CEO2is een belangrijk onderdeel van zeldzame aardmaterialen. DeZeldzame aardelement ceriumheeft een unieke buitenste elektronische structuur - 4F15D16S2. De speciale 4F -laag kan elektronen effectief opslaan en vrijgeven, waardoor ceriumionen zich gedragen in de+3 valentietoestand en+4 valentietoestand. Daarom hebben CEO2 -materialen meer zuurstofgaten en hebben ze een uitstekend vermogen om zuurstof op te slaan en vrij te geven. De wederzijdse conversie van CE (III) en CE (IV) schenkt ook CEO2-materialen met unieke oxidatiereductie katalytische mogelijkheden. Vergeleken met bulkmaterialen heeft Nano CEO2, als een nieuw type anorganisch materiaal, wijdverbreide aandacht gekregen vanwege het hoge specifieke oppervlak, uitstekende zuurstofopslag en afgifte, zuurstofiongeleidbaarheid, redoxprestaties en snelle temperatuur diffusie van diffusie van zuurstof. Er zijn momenteel een groot aantal onderzoeksrapporten en gerelateerde toepassingen met behulp van NANO CEO2 als katalysatoren, katalysatordragers of additieven, actieve componenten en adsorbentia.
1. Bereidingsmethode van nanometerceriumoxide
Momenteel omvatten de gemeenschappelijke voorbereidingsmethoden voor nano -ceria voornamelijk chemische methode en fysieke methode. Volgens verschillende chemische methoden kunnen chemische methoden worden onderverdeeld in neerslagmethode, hydrothermische methode, solvothermische methode, sol -gelmethode, micro -emulsiemethode en elektrodepositie -methode; De fysieke methode is voornamelijk de maalmethode.
1.1 slijpmethode
De slijpmethode voor het bereiden van nano -ceria gebruikt in het algemeen zandslijpen, wat de voordelen heeft van lage kosten, milieuvriendelijkheid, snelle verwerkingssnelheid en sterk verwerkingsvermogen. Het is momenteel de belangrijkste verwerkingsmethode in de Nano -ceria -industrie. De bereiding van nano-ceriumoxide-polijstpoeder neemt bijvoorbeeld over het algemeen een combinatie van calcinatie en zandslijpen aan, en de grondstoffen van denitratiekatalysatoren op basis van cerium worden ook gemengd voor voorbehandeling of behandeld na calcinatie met behulp van zandslijpen. Door gebruik te maken van verschillende deeltjesgrootte zandslijpende parelverhoudingen, kan nano -ceria met D50 variërend van tientallen tot honderden nanometers worden verkregen door aanpassing.
1.2 Neerslagmethode
De neerslagmethode verwijst naar de methode voor het bereiden van vaste poeder door neerslag, scheiding, wassen, drogen en calcineren van grondstoffen opgelost in geschikte oplosmiddelen. De neerslagmethode wordt op grote schaal gebruikt bij de bereiding van zeldzame aarde en gedoteerde nanomaterialen, met voordelen zoals eenvoudig voorbereidingsproces, hoge efficiëntie en lage kosten. Het is een veelgebruikte methode voor het bereiden van nano -ceria en zijn samengestelde materialen in de industrie. Deze methode kan nano -ceria bereiden met verschillende morfologie en deeltjesgrootte door de neerslagtemperatuur, materiaalconcentratie, pH -waarde, neerslagsnelheid, roersnelheid, sjabloon, enz. Bereid te veranderen, enz. Gemeenschappelijke methoden vertrouwen op de neerslag van ceriumionen uit ammoniak gegenereerd door ureumontleding en de bereiding van nano -ceria -microosferen wordt gecontroleerd door citraat -ionen. Als alternatief kunnen ceriumionen worden neergeslagen door oh - gegenereerd uit de hydrolyse van natriumcitraat en vervolgens geïncubeerd en gecalcineerd om vlokken te bereiden zoals nano -ceria -microsferen.
1.3 Hydrothermische en solvothermische methoden
Deze twee methoden verwijzen naar de methode voor het bereiden van producten door hoge temperatuur en hogedrukreactie bij kritieke temperatuur in een gesloten systeem. Wanneer het reactieoplosmiddel water is, wordt het hydrothermische methode genoemd. Dienovereenkomstig, wanneer het reactiesolvent een organisch oplosmiddel is, wordt dit de solvothermische methode genoemd. De gesynthetiseerde nano -deeltjes hebben een hoge zuiverheid, goede dispersie en uniforme deeltjes, met name de nano -poeders met verschillende morfologieën of blootgestelde speciale kristallen gezichten. Los ceriumchloride op in gedestilleerd water, roer en voeg natriumhydroxide -oplossing toe. Reageer hydrothermisch bij 170 ℃ gedurende 12 uur om ceriumoxide nanodraten te bereiden met blootgestelde (111) en (110) kristalvliegtuigen. Door de reactieomstandigheden aan te passen, kan het aandeel van (110) kristalvliegtuigen in de blootgestelde kristalvlakken worden verhoogd, waardoor hun katalytische activiteit verder wordt verbeterd. Het aanpassen van het reactielosmiddel en oppervlakteliganden kan ook nano -ceria -deeltjes produceren met speciale hydrofiliciteit of lipofiliciteit. Het toevoegen van acetaationen aan de waterige fase kan bijvoorbeeld monodisperse hydrofiele ceriumoxide nanodeeltjes in water bereiden. Door een niet-polair oplosmiddel te selecteren en oliezuur te introduceren als een ligand tijdens de reactie, kunnen monodisperse lipofiele ceria nanodeeltjes worden bereid in niet-polaire organische oplosmiddelen. (Zie figuur 1)
Figuur 1 Monodisperse sferische nano-ceria en staafvormige nano-ceria
1.4 Sol Gel -methode
De SOL -gelmethode is een methode die sommige of meerdere verbindingen als voorlopers gebruikt, chemische reacties als hydrolyse in de vloeibare fase uitvoert om SOL te vormen, en vervolgens gel vormt na veroudering, en ten slotte drys en berekent om ultrafijne poeders te bereiden. Deze methode is met name geschikt voor het bereiden van zeer gedispergeerde multi-component nano-ceria-composiet nanomaterialen, zoals ceriumijzer, ceriumtitanium, ceriumzirkonium en andere composiet nano-oxiden, die in veel rapporten zijn gemeld.
1.5 andere methoden
Naast de bovenstaande methoden zijn er ook een micro-lotionmethode, methode voor microgolfsynthesis, elektrodepositiemethode, plasma-vlamverbrandingsmethode, ionenuitwisselingsmembraanelektrolysemethode en vele andere methoden. Deze methoden hebben een grote betekenis voor het onderzoek en de toepassing van nano -ceria.
Toepassing van ceriumoxide van 2 nanometer bij waterbehandeling
Cerium is het meest voorkomende element bij zeldzame aardelementen, met lage prijzen en brede toepassingen. Nanometerceria en zijn composieten hebben veel aandacht getrokken op het gebied van waterbehandeling vanwege hun hoge specifieke oppervlak, hoge katalytische activiteit en uitstekende structurele stabiliteit.
2.1 Toepassing vanNano ceriumoxideIn waterbehandeling door adsorptiemethode
In de afgelopen jaren is, met de ontwikkeling van industrieën zoals de elektronica -industrie, een grote hoeveelheid afvalwater die verontreinigende stoffen bevat, zoals zware metaalionen en fluorionen, ontslagen. Zelfs bij sporenconcentraties kan het aanzienlijke schade toebrengen aan waterorganismen en de menselijke leefomgeving. Veelgebruikte methoden omvatten oxidatie, flotatie, omgekeerde osmose, adsorptie, nanofiltratie, biosorptie, enz. Onder hen wordt adsorptietechnologie vaak aangenomen vanwege de eenvoudige werking, lage kosten en hoge behandelingsefficiëntie. Nano CEO2 -materialen hebben een hoog specifiek oppervlak en hoge oppervlakteactiviteit als adsorbentia, en er zijn veel rapporten geweest over de synthese van poreuze nano CEO2 en zijn composietmaterialen met verschillende morfologieën om te adsorberen en schadelijke ionen uit water te verwijderen.
Onderzoek heeft aangetoond dat nano -ceria een sterke adsorptiecapaciteit heeft voor F - in water onder zwakke zure omstandigheden. In een oplossing met een initiële concentratie van f - van 100 mg/l en pH = 5-6, is de adsorptiecapaciteit voor f - 23 mg/g en is de verwijderingssnelheid van F - 85,6%. Na het laden op een polyacrylzuurharsbal (laadhoeveelheid: 0,25 g/g), kan het verwijderingsvermogen van F - meer dan 99% bereiken bij het behandelen van een gelijk volume van 100 mg/l f - waterige oplossing; Bij het verwerken van 120 keer het volume kan meer dan 90% van F - worden verwijderd. Bij gebruik om fosfaat en jodaat te adsorberen, kan de adsorptiecapaciteit meer dan 100 mg/g bereiken onder de overeenkomstige optimale adsorptiestatus. Het gebruikte materiaal kan worden hergebruikt na eenvoudige desorptie- en neutralisatiebehandeling, die hoge economische voordelen heeft.
Er zijn veel onderzoeken naar de adsorptie en behandeling van giftige zware metalen zoals arseen, chroom, cadmium en lood met behulp van nano -ceria en zijn samengestelde materialen. De optimale adsorptie -pH varieert voor zware metaalionen met verschillende valentietoestanden. De zwakke alkalische conditie met neutrale bias heeft bijvoorbeeld de beste adsorptietoestand voor AS (III), terwijl de optimale adsorptietoestand voor AS (V) wordt bereikt onder zwakke zure omstandigheden, waarbij de adsorptiecapaciteit onder beide omstandigheden meer dan 110 mg/g kan bereiken. Over het algemeen kan de geoptimaliseerde synthese van nano -ceria en zijn samengestelde materialen een hoge adsorptie- en verwijderingssnelheden bereiken voor verschillende zwaar metaalionen over een breed pH -bereik.
Aan de andere kant hebben op ceriumoxide gebaseerde nanomaterialen ook uitstekende prestaties bij adsorberende organische stoffen in afvalwater, zoals zuur oranje, rhodamine B, Congo Red, enz. Bijvoorbeeld, in bestaande gerapporteerde gevallen, nano ceria poreuze sferen voorbereid door elektrochemische methoden hebben een hoge adsorptiecapaciteit in de verwijdering van de verplaatsing van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de verplaatsing van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevoegdheid van een addo -capaciteit van de bevoegdheid van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de capaciteit van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevalling van de bevoegdheid van een administratief/ in 60 minuten.
2.2 Toepassing van nano -ceria in geavanceerd oxidatieproces
Geavanceerd oxidatieproces (kortweg AOP's) wordt voorgesteld om het bestaande watervrije behandelingssysteem te verbeteren. Geavanceerd oxidatieproces, ook bekend als diepe oxidatietechnologie, wordt gekenmerkt door de productie van hydroxylradicaal (· OH), superoxide -radicaal (· O2 -), singlet -zuurstof, enz. Met sterk oxidatievermogen. Onder de reactieomstandigheden van hoge temperatuur en druk, elektriciteit, geluid, lichtbestraling, katalysator, enz. Volgens de verschillende manieren om vrije radicalen en reactieomstandigheden te genereren, kunnen ze worden onderverdeeld in fotochemische oxidatie, katalytische natte oxidatie, sonochemie oxidatie, ozonoxidatie, elektrochemische oxidatie, fenton -oxidatie, enz. (Zie figuur 2).
Figuur 2 Classificatie en technologiecombinatie van geavanceerd oxidatieproces
Nano -ceriais een heterogene katalysator die vaak wordt gebruikt in geavanceerd oxidatieproces. Vanwege de snelle conversie tussen CE3+en CE4+en het snelle oxidatie-reductie-effect veroorzaakt door zuurstofabsorptie en afgifte, heeft Nano Ceria een goed katalytisch vermogen. Bij gebruik als een katalysatorpromotor kan het ook effectief het katalytische vermogen en stabiliteit verbeteren. Wanneer nano -ceria en zijn samengestelde materialen worden gebruikt als katalysatoren, variëren de katalytische eigenschappen sterk met de morfologie, deeltjesgrootte en blootgestelde kristalvliegtuigen, die belangrijke factoren zijn die hun prestaties en toepassing beïnvloeden. Algemeen wordt aangenomen dat hoe kleiner de deeltjes en hoe groter het specifieke oppervlak, de meer overeenkomstige actieve plaats en hoe sterker het katalytische vermogen. Het katalytische vermogen van het blootgestelde kristaloppervlak, van sterk tot zwak, is in de volgorde van (100) kristaloppervlak> (110) kristaloppervlak> (111) kristaloppervlak en de overeenkomstige stabiliteit is tegengesteld.
Ceriumoxide is een halfgeleidermateriaal. Wanneer nanometer ceriumoxide wordt bestraald door fotonen met energie hoger dan de bandafstand, zijn de valentieband -elektronen geëxciteerd en treedt het overgangsrecombinatiegedrag op. Dit gedrag zal de conversieratio van CE3+en CE4+bevorderen, wat resulteert in een sterke fotokatalytische activiteit van nano -ceria. Fotokatalyse kan directe afbraak van organische materie bereiken zonder secundaire vervuiling, dus de toepassing ervan is de meest bestudeerde technologie op het gebied van nano -ceria in AOP's. Momenteel ligt de belangrijkste focus op de katalytische afbraakbehandeling van azo -kleurstoffen, fenol, chloorbenzeen en farmaceutisch afvalwater met behulp van katalysatoren met verschillende morfologieën en samengestelde samenstellingen. Volgens het rapport kan onder de geoptimaliseerde katalysatorsynthesemethode en katalytische modelomstandigheden de afbraakcapaciteit van deze stoffen in het algemeen meer dan 80%bereiken en kan de verwijderingscapaciteit van totale organische koolstof (TOC) meer dan 40%bereiken.
Nano -ceriumoxidekatalyse voor de afbraak van organische verontreinigende stoffen zoals ozon en waterstofperoxide is een andere wijd bestudeerde technologie. Vergelijkbaar met fotokatalyse, richt het zich ook op het vermogen van nano -ceria met verschillende morfologieën of kristalvlakken en verschillende composietkatalytische oxidanten op cerium om organische verontreinigende stoffen te oxideren en af te breken. In dergelijke reacties kunnen katalysatoren het genereren van een groot aantal actieve radicalen uit ozon- of waterstofperoxide katalyseren, die organische verontreinigende stoffen aanvallen en efficiëntere oxidatieve afbraakmogelijkheden bereiken. Vanwege de introductie van oxidatiemiddelen in de reactie is het vermogen om organische verbindingen te verwijderen sterk verbeterd. In de meeste reacties kan de uiteindelijke verwijderingssnelheid van de doelsubstantie 100%bereiken of naderen, en het TOC -verwijderingssnelheid is ook hoger.
In de elektrokatalytische geavanceerde oxidatiemethode bepalen de eigenschappen van het anodemateriaal met hoge zuurstofevolutie overpotentiaal de selectiviteit van de elektrokatalytische geavanceerde oxidatiemethode voor de behandeling van organische verontreinigende stoffen. Het kathodemateriaal is een belangrijke factor die de productie van H2O2 bepaalt en de productie van H2O2 bepaalt de efficiëntie van de elektrokatalytische geavanceerde oxidatiemethode voor de behandeling van organische verontreinigende stoffen. De studie van de modificatie van elektrodenmateriaal met behulp van Nano -ceria heeft zowel in het binnenland als internationaal aandacht gekregen. Onderzoekers introduceren voornamelijk nano -ceriumoxide en zijn composietmaterialen via verschillende chemische methoden om verschillende elektrodematerialen te wijzigen, hun elektrochemische activiteit te verbeteren en daardoor de elektrokatalytische activiteit en de uiteindelijke verwijderingssnelheid te vergroten.
Magnetron en echografie zijn vaak belangrijke hulpmaatregelen voor de bovenstaande katalytische modellen. Ultrasone hulp als voorbeeld nemen, met behulp van trillingsgeluidsgolven met frequenties hoger dan 25 kHz per seconde, worden miljoenen extreem kleine bubbels gegenereerd in een oplossing geformuleerd met een speciaal ontworpen reinigingsmiddel. Deze kleine bubbels, tijdens snelle compressie en expansie, produceren voortdurend bellenimplosie, waardoor materialen snel op het katalysatoroppervlak kunnen ruilen en diffunderen, waardoor de katalytische efficiëntie vaak exponentieel wordt verbeterd.
3 Conclusie
Nano -ceria en zijn samengestelde materialen kunnen ionen en organische verontreinigende stoffen in water effectief behandelen en een belangrijk toepassingspotentieel hebben in toekomstige waterbehandelingsvelden. Het meeste onderzoek bevindt zich echter nog steeds in het laboratoriumfase en om in de toekomst een snelle toepassing van de waterbehandeling te bereiken, moeten de volgende problemen nog steeds dringend worden aangepakt:
(1) De relatief hoge voorbereidingskosten van nanoCEO2Gebaseerde materialen blijft een belangrijke factor in de overgrote meerderheid van hun toepassingen bij de waterbehandeling, die zich nog in de laboratoriumonderzoeksfase bevinden. Het verkennen van goedkope, eenvoudige en effectieve voorbereidingsmethoden die de morfologie en de grootte van op Nano CEO2 gebaseerde materialen kunnen reguleren, is nog steeds een focus van onderzoek.
(2) Vanwege de kleine deeltjesgrootte van op nano op CEO2 gebaseerde materialen, zijn de recycling- en regeneratieproblemen na gebruik ook belangrijke factoren die hun toepassing beperken. De composiet ervan met harsmaterialen of magnetische materialen zal een belangrijke onderzoeksrichting zijn voor de materiële voorbereiding en recyclingtechnologie.
(3) De ontwikkeling van een gezamenlijk proces tussen op Nano CEO2 gebaseerde materiaalwaterbehandelingstechnologie en traditionele rioleringsbehandelingstechnologie zal de toepassing van NANO CEO2 -gebaseerde materiaalkatalytische technologie op het gebied van waterbehandeling aanzienlijk bevorderen.
(4) Er is nog steeds beperkt onderzoek naar de toxiciteit van op nano op CEO2 gebaseerde materialen, en hun omgevingsgedrag en toxiciteitsmechanisme in waterbehandelingssystemen zijn nog niet bepaald. Het daadwerkelijke rioolwaterzuiveringsproces omvat vaak de coëxistentie van meerdere verontreinigende stoffen, en de naast elkaar bestaande verontreinigende stoffen zullen met elkaar interageren, waardoor de oppervlaktekenmerken en potentiële toxiciteit van nanomaterialen worden gewijzigd. Daarom is er een dringende behoefte om meer onderzoek uit te voeren naar gerelateerde aspecten.
Posttijd: 22-2023 mei