നാനോ സെറിയം ഓക്സൈഡ് തയ്യാറാക്കലും ജലശുദ്ധീകരണത്തിൽ അതിൻ്റെ പ്രയോഗവും

സിഇഒ2അപൂർവ ഭൂമി വസ്തുക്കളുടെ ഒരു പ്രധാന ഘടകമാണ്.ദിഅപൂർവ ഭൂമി മൂലകം സെറിയംഒരു അദ്വിതീയ ബാഹ്യ ഇലക്ട്രോണിക് ഘടനയുണ്ട് - 4f15d16s2.അതിൻ്റെ പ്രത്യേക 4f ലെയറിന് ഇലക്ട്രോണുകളെ ഫലപ്രദമായി സംഭരിക്കാനും പുറത്തുവിടാനും കഴിയും, ഇത് സീറിയം അയോണുകളെ +3 വാലൻസ് അവസ്ഥയിലും +4 വാലൻസ് അവസ്ഥയിലും പ്രവർത്തിക്കുന്നു.അതിനാൽ, CeO2 മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് കൂടുതൽ ഓക്സിജൻ ദ്വാരങ്ങളുണ്ട്, കൂടാതെ ഓക്സിജൻ സംഭരിക്കാനും പുറത്തുവിടാനും മികച്ച കഴിവുണ്ട്.Ce (III), Ce (IV) എന്നിവയുടെ പരസ്പര പരിവർത്തനം, അതുല്യമായ ഓക്സിഡേഷൻ-റിഡക്ഷൻ കാറ്റലറ്റിക് കഴിവുകളുള്ള CeO2 പദാർത്ഥങ്ങളെ നൽകുന്നു.ബൾക്ക് മെറ്റീരിയലുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, നാനോ CeO2, ഒരു പുതിയ തരം അജൈവ പദാർത്ഥമായി, ഉയർന്ന നിർദ്ദിഷ്ട ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം, മികച്ച ഓക്സിജൻ സംഭരണവും പ്രകാശന ശേഷിയും, ഓക്സിജൻ അയോൺ ചാലകത, റെഡോക്സ് പ്രകടനം, ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ദ്രുത ഓക്സിജൻ ഒഴിവുള്ള വ്യാപനം എന്നിവ കാരണം വ്യാപകമായ ശ്രദ്ധ നേടി. കഴിവ്.നാനോ CeO2 ഉത്തേജകങ്ങൾ, കാറ്റലിസ്റ്റ് കാരിയറുകൾ അല്ലെങ്കിൽ അഡിറ്റീവുകൾ, സജീവ ഘടകങ്ങൾ, അഡ്‌സോർബൻ്റുകൾ എന്നിവയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ധാരാളം ഗവേഷണ റിപ്പോർട്ടുകളും അനുബന്ധ ആപ്ലിക്കേഷനുകളും നിലവിൽ ഉണ്ട്.

1. നാനോമീറ്റർ തയ്യാറാക്കൽ രീതിസെറിയം ഓക്സൈഡ്

നിലവിൽ, നാനോ സെറിയയുടെ പൊതുവായ തയ്യാറെടുപ്പ് രീതികളിൽ പ്രധാനമായും രാസ രീതിയും ഭൗതിക രീതിയും ഉൾപ്പെടുന്നു.വ്യത്യസ്ത രാസ രീതികൾ അനുസരിച്ച്, രാസ രീതികളെ മഴയുടെ രീതി, ജലവൈദ്യുത രീതി, സോൾവോതെർമൽ രീതി, സോൾ ജെൽ രീതി, മൈക്രോ എമൽഷൻ രീതി, ഇലക്ട്രോഡെപോസിഷൻ രീതി എന്നിങ്ങനെ തിരിക്കാം;ഭൗതിക രീതി പ്രധാനമായും അരക്കൽ രീതിയാണ്.

 
1.1 അരക്കൽ രീതി

നാനോ സെറിയ തയ്യാറാക്കുന്നതിനുള്ള ഗ്രൈൻഡിംഗ് രീതി സാധാരണയായി മണൽ പൊടിക്കുന്നു, ഇതിന് കുറഞ്ഞ ചെലവ്, പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദം, വേഗത്തിലുള്ള പ്രോസസ്സിംഗ് വേഗത, ശക്തമായ പ്രോസസ്സിംഗ് കഴിവ് എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളുണ്ട്.നാനോ സെറിയ വ്യവസായത്തിലെ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട പ്രോസസ്സിംഗ് രീതിയാണിത്.ഉദാഹരണത്തിന്, നാനോ സെറിയം ഓക്സൈഡ് പോളിഷിംഗ് പൗഡർ തയ്യാറാക്കുന്നത് സാധാരണയായി കാൽസിനേഷൻ്റെയും മണൽ പൊടിക്കലിൻ്റെയും സംയോജനമാണ് സ്വീകരിക്കുന്നത്, കൂടാതെ സെറിയം അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഡിനിട്രേഷൻ കാറ്റലിസ്റ്റുകളുടെ അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളും പ്രീ-ട്രീറ്റ്മെൻ്റിനായി മിക്സ് ചെയ്യുകയോ അല്ലെങ്കിൽ മണൽ അരക്കൽ ഉപയോഗിച്ച് കാൽസിനേഷനുശേഷം ചികിത്സിക്കുകയോ ചെയ്യുന്നു.വ്യത്യസ്ത കണികാ വലിപ്പമുള്ള മണൽ പൊടിക്കുന്ന ബീഡ് അനുപാതങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെ, ക്രമീകരണത്തിലൂടെ പതിനായിരം മുതൽ നൂറുകണക്കിന് നാനോമീറ്റർ വരെയുള്ള D50 ഉള്ള നാനോ സെറിയ ലഭിക്കും.

 
1.2 മഴയുടെ രീതി

ഉചിതമായ ലായകങ്ങളിൽ ലയിപ്പിച്ച അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളെ മഴ, വേർതിരിക്കൽ, കഴുകൽ, ഉണക്കൽ, കണക്കുകൂട്ടൽ എന്നിവയിലൂടെ ഖര പൊടി തയ്യാറാക്കുന്ന രീതിയാണ് മഴയുടെ രീതി.ലളിതമായ തയ്യാറാക്കൽ പ്രക്രിയ, ഉയർന്ന ദക്ഷത, കുറഞ്ഞ ചെലവ് തുടങ്ങിയ ഗുണങ്ങളോടെ, അപൂർവ എർത്ത്, ഡോപ്ഡ് നാനോ മെറ്റീരിയലുകൾ എന്നിവ തയ്യാറാക്കുന്നതിൽ മഴയുടെ രീതി വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.വ്യവസായത്തിൽ നാനോ സെറിയയും അതിൻ്റെ സംയോജിത വസ്തുക്കളും തയ്യാറാക്കുന്നതിന് സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു രീതിയാണിത്.ഈ രീതിക്ക് മഴയുടെ താപനില, മെറ്റീരിയൽ സാന്ദ്രത, പിഎച്ച് മൂല്യം, മഴയുടെ വേഗത, ഇളകുന്ന വേഗത, ടെംപ്ലേറ്റ് മുതലായവ മാറ്റിക്കൊണ്ട് വ്യത്യസ്ത രൂപഘടനയും കണികാ വലിപ്പവും ഉപയോഗിച്ച് നാനോ സെറിയ തയ്യാറാക്കാൻ കഴിയും. നാനോ സെറിയ മൈക്രോസ്ഫിയറുകൾ തയ്യാറാക്കുന്നത് സിട്രേറ്റ് അയോണുകളാൽ നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്നു.പകരമായി, സോഡിയം സിട്രേറ്റിൻ്റെ ജലവിശ്ലേഷണത്തിൽ നിന്ന് ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന OH-ൽ സെറിയം അയോണുകൾ പ്രെസിപിറ്റേറ്റ് ചെയ്യാം, തുടർന്ന് നാനോ സെറിയ മൈക്രോസ്ഫിയറുകൾ പോലെയുള്ള അടരുകൾ തയ്യാറാക്കാൻ ഇൻകുബേറ്റ് ചെയ്യുകയും കാൽസിൻ ചെയ്യുകയും ചെയ്യാം.

 
1.3 ഹൈഡ്രോതെർമൽ, സോൾവോതെർമൽ രീതികൾ

ഈ രണ്ട് രീതികളും ഒരു അടഞ്ഞ സിസ്റ്റത്തിൽ നിർണായക ഊഷ്മാവിൽ ഉയർന്ന താപനിലയും ഉയർന്ന മർദ്ദവും ഉപയോഗിച്ച് ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ തയ്യാറാക്കുന്ന രീതിയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.പ്രതിപ്രവർത്തന ലായകം വെള്ളമാകുമ്പോൾ അതിനെ ഹൈഡ്രോതെർമൽ രീതി എന്ന് വിളിക്കുന്നു.അതനുസരിച്ച്, പ്രതിപ്രവർത്തന ലായകങ്ങൾ ഒരു ഓർഗാനിക് ലായകമാകുമ്പോൾ, അതിനെ സോൾവോതെർമൽ രീതി എന്ന് വിളിക്കുന്നു.സമന്വയിപ്പിച്ച നാനോ കണങ്ങൾക്ക് ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയും നല്ല വിസർജ്ജനവും യൂണിഫോം കണങ്ങളുമുണ്ട്, പ്രത്യേകിച്ച് വ്യത്യസ്ത രൂപഘടനകളുള്ള അല്ലെങ്കിൽ പ്രത്യേക ക്രിസ്റ്റൽ മുഖങ്ങളുള്ള നാനോ പൊടികൾ.വാറ്റിയെടുത്ത വെള്ളത്തിൽ സെറിയം ക്ലോറൈഡ് അലിയിക്കുക, ഇളക്കി സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് ലായനി ചേർക്കുക.തുറന്നുകാട്ടപ്പെട്ട (111), (110) ക്രിസ്റ്റൽ പ്ലെയിനുകൾ ഉപയോഗിച്ച് സെറിയം ഓക്സൈഡ് നാനോറോഡുകൾ തയ്യാറാക്കാൻ 12 മണിക്കൂർ നേരത്തേക്ക് 170 ℃-ൽ ഹൈഡ്രോതെർമൽ പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്നു.പ്രതികരണ സാഹചര്യങ്ങൾ ക്രമീകരിക്കുന്നതിലൂടെ, തുറന്ന ക്രിസ്റ്റൽ പ്ലെയിനുകളിലെ (110) ക്രിസ്റ്റൽ പ്ലെയിനുകളുടെ അനുപാതം വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് അവയുടെ ഉത്തേജക പ്രവർത്തനം കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു.പ്രതിപ്രവർത്തന ലായകവും ഉപരിതല ലിഗാൻഡുകളും ക്രമീകരിക്കുന്നത് പ്രത്യേക ഹൈഡ്രോഫിലിസിറ്റി അല്ലെങ്കിൽ ലിപ്പോഫിലിസിറ്റി ഉള്ള നാനോ സെറിയ കണങ്ങളെ ഉത്പാദിപ്പിക്കും.ഉദാഹരണത്തിന്, ജലീയ ഘട്ടത്തിൽ അസറ്റേറ്റ് അയോണുകൾ ചേർക്കുന്നത് വെള്ളത്തിൽ മോണോഡിസ്പെഴ്സ് ഹൈഡ്രോഫിലിക് സെറിയം ഓക്സൈഡ് നാനോപാർട്ടിക്കിളുകൾ തയ്യാറാക്കാം.ധ്രുവേതര ലായകങ്ങൾ തിരഞ്ഞെടുത്ത്, പ്രതിപ്രവർത്തന സമയത്ത് ഒലിക് ആസിഡ് ഒരു ലിഗാൻഡായി അവതരിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ, ധ്രുവേതര ഓർഗാനിക് ലായകങ്ങളിൽ മോണോഡിസ്പെർസ് ലിപ്പോഫിലിക് സെറിയ നാനോപാർട്ടിക്കിളുകൾ തയ്യാറാക്കാം.(ചിത്രം 1 കാണുക)

ചിത്രം 1 മോണോഡിസ്പെർസ് ഗോളാകൃതിയിലുള്ള നാനോ സെറിയയും വടി ആകൃതിയിലുള്ള നാനോ സെറിയയും

1.4 സോൾ ജെൽ രീതി

സോൾ ജെൽ രീതി, മുൻഗാമികളായി ചില അല്ലെങ്കിൽ നിരവധി സംയുക്തങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു രീതിയാണ്, ദ്രാവക ഘട്ടത്തിൽ ജലവിശ്ലേഷണം പോലെയുള്ള രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ നടത്തി സോൾ രൂപപ്പെടുന്നു, തുടർന്ന് വാർദ്ധക്യത്തിന് ശേഷം ജെൽ രൂപപ്പെടുത്തുന്നു, ഒടുവിൽ ഉണക്കി അൾട്രാഫൈൻ പൊടികൾ തയ്യാറാക്കാൻ കാൽസൈൻ ചെയ്യുന്നു.പല റിപ്പോർട്ടുകളിലും റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുള്ള സെറിയം ഇരുമ്പ്, സെറിയം ടൈറ്റാനിയം, സെറിയം സിർക്കോണിയം, മറ്റ് സംയുക്ത നാനോ ഓക്സൈഡുകൾ എന്നിവ പോലുള്ള ഉയർന്ന ചിതറിക്കിടക്കുന്ന മൾട്ടി-ഘടക നാനോ സെറിയ കോമ്പോസിറ്റ് നാനോ മെറ്റീരിയലുകൾ തയ്യാറാക്കുന്നതിന് ഈ രീതി പ്രത്യേകിച്ചും അനുയോജ്യമാണ്.

 
1.5 മറ്റ് രീതികൾ

മേൽപ്പറഞ്ഞ രീതികൾക്ക് പുറമേ, മൈക്രോ ലോഷൻ രീതി, മൈക്രോവേവ് സിന്തസിസ് രീതി, ഇലക്ട്രോഡെപോസിഷൻ രീതി, പ്ലാസ്മ ഫ്ലേം ജ്വലന രീതി, അയോൺ എക്സ്ചേഞ്ച് മെംബ്രൻ ഇലക്ട്രോലൈസിസ് രീതി തുടങ്ങി നിരവധി രീതികളും ഉണ്ട്.നാനോ സെറിയയുടെ ഗവേഷണത്തിനും പ്രയോഗത്തിനും ഈ രീതികൾക്ക് വലിയ പ്രാധാന്യമുണ്ട്.

 
ജലശുദ്ധീകരണത്തിൽ 2-നാനോമീറ്റർ സെറിയം ഓക്സൈഡിൻ്റെ പ്രയോഗം

അപൂർവ ഭൂമി മൂലകങ്ങളിൽ ഏറ്റവും സമൃദ്ധമായ മൂലകമാണ് സീറിയം, കുറഞ്ഞ വിലയും വിശാലമായ ആപ്ലിക്കേഷനുകളും.ഉയർന്ന പ്രത്യേക ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം, ഉയർന്ന കാറ്റലറ്റിക് പ്രവർത്തനം, മികച്ച ഘടനാപരമായ സ്ഥിരത എന്നിവ കാരണം നാനോമീറ്റർ സെറിയയും അതിൻ്റെ സംയുക്തങ്ങളും ജലശുദ്ധീകരണ മേഖലയിൽ വളരെയധികം ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചു.

 
2.1 അപേക്ഷനാനോ സെറിയം ഓക്സൈഡ്അഡോർപ്ഷൻ രീതി വഴിയുള്ള ജല ചികിത്സയിൽ

സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, ഇലക്ട്രോണിക്സ് വ്യവസായം പോലുള്ള വ്യവസായങ്ങളുടെ വികാസത്തോടെ, ഹെവി മെറ്റൽ അയോണുകളും ഫ്ലൂറിൻ അയോണുകളും പോലുള്ള മലിനീകരണം അടങ്ങിയ വലിയ അളവിൽ മലിനജലം പുറന്തള്ളപ്പെട്ടു.സൂക്ഷ്മമായ സാന്ദ്രതയിൽ പോലും, ജലജീവികൾക്കും മനുഷ്യൻ്റെ ജീവിത പരിസ്ഥിതിക്കും കാര്യമായ ദോഷം വരുത്തും.സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന രീതികളിൽ ഓക്സിഡേഷൻ, ഫ്ലോട്ടേഷൻ, റിവേഴ്സ് ഓസ്മോസിസ്, അഡ്സോർപ്ഷൻ, നാനോഫിൽട്രേഷൻ, ബയോസോർപ്ഷൻ മുതലായവ ഉൾപ്പെടുന്നു. അവയിൽ, അഡ്സോർപ്ഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ അതിൻ്റെ ലളിതമായ പ്രവർത്തനം, കുറഞ്ഞ ചെലവ്, ഉയർന്ന ചികിത്സ കാര്യക്ഷമത എന്നിവ കാരണം പലപ്പോഴും സ്വീകരിക്കപ്പെടുന്നു.നാനോ CeO2 മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് ഉയർന്ന പ്രത്യേക ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണവും അഡ്‌സോർബൻ്റുകളായി ഉയർന്ന ഉപരിതല പ്രവർത്തനവുമുണ്ട്, കൂടാതെ പോറസ് നാനോ CeO2 ൻ്റെയും അതിൻ്റെ സംയോജിത പദാർത്ഥങ്ങളുടെയും സമന്വയത്തെക്കുറിച്ച് നിരവധി റിപ്പോർട്ടുകൾ ഉണ്ട്.

ദുർബലമായ അമ്ലാവസ്ഥയിൽ വെള്ളത്തിൽ എഫ് - നാനോ സെറിയയ്ക്ക് ശക്തമായ ആഗിരണം ചെയ്യാനുള്ള ശേഷിയുണ്ടെന്ന് ഗവേഷണങ്ങൾ തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്.എഫ് - 100mg/L, pH=5-6 എന്നിവയുടെ പ്രാരംഭ സാന്ദ്രതയുള്ള ഒരു ലായനിയിൽ, F - ൻ്റെ അഡോർപ്ഷൻ ശേഷി 23mg/g ആണ്, കൂടാതെ F - ൻ്റെ നീക്കം ചെയ്യൽ നിരക്ക് 85.6% ആണ്.ഒരു പോളിഅക്രിലിക് ആസിഡ് റെസിൻ ബോളിലേക്ക് (ലോഡിംഗ് തുക: 0.25g/g) കയറ്റിയ ശേഷം, എഫ് - ജലീയ ലായനിയുടെ തുല്യ അളവ് 100mg/L ചികിത്സിക്കുമ്പോൾ, എഫ് - നീക്കം ചെയ്യാനുള്ള കഴിവ് 99%-ൽ എത്താം;വോളിയത്തിൻ്റെ 120 മടങ്ങ് പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുമ്പോൾ, 90% ത്തിൽ കൂടുതൽ F - നീക്കം ചെയ്യാൻ കഴിയും.ഫോസ്ഫേറ്റും അയോഡേറ്റും ആഗിരണം ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, അനുബന്ധ ഒപ്റ്റിമൽ അഡോർപ്ഷൻ അവസ്ഥയിൽ അഡ്സോർപ്ഷൻ കപ്പാസിറ്റി 100mg/g-ൽ എത്താം.ഉയർന്ന സാമ്പത്തിക നേട്ടങ്ങളുള്ള ലളിതമായ ഡിസോർപ്ഷനും ന്യൂട്രലൈസേഷൻ ചികിത്സയ്ക്കും ശേഷം ഉപയോഗിച്ച മെറ്റീരിയൽ വീണ്ടും ഉപയോഗിക്കാം.

നാനോ സെറിയയും അതിൻ്റെ സംയുക്ത വസ്തുക്കളും ഉപയോഗിച്ച് ആർസെനിക്, ക്രോമിയം, കാഡ്മിയം, ലെഡ് തുടങ്ങിയ വിഷ ഘനലോഹങ്ങളുടെ ആഗിരണം, ചികിത്സ എന്നിവയെക്കുറിച്ച് നിരവധി പഠനങ്ങളുണ്ട്.വ്യത്യസ്ത വാലൻസ് അവസ്ഥകളുള്ള ഹെവി മെറ്റൽ അയോണുകൾക്ക് ഒപ്റ്റിമൽ അഡോർപ്ഷൻ pH വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു.ഉദാഹരണത്തിന്, ന്യൂട്രൽ ബയസ് ഉള്ള ദുർബലമായ ആൽക്കലൈൻ അവസ്ഥയ്ക്ക് As (III) ന് ഏറ്റവും മികച്ച അഡ്‌സോർപ്‌ഷൻ അവസ്ഥയുണ്ട്, അതേസമയം As (V) ൻ്റെ ഒപ്റ്റിമൽ അഡ്‌സോർപ്‌ഷൻ അവസ്ഥ ദുർബലമായ അസിഡിറ്റി സാഹചര്യങ്ങളിൽ കൈവരിക്കുന്നു, ഇവിടെ അഡ്‌സോർപ്‌ഷൻ കപ്പാസിറ്റി രണ്ടിലും 110mg/g-ൽ എത്താം. വ്യവസ്ഥകൾ.മൊത്തത്തിൽ, നാനോ സെറിയയുടെയും അതിൻ്റെ സംയോജിത പദാർത്ഥങ്ങളുടെയും ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത സമന്വയത്തിന് വിശാലമായ പിഎച്ച് ശ്രേണിയിലുള്ള വിവിധ ഹെവി മെറ്റൽ അയോണുകൾക്ക് ഉയർന്ന ആഗിരണം ചെയ്യാനും നീക്കം ചെയ്യാനും കഴിയും.

മറുവശത്ത്, ആസിഡ് ഓറഞ്ച്, റോഡാമൈൻ ബി, കോംഗോ റെഡ് തുടങ്ങിയ മലിനജലത്തിലെ ജൈവവസ്തുക്കളെ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതിൽ സെറിയം ഓക്സൈഡ് അധിഷ്ഠിത നാനോ മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് മികച്ച പ്രകടനമുണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, നിലവിലുള്ള റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ട കേസുകളിൽ, ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് തയ്യാറാക്കിയ നാനോ സെറിയ പോറസ് ഗോളങ്ങൾക്ക് ഉയർന്നതാണ്. 60 മിനിറ്റിനുള്ളിൽ 942.7mg/g എന്ന അഡ്‌സോർപ്ഷൻ ശേഷിയുള്ള ഓർഗാനിക് ഡൈകൾ നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനുള്ള ആഗിരണം ശേഷി, പ്രത്യേകിച്ച് കോംഗോ ചുവപ്പ് നീക്കം ചെയ്യുന്നതിൽ.

 
2.2 വിപുലമായ ഓക്സീകരണ പ്രക്രിയയിൽ നാനോ സെറിയയുടെ പ്രയോഗം

നിലവിലുള്ള അൺഹൈഡ്രസ് ട്രീറ്റ്മെൻ്റ് സിസ്റ്റം മെച്ചപ്പെടുത്താൻ അഡ്വാൻസ്ഡ് ഓക്സിഡേഷൻ പ്രക്രിയ (ചുരുക്കത്തിൽ AOPs) നിർദ്ദേശിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.ഡീപ് ഓക്‌സിഡേഷൻ ടെക്‌നോളജി എന്നും അറിയപ്പെടുന്ന വിപുലമായ ഓക്‌സിഡേഷൻ പ്രക്രിയയുടെ സവിശേഷതയാണ് ഹൈഡ്രോക്‌സിൽ റാഡിക്കൽ (· OH), സൂപ്പർഓക്‌സൈഡ് റാഡിക്കൽ (· O2 -), സിംഗിൾ ഓക്‌സിജൻ മുതലായവ.ഉയർന്ന ഊഷ്മാവ്, മർദ്ദം, വൈദ്യുതി, ശബ്ദം, പ്രകാശ വികിരണം, കാറ്റലിസ്റ്റ് മുതലായവയുടെ പ്രതികരണ സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഫ്രീ റാഡിക്കലുകളും പ്രതികരണ സാഹചര്യങ്ങളും സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനുള്ള വ്യത്യസ്ത രീതികൾ അനുസരിച്ച്, അവയെ ഫോട്ടോകെമിക്കൽ ഓക്സിഡേഷൻ, കാറ്റലറ്റിക് വെറ്റ് ഓക്സിഡേഷൻ, സോണോകെമിസ്ട്രി ഓക്സിഡേഷൻ, ഓസോൺ എന്നിങ്ങനെ തിരിക്കാം. ഓക്സിഡേഷൻ, ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ ഓക്സിഡേഷൻ, ഫെൻ്റൺ ഓക്സിഡേഷൻ മുതലായവ (ചിത്രം 2 കാണുക).

ചിത്രം 2 വിപുലമായ ഓക്‌സിഡേഷൻ പ്രക്രിയയുടെ വർഗ്ഗീകരണവും സാങ്കേതിക സംയോജനവും

നാനോ സെറിയവിപുലമായ ഓക്സിഡേഷൻ പ്രക്രിയയിൽ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു വൈവിധ്യമാർന്ന കാറ്റലിസ്റ്റാണ്.Ce3+ഉം Ce4+ഉം തമ്മിലുള്ള ദ്രുതഗതിയിലുള്ള പരിവർത്തനവും ഓക്‌സിജൻ ആഗിരണവും പ്രകാശനവും വഴി ഉണ്ടാകുന്ന ദ്രുതഗതിയിലുള്ള ഓക്‌സിഡേഷൻ-റിഡക്ഷൻ ഇഫക്‌റ്റും കാരണം, നാനോ സെറിയയ്ക്ക് നല്ല കാറ്റലറ്റിക് കഴിവുണ്ട്.ഒരു കാറ്റലിസ്റ്റ് പ്രൊമോട്ടറായി ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, ഇത് ഫലപ്രദമായി കാറ്റലറ്റിക് കഴിവും സ്ഥിരതയും മെച്ചപ്പെടുത്തും.നാനോ സെറിയയും അതിൻ്റെ സംയോജിത വസ്തുക്കളും ഉൽപ്രേരകങ്ങളായി ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, അവയുടെ പ്രവർത്തനത്തെയും പ്രയോഗത്തെയും ബാധിക്കുന്ന പ്രധാന ഘടകങ്ങളായ രൂപഘടന, കണികാ വലിപ്പം, തുറന്ന ക്രിസ്റ്റൽ പ്ലെയിനുകൾ എന്നിവയ്ക്കൊപ്പം കാറ്റലറ്റിക് ഗുണങ്ങൾ വളരെ വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.കണികകൾ ചെറുതും നിർദ്ദിഷ്ട ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം വലുതുമായതിനാൽ, കൂടുതൽ അനുബന്ധമായ സജീവമായ സൈറ്റ്, ഉത്തേജക ശേഷി ശക്തമാകുമെന്ന് പൊതുവെ വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു.തുറന്ന ക്രിസ്റ്റൽ പ്രതലത്തിൻ്റെ ഉത്തേജക ശേഷി, ശക്തമായത് മുതൽ ദുർബലമായത് വരെ, (100) ക്രിസ്റ്റൽ ഉപരിതലം>(110) ക്രിസ്റ്റൽ ഉപരിതലം>(111) ക്രിസ്റ്റൽ ഉപരിതലം എന്ന ക്രമത്തിലാണ്, അനുബന്ധ സ്ഥിരത വിപരീതമാണ്.

സെറിയം ഓക്സൈഡ് ഒരു അർദ്ധചാലക വസ്തുവാണ്.നാനോമീറ്റർ സെറിയം ഓക്സൈഡ് ബാൻഡ് ഗ്യാപ്പിനേക്കാൾ ഉയർന്ന ഊർജ്ജമുള്ള ഫോട്ടോണുകളാൽ വികിരണം ചെയ്യപ്പെടുമ്പോൾ, വാലൻസ് ബാൻഡ് ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ സംക്രമണ പുനഃസംയോജന സ്വഭാവം സംഭവിക്കുന്നു.ഈ സ്വഭാവം Ce3+, Ce4+ എന്നിവയുടെ പരിവർത്തന നിരക്ക് പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കും, ഇത് നാനോ സെറിയയുടെ ശക്തമായ ഫോട്ടോകാറ്റലിറ്റിക് പ്രവർത്തനത്തിന് കാരണമാകും.ഫോട്ടോകാറ്റലിസിസിന് ദ്വിതീയ മലിനീകരണം കൂടാതെ ജൈവവസ്തുക്കളുടെ നേരിട്ടുള്ള അപചയം കൈവരിക്കാൻ കഴിയും, അതിനാൽ AOP-കളിലെ നാനോ സെറിയ മേഖലയിൽ ഏറ്റവും കൂടുതൽ പഠിച്ച സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് ഇതിൻ്റെ പ്രയോഗം.നിലവിൽ, അസോ ഡൈകൾ, ഫിനോൾ, ക്ലോറോബെൻസീൻ, ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽ മലിനജലം എന്നിവയുടെ കാറ്റലിറ്റിക് ഡിഗ്രേഡേഷൻ ട്രീറ്റ്‌മെൻ്റ്, വ്യത്യസ്ത രൂപഘടനകളും സംയുക്ത കോമ്പോസിഷനുകളും ഉള്ള കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് പ്രധാന ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നത്.റിപ്പോർട്ട് അനുസരിച്ച്, ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത കാറ്റലിസ്റ്റ് സിന്തസിസ് രീതിയിലും കാറ്റലറ്റിക് മോഡൽ അവസ്ഥയിലും, ഈ പദാർത്ഥങ്ങളുടെ ഡീഗ്രഡേഷൻ കപ്പാസിറ്റി സാധാരണയായി 80%-ൽ കൂടുതലും ടോട്ടൽ ഓർഗാനിക് കാർബണിൻ്റെ (TOC) നീക്കം ചെയ്യാനുള്ള ശേഷി 40%-ൽ കൂടുതലും എത്താം.

ഓസോൺ, ഹൈഡ്രജൻ പെറോക്സൈഡ് തുടങ്ങിയ ജൈവ മലിനീകരണം നശിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള നാനോ സെറിയം ഓക്സൈഡ് കാറ്റാലിസിസ് വ്യാപകമായി പഠിച്ച മറ്റൊരു സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്.ഫോട്ടോകാറ്റാലിസിസിന് സമാനമായി, വ്യത്യസ്ത രൂപഘടനകളോ ക്രിസ്റ്റൽ പ്ലെയിനുകളോ ഉള്ള നാനോ സെറിയയുടെ കഴിവിലും ജൈവ മലിനീകരണത്തെ ഓക്‌സിഡൈസ് ചെയ്യാനും നശിപ്പിക്കാനും ഇത് ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു.അത്തരം പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ, ഓസോൺ അല്ലെങ്കിൽ ഹൈഡ്രജൻ പെറോക്സൈഡിൽ നിന്നുള്ള സജീവമായ റാഡിക്കലുകളുടെ ഒരു വലിയ സംഖ്യ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് കാറ്റലിസ്റ്റുകൾക്ക് കഴിയും, ഇത് ഓർഗാനിക് മാലിന്യങ്ങളെ ആക്രമിക്കുകയും കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമമായ ഓക്സിഡേറ്റീവ് ഡിഗ്രഡേഷൻ കഴിവുകൾ കൈവരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിൽ ഓക്സിഡൻറുകളുടെ ആമുഖം കാരണം, ജൈവ സംയുക്തങ്ങൾ നീക്കം ചെയ്യാനുള്ള കഴിവ് വളരെയധികം വർദ്ധിക്കുന്നു.മിക്ക പ്രതികരണങ്ങളിലും, ടാർഗെറ്റ് പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ അന്തിമ നീക്കം ചെയ്യൽ നിരക്ക് 100% എത്തുകയോ സമീപിക്കുകയോ ചെയ്യാം, കൂടാതെ TOC നീക്കംചെയ്യൽ നിരക്കും കൂടുതലാണ്.

ഇലക്‌ട്രോകാറ്റലിറ്റിക് അഡ്വാൻസ്‌ഡ് ഓക്‌സിഡേഷൻ രീതിയിൽ, ഉയർന്ന ഓക്‌സിജൻ പരിണാമം ഓവർപോട്ടൻഷ്യൽ ഉള്ള ആനോഡ് മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ഗുണവിശേഷതകൾ ഓർഗാനിക് മലിനീകരണത്തെ ചികിത്സിക്കുന്നതിനുള്ള ഇലക്‌ട്രോകാറ്റലിറ്റിക് അഡ്വാൻസ്ഡ് ഓക്‌സിഡേഷൻ രീതിയുടെ സെലക്‌റ്റിവിറ്റി നിർണ്ണയിക്കുന്നു.H2O2 ൻ്റെ ഉത്പാദനം നിർണ്ണയിക്കുന്ന ഒരു പ്രധാന ഘടകമാണ് കാഥോഡ് മെറ്റീരിയൽ, H2O2 ൻ്റെ ഉത്പാദനം ജൈവ മലിനീകരണത്തെ ചികിത്സിക്കുന്നതിനുള്ള ഇലക്ട്രോകാറ്റലിറ്റിക് അഡ്വാൻസ്ഡ് ഓക്സിഡേഷൻ രീതിയുടെ കാര്യക്ഷമത നിർണ്ണയിക്കുന്നു.നാനോ സെറിയ ഉപയോഗിച്ചുള്ള ഇലക്‌ട്രോഡ് മെറ്റീരിയൽ പരിഷ്‌ക്കരണം സംബന്ധിച്ച പഠനം ആഭ്യന്തരമായും അന്തർദേശീയമായും വ്യാപകമായ ശ്രദ്ധ നേടിയിട്ടുണ്ട്.ഗവേഷകർ പ്രധാനമായും നാനോ സെറിയം ഓക്സൈഡും അതിൻ്റെ സംയോജിത വസ്തുക്കളും വിവിധ ഇലക്ട്രോഡ് മെറ്റീരിയലുകൾ പരിഷ്കരിക്കുന്നതിനും അവയുടെ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പ്രവർത്തനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും അതുവഴി ഇലക്ട്രോകാറ്റലിറ്റിക് പ്രവർത്തനവും അന്തിമ നീക്കംചെയ്യൽ നിരക്കും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനും വ്യത്യസ്ത രാസ രീതികളിലൂടെ അവതരിപ്പിക്കുന്നു.

മൈക്രോവേവ്, അൾട്രാസൗണ്ട് എന്നിവ മേൽപ്പറഞ്ഞ കാറ്റലറ്റിക് മോഡലുകൾക്കുള്ള പ്രധാന സഹായ നടപടികളാണ്.അൾട്രാസോണിക് സഹായം ഒരു ഉദാഹരണമായി എടുത്താൽ, സെക്കൻഡിൽ 25kHz-ൽ കൂടുതൽ ആവൃത്തിയിലുള്ള വൈബ്രേഷൻ ശബ്ദ തരംഗങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച്, പ്രത്യേകം രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ക്ലീനിംഗ് ഏജൻ്റ് ഉപയോഗിച്ച് രൂപപ്പെടുത്തിയ ഒരു ലായനിയിൽ ദശലക്ഷക്കണക്കിന് വളരെ ചെറിയ കുമിളകൾ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു.ഈ ചെറിയ കുമിളകൾ, ദ്രുതഗതിയിലുള്ള കംപ്രഷനും വികാസവും സമയത്ത്, നിരന്തരം ബബിൾ ഇംപ്ലോഷൻ ഉണ്ടാക്കുന്നു, ഇത് പദാർത്ഥങ്ങളെ വേഗത്തിൽ കൈമാറ്റം ചെയ്യാനും കാറ്റലിസ്റ്റ് പ്രതലത്തിൽ വ്യാപിക്കാനും അനുവദിക്കുന്നു, പലപ്പോഴും കാറ്റലറ്റിക് കാര്യക്ഷമത ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു.

 
3 ഉപസംഹാരം

നാനോ സെറിയയ്ക്കും അതിൻ്റെ സംയോജിത പദാർത്ഥങ്ങൾക്കും ജലത്തിലെ അയോണുകളും ജൈവ മലിനീകരണങ്ങളും ഫലപ്രദമായി ചികിത്സിക്കാൻ കഴിയും, കൂടാതെ ഭാവിയിലെ ജലശുദ്ധീകരണ മേഖലകളിൽ പ്രധാന പ്രയോഗ സാധ്യതയുമുണ്ട്.എന്നിരുന്നാലും, മിക്ക ഗവേഷണങ്ങളും ഇപ്പോഴും ലബോറട്ടറി ഘട്ടത്തിലാണ്, ഭാവിയിൽ ജലശുദ്ധീകരണത്തിൽ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള പ്രയോഗം നേടുന്നതിന്, ഇനിപ്പറയുന്ന പ്രശ്നങ്ങൾ ഇപ്പോഴും അടിയന്തിരമായി പരിഹരിക്കേണ്ടതുണ്ട്:

(1) നാനോയുടെ താരതമ്യേന ഉയർന്ന തയ്യാറെടുപ്പ് ചെലവ്സിഇഒ2ജലശുദ്ധീകരണത്തിലെ അവരുടെ ഭൂരിഭാഗം പ്രയോഗങ്ങളിലും അടിസ്ഥാന പദാർത്ഥങ്ങൾ ഒരു പ്രധാന ഘടകമായി തുടരുന്നു, അവ ഇപ്പോഴും ലബോറട്ടറി ഗവേഷണ ഘട്ടത്തിലാണ്.നാനോ CeO2 അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള മെറ്റീരിയലുകളുടെ രൂപഘടനയും വലുപ്പവും നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയുന്ന ചെലവുകുറഞ്ഞതും ലളിതവും ഫലപ്രദവുമായ തയ്യാറെടുപ്പ് രീതികൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നത് ഇപ്പോഴും ഗവേഷണത്തിൻ്റെ കേന്ദ്രമാണ്.

(2) നാനോ CeO2 അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള വസ്തുക്കളുടെ ചെറിയ കണിക വലിപ്പം കാരണം, ഉപയോഗത്തിന് ശേഷമുള്ള പുനരുൽപ്പാദനം, പുനരുജ്ജീവിപ്പിക്കൽ പ്രശ്നങ്ങൾ എന്നിവയും അവയുടെ പ്രയോഗത്തെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്ന പ്രധാന ഘടകങ്ങളാണ്.റെസിൻ മെറ്റീരിയലുകളുമായോ കാന്തിക വസ്തുക്കളുമായോ ഉള്ള സംയോജനം അതിൻ്റെ മെറ്റീരിയൽ തയ്യാറാക്കലിനും റീസൈക്ലിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്കും ഒരു പ്രധാന ഗവേഷണ ദിശയായിരിക്കും.

(3) നാനോ CeO2 അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള മെറ്റീരിയൽ വാട്ടർ ട്രീറ്റ്മെൻ്റ് ടെക്നോളജിയും പരമ്പരാഗത മലിനജല സംസ്കരണ സാങ്കേതികവിദ്യയും തമ്മിലുള്ള ഒരു സംയുക്ത പ്രക്രിയയുടെ വികസനം ജലശുദ്ധീകരണ മേഖലയിൽ നാനോ CeO2 അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള മെറ്റീരിയൽ കാറ്റലറ്റിക് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പ്രയോഗത്തെ വളരെയധികം പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കും.

(4) നാനോ CeO2 അധിഷ്ഠിത വസ്തുക്കളുടെ വിഷാംശത്തെക്കുറിച്ച് ഇപ്പോഴും പരിമിതമായ ഗവേഷണങ്ങൾ നടക്കുന്നു, ജലശുദ്ധീകരണ സംവിധാനങ്ങളിലെ അവയുടെ പാരിസ്ഥിതിക സ്വഭാവവും വിഷാംശ സംവിധാനവും ഇതുവരെ നിർണ്ണയിച്ചിട്ടില്ല.യഥാർത്ഥ മലിനജല സംസ്കരണ പ്രക്രിയയിൽ പലപ്പോഴും ഒന്നിലധികം മാലിന്യങ്ങളുടെ സഹവർത്തിത്വവും ഉൾപ്പെടുന്നു, ഒപ്പം നിലനിൽക്കുന്ന മലിനീകരണം പരസ്പരം ഇടപഴകുകയും അതുവഴി നാനോ പദാർത്ഥങ്ങളുടെ ഉപരിതല സവിശേഷതകളും വിഷാംശവും മാറ്റുകയും ചെയ്യും.അതിനാൽ, അനുബന്ധ വശങ്ങളിൽ കൂടുതൽ ഗവേഷണം നടത്തേണ്ടത് അടിയന്തിര ആവശ്യമാണ്.