CEO2huwa komponent importanti ta 'materjali tad-dinja rari. Ilelement tad-dinja rari ceriumgħandu struttura elettronika unika ta 'barra - 4F15D16S2. Is-saff speċjali 4F tiegħu jista 'effettivament jaħżen u jirrilaxxa l-elettroni, u jagħmel il-joni taċ-ċerju jġibu ruħhom fl-istat ta' valenza + 3 u + 4 stat ta 'valenza. Għalhekk, il-materjali CEO2 għandhom aktar toqob ta 'ossiġnu, u għandhom kapaċità eċċellenti biex jaħżnu u jirrilaxxaw l-ossiġnu. Il-konverżjoni reċiproka ta 'CE (III) u CE (IV) tagħti wkoll materjali CEO2 b'kapaċitajiet katalitiċi ta' tnaqqis ta 'ossidazzjoni unika. Meta mqabbel ma 'materjali bl-ingrossa, NANO CEO2, bħala tip ġdid ta' materjal inorganiku, irċieva attenzjoni mifruxa minħabba l-erja tal-wiċċ speċifika għolja tagħha, ħażna ta 'ossiġnu eċċellenti u kapaċità ta' rilaxx, konduttività tal-joni ta 'ossiġenu, prestazzjoni redox, u kapaċità ta' diffużjoni ta 'vakanza rapida ta' temperatura għolja. Bħalissa hemm numru kbir ta 'rapporti ta' riċerka u applikazzjonijiet relatati bl-użu ta 'NANO CEO2 bħala katalisti, trasportaturi tal-katalisti jew addittivi, komponenti attivi, u adsorbenti.
1. Metodu ta 'preparazzjoni tan-nanometruossidu taċ-ċerju
Fil-preżent, il-metodi ta 'preparazzjoni komuni għal nano ceria jinkludu prinċipalment metodu kimiku u metodu fiżiku. Skond metodi kimiċi differenti, il-metodi kimiċi jistgħu jinqasmu f'metodu ta 'preċipitazzjoni, metodu idrotermali, metodu solvotermali, metodu tal-ġel sol, metodu ta' mikroemulsjoni u metodu ta 'elettrodiposizzjoni; Il-metodu fiżiku huwa prinċipalment il-metodu tat-tħin.
1.1 Metodu ta 'tħin
Il-metodu tat-tħin għall-preparazzjoni ta 'Nano Ceria ġeneralment juża t-tħin tar-ramel, li għandu l-vantaġġi ta' prezz baxx, ħbiberija ambjentali, veloċità ta 'proċessar mgħaġġel, u kapaċità qawwija ta' proċessar. Bħalissa huwa l-aktar metodu ta 'proċessar importanti fl-industrija ta' Nano Ceria. Pereżempju, il-preparazzjoni ta 'trab tal-illustrar ta' l-ossidu taċ-ċerju nano ġeneralment tadotta taħlita ta 'kalċinazzjoni u tħin tar-ramel, u l-materja prima ta' katalizzaturi ta 'denitrazzjoni bbażata fuq iċ-ċerju huma wkoll imħallta għal trattament minn qabel jew trattati wara l-kalċinazzjoni bl-użu ta' tħin tar-ramel. Bl-użu ta 'proporzjonijiet differenti ta' żibeġ tat-tħin tar-ramel ta 'partiċelli, nano ceria b'D50 li jvarja minn għexieren sa mijiet ta' nanometri jista 'jinkiseb permezz ta' aġġustament.
1.2 Metodu ta 'preċipitazzjoni
Il-metodu ta 'preċipitazzjoni jirreferi għall-metodu ta' preparazzjoni ta 'trab solidu permezz ta' preċipitazzjoni, separazzjoni, ħasil, tnixxif, u kalċinazzjoni ta 'materja prima maħlula f'solventi xierqa. Il-metodu ta 'preċipitazzjoni huwa użat ħafna fil-preparazzjoni ta' art rari u nanomaterjali doped, b'vantaġġi bħal proċess ta 'preparazzjoni sempliċi, effiċjenza għolja, u spiża baxxa. Huwa metodu użat komunement għall-preparazzjoni ta 'nano ceria u l-materjali komposti tagħha fl-industrija. Dan il-metodu jista 'jipprepara nano ceria b'morfoloġija differenti u daqs tal-partiċelli billi tbiddel it-temperatura tal-preċipitazzjoni, il-konċentrazzjoni tal-materjal, il-valur tal-pH, il-veloċità tal-preċipitazzjoni, il-veloċità tat-taħwid, il-mudell, eċċ. Metodi komuni jiddependu fuq il-preċipitazzjoni ta' joni taċ-ċerju minn ammonja ġġenerata minn dekompożizzjoni ta 'l-urea, u l-preparazzjoni ta' microspheri ta 'nano huwa kkontrollat minn joni taċ-ċiter. Alternattivament, il-joni taċ-ċerju jistgħu jiġu ppreċipitati minn OH iġġenerat mill-idroliżi taċ-ċitrat tas-sodju, u mbagħad inkubati u kkalkulati biex jippreparaw qxur bħal mikrosferi tan-nano ceria.
1.3 Metodi idrotermali u solvotermali
Dawn iż-żewġ metodi jirreferu għall-metodu ta 'preparazzjoni ta' prodotti permezz ta 'reazzjoni ta' temperatura għolja u bi pressjoni għolja f'temperatura kritika f'sistema magħluqa. Meta s-solvent tar-reazzjoni huwa l-ilma, huwa msejjaħ metodu idrotermali. B'mod korrispondenti, meta s-solvent ta 'reazzjoni huwa solvent organiku, huwa msejjaħ metodu solvotermali. Il-partiċelli ta 'nano sintetizzati għandhom purità għolja, dispersjoni tajba u partiċelli uniformi, speċjalment it-trabijiet nano b'morfoloġiji differenti jew uċuħ speċjali tal-kristall esposti. Ħoll il-klorur taċ-ċerju f'ilma distillat, ħawwad u żid soluzzjoni ta 'idrossidu tas-sodju. Irreaġixxi idrotermali fi 170 ℃ għal 12-il siegħa biex tipprepara nanorodi ta 'ossidu taċ-ċerju bi pjanijiet tal-kristall esposti (111) u (110). Billi jiġu aġġustati l-kundizzjonijiet ta 'reazzjoni, il-proporzjon ta' (110) pjanijiet tal-kristall fil-pjanijiet tal-kristall esposti jistgħu jiżdiedu, u jtejbu aktar l-attività katalitika tagħhom. L-aġġustament tas-solvent tar-reazzjoni u l-ligands tal-wiċċ jista 'wkoll jipproduċi partiċelli ta' nano ceria b'idrofiliċità speċjali jew lipofiliċità. Pereżempju, iż-żieda ta 'joni ta' aċetat mal-fażi milwiema tista 'tħejji nanopartiċelli ta' ossidu taċ-ċerju idrofiliċi monodispersi fl-ilma. Billi tagħżel solvent mhux polari u tintroduċi l-aċidu olejku bħala ligand matul ir-reazzjoni, in-nanopartiċelli ta 'ceria lipofiliċi monodisperse jistgħu jiġu ppreparati f'solventi organiċi mhux polari. (Ara l-Figura 1)
Figura 1 Monodisperse sferika nano ceria u nano ceria b'forma ta 'virga
1.4 Metodu Sol Gel
Il-metodu tal-ġel SOL huwa metodu li juża xi jew diversi komposti bħala prekursuri, iwettaq reazzjonijiet kimiċi bħal idroliżi fil-fażi likwida biex jiffurmaw SOL, u mbagħad jifforma ġel wara t-tixjiħ, u finalment jinżel u jikkalma biex jipprepara trabijiet ultrafini. Dan il-metodu huwa partikolarment adattat għall-preparazzjoni ta 'nanomaterjali komposti ta' Nano Ceria b'ħafna komponenti mxerrda ħafna, bħal ħadid taċ-ċerju, titanju taċ-ċerju, żirkonju taċ-ċerju u ossidi nano komposti oħra, li ġew irrappurtati f'ħafna rapporti.
1.5 Metodi oħra
Minbarra l-metodi ta 'hawn fuq, hemm ukoll metodu ta' lotion mikro, metodu ta 'sinteżi ta' microwave, metodu ta 'elettrodepożizzjoni, metodu ta' kombustjoni tal-fjamma fil-plażma, metodu ta 'elettroliżi tal-membrana ta' skambju ta 'joni u ħafna metodi oħra. Dawn il-metodi għandhom sinifikat kbir għar-riċerka u l-applikazzjoni ta 'Nano Ceria.
Applikazzjoni ta '2-nanometru ossidu taċ-ċerju fit-trattament tal-ilma
Cerium huwa l-iktar element abbundanti fost elementi rari tad-dinja, bi prezzijiet baxxi u applikazzjonijiet wesgħin. In-Nanometru Ceria u l-komposti tagħha ġibdu ħafna attenzjoni fil-qasam tat-trattament tal-ilma minħabba l-erja tal-wiċċ speċifika għolja tagħhom, attività katalitika għolja u stabbiltà strutturali eċċellenti.
2.1 Applikazzjoni ta 'Nano Cerium Oxidefit-trattament tal-ilma bil-metodu tal-adsorbiment
F’dawn l-aħħar snin, bl-iżvilupp ta ’industriji bħall-industrija tal-elettronika, ammont kbir ta’ ilma tad-drenaġġ li fih sustanzi li jniġġsu bħal joni tal-metall tqil u joni tal-fluworin ġew skarigati. Anke f'konċentrazzjonijiet ta 'traċċi, jista' jikkawża ħsara sinifikanti lill-organiżmi akwatiċi u l-ambjent tal-għixien tal-bniedem. Metodi użati b'mod komuni jinkludu ossidazzjoni, flotazzjoni, osmosis b'lura, adsorbiment, nanofiltrazzjoni, bijosorbiment, eċċ. Fost dawn, it-teknoloġija ta 'adsorbiment hija spiss adottata minħabba l-operat sempliċi tagħha, spiża baxxa, u effiċjenza għolja ta' trattament. Il-materjali CEO2 ta 'NANO għandhom erja speċifika għolja tal-wiċċ u attività għolja tal-wiċċ bħala adsorbenti, u kien hemm ħafna rapporti dwar is-sintesi ta' Nano CEO2 poruż u l-materjali komposti tiegħu b'morfoloġiji differenti għal adsorb u jneħħu joni ta 'ħsara mill-ilma.
Ir-riċerka wriet li Nano Ceria għandu kapaċità ta 'adsorbiment qawwija għal F - f'ilma f'kundizzjonijiet aċidużi dgħajfa. F'soluzzjoni b'konċentrazzjoni inizjali ta 'F - ta' 100mg / L u pH = 5-6, il-kapaċità ta 'adsorbiment għal F - hija 23mg / g, u r-rata ta' tneħħija ta 'F - hija 85.6%. Wara li tgħabbiha fuq ballun tar-reżina tal-aċidu poliakriliku (ammont tat-tagħbija: 0.25g / g), il-kapaċità tat-tneħħija ta 'F - tista' tilħaq aktar minn 99% meta tittratta volum ugwali ta '100mg / L ta' soluzzjoni ta 'l-ilma F - Meta tipproċessa 120 darba l-volum, aktar minn 90% ta 'F - jistgħu jitneħħew. Meta jintuża biex jassorbi l-fosfat u l-jodat, il-kapaċità ta 'adsorbiment tista' tilħaq aktar minn 100mg / g taħt l-istat ta 'adsorbiment ottimali korrispondenti. Il-materjal użat jista 'jerġa' jintuża wara trattament sempliċi ta 'desorbiment u newtralizzazzjoni, li għandu benefiċċji ekonomiċi għoljin.
Hemm ħafna studji dwar l-adsorbiment u t-trattament ta 'metalli tqal tossiċi bħal arseniku, kromju, kadmju, u ċomb bl-użu ta' nano ceria u l-materjali komposti tiegħu. Il-pH ottimali ta 'adsorbiment ivarja għal joni ta' metall tqil bi stati ta 'valenza differenti. Pereżempju, il-kundizzjoni alkalina dgħajfa bi preġudizzju newtrali għandha l-aħjar stat ta 'adsorbiment għal AS (III), filwaqt li l-istat ta' adsorbiment ottimali għal AS (v) jinkiseb f'kundizzjonijiet aċidużi dgħajfa, fejn il-kapaċità ta 'adsorbiment tista' tilħaq aktar minn 110mg / g taħt iż-żewġ kundizzjonijiet. B'mod ġenerali, is-sintesi ottimizzata ta 'nano ceria u l-materjali komposti tagħha tista' tikseb rati ta 'adsorbiment u tneħħija għoljin għal diversi joni ta' metall tqil fuq firxa wiesgħa ta 'pH.
Min-naħa l-oħra, in-nanomaterjali bbażati fuq l-ossidu taċ-ċerju għandhom ukoll prestazzjoni pendenti fl-adsorbiment ta 'organiċi fl-ilma tad-drenaġġ, bħal aċidu oranġjo, rhodamine B, kongo aħmar, eċċ. Pereżempju, f'każijiet irrappurtati eżistenti, l-isferi porużi nano ceria ppreparati minn kapaċità elettrokimika għandhom kapaċità għolja ta' adsorbiment fit-tneħħija ta 'żebgħat organiċi, speċjalment fit-tneħħija ta' red 942.7mg / g f'60 minuta.
2.2 Applikazzjoni ta 'Nano Ceria fi Proċess ta' Ossidazzjoni Avvanzata
Proċess ta 'ossidazzjoni avvanzat (AOPS fil-qosor) huwa propost biex itejjeb is-sistema ta' trattament anidruż eżistenti. Proċess ta 'ossidazzjoni avvanzat, magħruf ukoll bħala teknoloġija ta' ossidazzjoni profonda, huwa kkaratterizzat mill-produzzjoni ta 'radikali idrossiliku (· OH), radikali superossidu (· O2 -), ossiġnu singlet, eċċ. B'kapaċità ta' ossidazzjoni qawwija. Taħt il-kundizzjonijiet ta 'reazzjoni ta' temperatura għolja u pressjoni, elettriku, ħoss, irradjazzjoni ħafifa, katalist, eċċ. Skond il-modi differenti ta 'ġenerazzjoni ta' radikali ħielsa u kundizzjonijiet ta 'reazzjoni, dawn jistgħu jinqasmu f'ossidazzjoni fotokimika, ossidazzjoni mxarrba katalitika, ossidazzjoni ta' sonokimika, ossidazzjoni ta 'l-ożonu, ossidazzjoni elettrokimika, ossidazzjoni ta' fenton, eċċ. (Ara Figura 2).
Figura 2 Klassifikazzjoni u Taħlita tat-Teknoloġija ta 'Proċess ta' Ossidazzjoni Avvanzata
Nano Ceriahuwa katalist eteroġenju użat komunement fi proċess ta 'ossidazzjoni avvanzat. Minħabba l-konverżjoni rapida bejn CE3 + u CE4 + u l-effett rapidu ta 'tnaqqis ta' ossidazzjoni miġjuba mill-assorbiment u r-rilaxx ta 'ossiġnu, Nano Ceria għandu kapaċità katalitika tajba. Meta jintuża bħala promotur tal-katalist, jista 'wkoll itejjeb b'mod effettiv l-abilità u l-istabbiltà katalitika. Meta Nano Ceria u l-materjali komposti tagħha jintużaw bħala katalizzaturi, il-proprjetajiet katalitiċi jvarjaw ħafna mal-morfoloġija, id-daqs tal-partiċelli, u l-pjani tal-kristall esposti, li huma fatturi ewlenin li jaffettwaw il-prestazzjoni u l-applikazzjoni tagħhom. Ġeneralment huwa maħsub li iktar ma tkun iżgħar il-partiċelli u iktar tkun kbira l-erja speċifika tal-wiċċ, iktar tkun is-sit attiv korrispondenti, u iktar tkun b'saħħitha l-abilità katalitika. L-abbiltà katalitika tal-wiċċ tal-kristall espost, minn qawwi għal dgħajjef, hija fl-ordni ta '(100) wiċċ tal-kristall> (110) wiċċ tal-kristall> (111) wiċċ tal-kristall, u l-istabbiltà korrispondenti hija opposta.
L-ossidu taċ-ċerju huwa materjal semikonduttur. Meta l-ossidu taċ-ċerju tan-nanometru jkun irradjat minn fotoni b'enerġija ogħla mid-distakk tal-medda, l-elettroni tal-medda tal-valenza huma eċċitati, u l-imġieba ta 'rikombinazzjoni ta' tranżizzjoni sseħħ. Din l-imġieba tippromwovi r-rata ta 'konverżjoni ta' CE3 + u CE4 +, li tirriżulta f'attività fotokatalitika qawwija ta 'nano ceria. Il-fotokatalisi tista 'tikseb degradazzjoni diretta ta' materja organika mingħajr tniġġis sekondarju, u għalhekk l-applikazzjoni tagħha hija l-iktar teknoloġija studjata fil-qasam ta 'Nano Ceria fl-AOPS. Fil-preżent, l-enfasi ewlenija hija fuq it-trattament ta 'degradazzjoni katalitika ta' żebgħat azo, fenol, klorobenżen, u ilma tad-drenaġġ farmaċewtiku bl-użu ta 'katalisti b'morfoloġiji differenti u kompożizzjonijiet komposti. Skond ir-rapport, taħt il-metodu ta 'sinteżi ottimizzata tal-katalist u l-kundizzjonijiet tal-mudell katalitiku, il-kapaċità ta' degradazzjoni ta 'dawn is-sustanzi tista' ġeneralment tilħaq aktar minn 80%, u l-kapaċità ta 'tneħħija tal-karbonju organiku totali (TOC) tista' tilħaq aktar minn 40%.
Katalisi ta 'ossidu taċ-ċerju Nano għad-degradazzjoni ta' sustanzi li jniġġsu organiċi bħall-ożonu u l-perossidu ta 'l-idroġenu hija teknoloġija oħra studjata b'mod wiesa'. Simili għall-fotokatalisi, tiffoka wkoll fuq il-kapaċità ta 'nano ceria b'morfoloġiji differenti jew pjani tal-kristall u ossidanti katalitiċi komposti differenti bbażati fuq iċ-ċerju biex jossidaw u jiddegradaw it-tniġġis organiċi. F'reazzjonijiet bħal dawn, il-katalizzaturi jistgħu jikkatalizzaw il-ġenerazzjoni ta 'numru kbir ta' radikali attivi mill-ożonu jew il-perossidu tal-idroġenu, li jattakkaw sustanzi li jniġġsu organiċi u jiksbu kapaċitajiet ta 'degradazzjoni ossidattiva aktar effiċjenti. Minħabba l-introduzzjoni ta 'ossidanti fir-reazzjoni, il-kapaċità li jitneħħew il-komposti organiċi hija msaħħa ħafna. F'ħafna reazzjonijiet, ir-rata ta 'tneħħija finali tas-sustanza fil-mira tista' tilħaq jew tersaq lejn 100%, u r-rata ta 'tneħħija tat-TOC hija wkoll ogħla.
Fil-metodu ta 'ossidazzjoni avvanzata elettrokatalitika, il-proprjetajiet tal-materjal ta' l-anodu b'evoluzzjoni ta 'ossiġnu għoli jiddeterminaw is-selettività tal-metodu ta' ossidazzjoni avvanzata elettrokatalitika għat-trattament ta 'sustanzi li jniġġsu organiċi. Il-materjal tal-katodu huwa fattur importanti li jiddetermina l-produzzjoni ta 'H2O2, u l-produzzjoni ta' H2O2 tiddetermina l-effiċjenza tal-metodu ta 'ossidazzjoni avvanzata elettrokatalitika għat-trattament ta' sustanzi li jniġġsu organiċi. L-istudju tal-modifika tal-materjal tal-elettrodi bl-użu ta 'Nano Ceria rċieva attenzjoni mifruxa kemm domestikament kif ukoll internazzjonalment. Ir-riċerkaturi jintroduċu prinċipalment l-ossidu taċ-ċerju nano u l-materjali komposti tiegħu permezz ta 'metodi kimiċi differenti biex jimmodifikaw materjali ta' elettrodi differenti, itejbu l-attività elettrokimika tagħhom, u b'hekk iżidu l-attività elettrokatalitika u r-rata ta 'tneħħija finali.
Microwave u ultrasound huma spiss miżuri awżiljari importanti għall-mudelli katalitiċi ta 'hawn fuq. Meta tieħu assistenza ultrasonika bħala eżempju, bl-użu ta 'mewġ tal-ħoss tal-vibrazzjoni bi frekwenzi ogħla minn 25kHz kull sekonda, miljuni ta' bżieżaq estremament żgħar huma ġġenerati f'soluzzjoni fformulata b'aġent tat-tindif iddisinjat apposta. Dawn il-bżieżaq żgħar, waqt kompressjoni u espansjoni mgħaġġla, jipproduċu kontinwament implosion tal-bżieżaq, li jippermettu li l-materjali jiskambjaw malajr u jxerrdu fuq il-wiċċ tal-katalist, ħafna drabi jtejbu b'mod esponenzjali l-effiċjenza katalitika.
3 Konklużjoni
Nano Ceria u l-materjali komposti tagħha jistgħu jittrattaw b'mod effettiv joni u sustanzi li jniġġsu organiċi fl-ilma, u għandhom potenzjal ta 'applikazzjoni importanti fl-oqsma futuri tat-trattament tal-ilma. Madankollu, il-biċċa l-kbira tar-riċerka għadha fl-istadju tal-laboratorju, u sabiex tinkiseb applikazzjoni rapida fit-trattament tal-ilma fil-futur, il-kwistjonijiet li ġejjin għad iridu jiġu indirizzati b'mod urġenti:
(1) l-ispiża ta 'preparazzjoni relattivament għolja ta' nanoCEO2Materjali bbażati jibqgħu fattur importanti fil-maġġoranza l-kbira tal-applikazzjonijiet tagħhom fit-trattament tal-ilma, li għadhom fl-istadju tar-riċerka tal-laboratorju. L-esplorazzjoni ta 'metodi ta' preparazzjoni bi prezz baxx, sempliċi u effettivi li jistgħu jirregolaw il-morfoloġija u d-daqs ta 'materjali bbażati fuq il-Kap Eżekuttiv ta' Nano għadu fokus ta 'riċerka.
(2) Minħabba d-daqs żgħir tal-partiċelli tal-materjali bbażati fuq in-Nano CEO2, il-kwistjonijiet tar-riċiklaġġ u tar-riġenerazzjoni wara l-użu huma wkoll fatturi importanti li jillimitaw l-applikazzjoni tagħhom. Il-kompost tiegħu b'materjali tar-reżina jew materjali manjetiċi se jkun direzzjoni ewlenija ta 'riċerka għat-tħejjija tal-materjal u t-teknoloġija tar-riċiklaġġ tagħha.
(3) L-iżvilupp ta 'proċess konġunt bejn it-teknoloġija tat-trattament tal-ilma materjali bbażata fuq NANO CEO2 u t-teknoloġija tradizzjonali tat-trattament tad-drenaġġ se tippromwovi bil-kbir l-applikazzjoni tat-teknoloġija katalitika tal-materjal ibbażata fuq il-Kap Eżekuttiv NANO fil-qasam tat-trattament tal-ilma.
(4) Għad hemm riċerka limitata dwar it-tossiċità ta 'materjali bbażati fuq il-Kap Eżekuttiv ta' Nano, u l-imġieba ambjentali u l-mekkaniżmu ta 'tossiċità tagħhom fis-sistemi ta' trattament tal-ilma għadhom ma ġewx determinati. Il-proċess attwali ta 'trattament tad-drenaġġ ħafna drabi jinvolvi l-koeżistenza ta' sustanzi li jniġġsu multipli, u t-tniġġis li jeżistu jinteraġixxi ma 'xulxin, u b'hekk jinbidlu l-karatteristiċi tal-wiċċ u t-tossiċità potenzjali tan-nanomaterjali. Għalhekk, hemm bżonn urġenti li titwettaq aktar riċerka dwar aspetti relatati.
Ħin ta 'wara: 22-2023 ta' Mejju