример, додавањето на ацетат јони во водната фаза може да подготви монодисперн хидрофилен цериум оксид наночестички во вода. Со избирање на неполарен растворувач и воведување на олеинска киселина како лиганд за време на реакцијата, може да се подготват монодисперсни липофилни церија наночестички во непаларни органски растворувачи. (Види слика 1)
Слика 1 Монодисперс сферичен нано церија и нано церија во форма на шипка
1.4 метод на гел сол
Методот SOL гел е метод кој користи некои или неколку соединенија како претходници, спроведува хемиски реакции како што е хидролиза во течната фаза за да формира SOL, а потоа формира гел по стареењето, и конечно суши и калцини за да подготви ултрафинирани прашоци. Овој метод е особено погоден за подготовка на високо дисперзирана мулти-компонента нано церија композитни наноматеријали, како што се цериум железо, цериум титаниум, цериум циркониум и други композитни нано оксиди, кои се пријавени во многу извештаи.
1.5 Други методи
Покрај горенаведените методи, постојат и метод на микро лосион, метод на микробранова синтеза, метод на електродапозиција, метод на согорување на плазма на плазма, метод на електролиза на мембрана на мембрана и многу други методи. Овие методи имаат големо значење за истражување и примена на нано церија.
Примена на 2-нанометарски цериум оксид во третман на вода
Цериумот е најобилниот елемент кај ретките елементи на земјата, со ниски цени и широки апликации. Нанометарот Церија и неговите композити привлекоа големо внимание во областа на третманот со вода заради нивната висока специфична површина, висока каталитичка активност и одлична структурна стабилност.
2.1 Примена наНано цериум оксидВо третман на вода со метод на адсорпција
Во последниве години, со развој на индустрии, како што е електронската индустрија, е испразнета голема количина на отпадни води што содржат загадувачи, како што се јони на тешки метали и јони на флуор. Дури и при концентрации во трагови, може да предизвика значителна штета на водните организми и човековата околина за живеење. Најчесто користените методи вклучуваат оксидација, флотација, обратна осмоза, адсорпција, нанофилтрација, биосорпција, итн. Меѓу нив, технологијата за адсорпција често се усвојува заради неговата едноставна работа, ниска цена и висока ефикасност на третман. Материјалите на Nano Ceo2 имаат висока специфична површина и висока активност на површината како adsorbents, а имало многу извештаи за синтезата на порозниот Nano CES2 и неговите композитни материјали со различни морфологии до adsorb и отстранување на штетни јони од вода.
Истражувањата покажаа дека Нано Церија има силен капацитет на адсорпција за F - во вода под слаби кисели услови. Во раствор со почетна концентрација на F - од 100mg/L и pH = 5-6, капацитетот на адсорпција за F - е 23mg/g, а стапката на отстранување на F - е 85,6%. Откако ќе ја вчитате на топката со смола од полиакрилна киселина (количина на оптоварување: 0,25g/g), способноста за отстранување на F - може да достигне над 99% при лекување на еднаков волумен од 100mg/l на f - воден раствор; При обработката на 120 пати поголема од волуменот, може да се отстранат повеќе од 90% од F -. Кога се користи за adsorb фосфат и јод, капацитетот на адсорпција може да достигне над 100mg/g под соодветната оптимална состојба на адсорпција. Користениот материјал може повторно да се користи по едноставен третман на десорпција и неутрализација, што има високи економски придобивки.
Постојат многу студии за адсорпција и третман на токсични тешки метали како што се арсен, хром, кадмиум и олово со употреба на нано церија и неговите композитни материјали. Оптималната pH на адсорпција варира за јони на тешки метали со различни состојби на валентност. На пример, слабата алкална состојба со неутрална пристрасност има најдобра состојба на адсорпција за AS (III), додека оптималната состојба на адсорпција за As (V) се постигнува под слаби кисели услови, каде што капацитетот на адсорпција може да достигне над 110mg/g во двата услови. Севкупно, оптимизираната синтеза на нано церија и неговите композитни материјали може да постигне високи стапки на адсорпција и отстранување за разни јони на тешки метали во широк опсег на pH.
On the other hand, cerium oxide based nanomaterials also have outstanding performance in adsorbing organics in wastewater, such as acid orange, rhodamine B, Congo red, etc. For example, in existing reported cases, nano ceria porous spheres prepared by electrochemical methods have high adsorption capacity in the removal of organic dyes, especially in the removal of Congo red, with an adsorption capacity of 942.7mg/g за 60 минути.
2.2 Примена на нано церија во напреден процес на оксидација
Процесот на напреден оксидација (AOPS за кратко) се предлага за подобрување на постојниот систем на безводен третман. Напредниот процес на оксидација, познат и како технологија за длабока оксидација, се карактеризира со производство на хидроксил радикал (· OH), радикал на супероксид (· O2 -), единечен кислород, итн. Со силна способност за оксидација. Под услови на реакција на висока температура и притисок, електрична енергија, звук, светло зрачење, катализатор, итн. Според различните начини на генерирање на слободни радикали и услови на реакција, тие можат да се поделат на фотохемиска оксидација, каталитичка влажна оксидација, оксидација на сонохемија, оксидација на озон, оксидација на озон, оксидација на озон, оксидација на фентон, оксидација на фентон, итн.
Слика 2 Класификација и технологија комбинација на напреден процес на оксидација
Нано Церијае хетероген катализатор кој најчесто се користи во напреден процес на оксидација. Поради брзата конверзија помеѓу CE3+и CE4+и ефектот за намалување на оксидацијата, предизвикан од апсорпција и ослободување на кислород, нано церија има добра каталитичка способност. Кога се користи како промотор на катализатор, тој исто така може ефикасно да ја подобри каталитичката способност и стабилност. Кога нано церија и неговите композитни материјали се користат како катализатори, каталитичките својства варираат во голема мерка со морфологијата, големината на честичките и изложените кристални рамнини, кои се клучни фактори кои влијаат на нивните перформанси и примена. Општо се верува дека колку е помали честичките и колку е поголема специфичната површина, толку посоодветна активна локација и колку е посилна каталитичката способност. Каталитичката способност на изложената кристална површина, од силна до слаба, е во редослед на (100) кристална површина> (110) кристална површина> (111) кристална површина, а соодветната стабилност е спротивна.
Цериум оксид е полупроводнички материјал. Кога нанометарскиот цериум оксид е озрачен со фотони со енергија поголема од јазот на опсегот, електроните за валентен опсег се возбудени и се јавува однесувањето на рекомбинацијата на транзицијата. Ова однесување ќе ја промовира стапката на конверзија на CE3+и CE4+, што резултира во силна фотокоталитичка активност на нано церија. Фотокотализата може да постигне директна деградација на органска материја без секундарно загадување, така што неговата примена е најпроучуваната технологија во областа на Нано Церија во АОП. Во моментов, главниот фокус е на каталитичката деградација третман на азо бои, фенол, хлоробензен и фармацевтски отпадни води со употреба на катализатори со различни морфологии и композитни композиции. Според извештајот, според оптимизираниот метод на синтеза на катализатор и условите на каталитички модел, капацитетот за деградација на овие супстанции генерално може да достигне повеќе од 80%, а капацитетот за отстранување на вкупниот органски јаглерод (TOC) може да достигне повеќе од 40%.
Катализата на нано цериум оксид за деградација на органски загадувачи како што се озон и водород пероксид е уште една широко проучена технологија. Слично на фотокотализата, таа исто така се фокусира на можноста на нано церија со различни морфологии или кристални рамнини и различни композитни каталитички оксиданти засновани на цериум за да ги оксидираат и деградираат органските загадувачи. Во такви реакции, катализаторите можат да ја катализираат генерирањето на голем број активни радикали од озон или водород пероксид, кои напаѓаат органски загадувачи и постигнуваат поефикасни можности за оксидативна деградација. Поради воведувањето на оксиданти во реакцијата, можноста за отстранување на органските соединенија е значително подобрена. Во повеќето реакции, конечната стапка на отстранување на целната супстанција може да достигне или пристапи 100%, а стапката на отстранување на TOC е исто така поголема.
Во електрокалитичкиот метод на напредна оксидација, својствата на анодниот материјал со висока еволуција на кислород прекумерно ја одредуваат селективноста на електрокалитичкиот метод на напредна оксидација за лекување на органски загадувачи. Катодниот материјал е важен фактор што го одредува производството на H2O2, а производството на H2O2 ја одредува ефикасноста на електрокалитичкиот метод на напредна оксидација за лекување на органски загадувачи. Студијата за модификација на електрода материјал со употреба на нано церија доби широко внимание и на домашно и на меѓународно ниво. Истражувачите главно воведуваат нано цериум оксид и неговите композитни материјали преку различни хемиски методи за да модифицираат различни материјали за електрода, да ја подобрат нивната електрохемиска активност и со тоа да ја зголемат електрокалитичката активност и конечната стапка на отстранување.
Микробранова и ултразвук честопати се важни помошни мерки за горенаведените каталитички модели. Земајќи ултразвучна помош како пример, користејќи вибрации звучни бранови со фреквенции повисоки од 25kHz во секунда, милиони екстремно мали меури се генерираат во раствор формулирано со специјално дизајниран средство за чистење. Овие мали меурчиња, за време на брзата компресија и проширување, постојано произведуваат експлозија на меурчиња, дозволувајќи им на материјалите брзо да разменуваат и да се дифузираат на површината на катализаторот, честопати експоненцијално ја подобруваат каталитичката ефикасност.
3 Заклучок
Нано церија и неговите композитни материјали можат ефикасно да ги третираат јони и органски загадувачи во вода и да имаат важен потенцијал за примена во идните полиња за третман на вода. Како и да е, повеќето истражувања се уште се во лабораториска фаза и за да се постигне брза примена во третманот со вода во иднина, сè уште треба да се решат следниве прашања:
(1) Релативно високата цена за подготовка на наноCEO2Заснованите материјали остануваат важен фактор во огромното мнозинство на нивните апликации во третман на вода, кои сè уште се во фаза на лабораториско истражување. Истражувањето на ниски, едноставни и ефективни методи за подготовка што можат да ја регулираат морфологијата и големината на материјалите засновани на Nano Ceo2, сè уште е во фокусот на истражувањето.
(2) Поради малата големина на честички на материјалите засновани на нано CEO2, проблемите со рециклирање и регенерација по употребата се исто така важни фактори кои ја ограничуваат нивната примена. Композитот на ИТ со материјали од смола или магнетски материјали ќе биде клучна насока за истражување за неговата технологија за подготовка на материјали и рециклирање.
(3) Развојот на заеднички процес помеѓу нано CEO2 -базирана на материјална технологија за третман на вода и традиционална технологија за третман на отпадни води во голема мерка ќе ја промовира примената на нано CES2 -базирана материјална каталитичка технологија во областа на третманот со вода.
(4) Сè уште има ограничено истражување за токсичноста на материјалите засновани на Nano Ceo2, а нивното однесување на животната средина и механизмот за токсичност во системите за третман на вода сè уште не се утврдени. Вистинскиот процес на третман на отпадни води често вклучува соживот на повеќе загадувачи, а коегзистираните загадувачи ќе комуницираат едни со други, со што ќе се менуваат карактеристиките на површината и потенцијалната токсичност на наноматеријалите. Затоа, постои итна потреба да се спроведат повеќе истражувања за поврзани аспекти.
Време на објавување: мај-22-2023 година