CEO2er en viktig komponent i sjeldne jordmaterialer. Desjeldent jordelement CeriumHar en unik ytre elektronisk struktur - 4F15D16S2. Det spesielle 4F -laget kan effektivt lagre og frigjøre elektroner, noe som gjør at ceriumioner oppfører seg i+3 valensstilstand og+4 valensstilstand. Derfor har CEO2 -materialer mer oksygenhull, og har utmerket evne til å lagre og frigjøre oksygen. Mutual konvertering av CE (III) og CE (IV) gir også CEO2-materialer med unike oksidasjonsreduksjonskatalytiske evner. Sammenlignet med bulkmaterialer, har Nano CEO2, som en ny type uorganisk materiale, fått utbredt oppmerksomhet på grunn av det høye spesifikke overflatearealet, utmerket oksygenlagring og frigjøringsevne, oksygenionsledningsevne, redoksytelse og høy temperatur rask oksygen ledig diffusjonsevne. Det er for tiden et stort antall forskningsrapporter og relaterte applikasjoner som bruker Nano CEO2 som katalysatorer, katalysatorbærere eller tilsetningsstoffer, aktive komponenter og adsorbenter.
1. Forberedelsesmetode for nanometerCeriumoksid
For tiden inkluderer de vanlige preparatmetodene for Nano Ceria hovedsakelig kjemisk metode og fysisk metode. I henhold til forskjellige kjemiske metoder kan kjemiske metoder deles inn i nedbørmetode, hydrotermisk metode, solvotermisk metode, SOL -gelmetode, mikroemulsjonsmetode og elektroavsetningsmetode; Den fysiske metoden er hovedsakelig slipemetoden.
1.1 Slipemetode
Slipemetoden for å tilberede Nano Ceria bruker generelt sandsliping, som har fordelene med lave kostnader, miljøvennlighet, rask prosesseringshastighet og sterk prosesseringsevne. Det er for øyeblikket den viktigste prosesseringsmetoden i Nano Ceria -industrien. For eksempel vedtar fremstilling av nano ceriumoksydpoleringspulver generelt en kombinasjon av kalsinering og sandsliping, og råvarene fra ceriumbaserte denitrasjonskatalysatorer er også blandet for forbehandling eller behandlet etter kalsinering ved bruk av sandsliping. Ved å bruke forskjellige partikkelstørrelser sandslipende perleforhold, kan nano ceria med D50 fra titalls til hundrevis av nanometer oppnås ved justering.
1.2 Nedbørsmetode
Nedbørmetoden refererer til metoden for å fremstille fast pulver ved nedbør, separasjon, vasking, tørking og kalsinering av råvarer oppløst i passende løsningsmidler. Nedbørmetoden er mye brukt i fremstilling av sjeldne jord og dopede nanomaterialer, med fordeler som enkel forberedelsesprosess, høy effektivitet og lave kostnader. Det er en ofte brukt metode for å fremstille Nano Ceria og dens sammensatte materialer i industrien. Denne metoden kan fremstille nano ceria med forskjellig morfologi og partikkelstørrelse ved å endre utfellingstemperatur, materialkonsentrasjon, pH -verdi, nedbørshastighet, omrøringshastighet, mal, etc. Vanlige metoder er avhengige av utfelling av ceriumioner fra ammoniakk generert av urea dekomposisjon, og preparatet av nano -cerion mikroferer er kontrollerte av Citper. Alternativt kan ceriumioner utfeltes av OH -genereres fra hydrolyse av natriumcitrat, og deretter inkubert og kalsinert for å fremstille flak som Nano Ceria -mikrosfærer.
1.3 Hydrotermiske og solvotermiske metoder
Disse to metodene refererer til metoden for å fremstille produkter ved høy temperatur og høytrykksreaksjon ved kritisk temperatur i et lukket system. Når reaksjonsoppløsningen er vann, kalles det hydrotermisk metode. Tilsvarende, når reaksjonsoppløsningen er et organisk løsningsmiddel, kalles det solvotermisk metode. De syntetiserte nanopartiklene har høy renhet, god spredning og ensartede partikler, spesielt nanopulverene med forskjellige morfologier eller utsatte spesielle krystallflater. Oppløs ceriumklorid i destillert vann, rør og tilsett natriumhydroksydoppløsning. REACT Hydrotermal ved 170 ℃ i 12 timer for å fremstille ceriumoksyd -nanoroder med eksponerte (111) og (110) krystallplan. Ved å justere reaksjonsbetingelsene, kan andelen (110) krystallplanene i de utsatte krystallplanene økes, noe som ytterligere forbedrer deres katalytiske aktivitet. Å justere reaksjonsoppløsningsmidlet og overflateligander kan også produsere nano ceria -partikler med spesiell hydrofilisitet eller lipofilisitet. For eksempel kan tilsetning av acetationer til den vandige fasen fremstille monodisperse hydrofile ceriumoksyd -nanopartikler i vann. Ved å velge et ikke-polar løsningsmiddel og introdusere oljesyre som en ligand under reaksjonen, kan monodisperse lipofile ceria-nanopartikler fremstilles i ikke-polare organiske løsningsmidler. (Se figur 1)
Figur 1 monodisperse sfærisk nano ceria og stangformet nano ceria
1.4 Sol gelmetode
Sol gelmetoden er en metode som bruker noen eller flere forbindelser som forløpere, utfører kjemiske reaksjoner som hydrolyse i væskefasen for å danne SOL, og danner deretter gel etter aldring, og til slutt tørker og kalsiner for å fremstille ultrafine pulver. Denne metoden er spesielt egnet for å fremstille sterkt spredte multikomponent nano ceria kompositt nanomaterialer, så som ceriumjern, ceriiumtitan, cerium zirkonium og andre sammensatte nanooksider, som er rapportert i mange rapporter.
1.5 Andre metoder
I tillegg til ovennevnte metoder, er det også mikrokremmetode, mikrobølgeovnsyntesemetode, elektroavsetningsmetode, plasmas flammeforbrenningsmetode, ionebyttermembranelektrolysemetode og mange andre metoder. Disse metodene har stor betydning for forskning og anvendelse av Nano Ceria.
Påføring av 2-nanometer ceriumoksid i vannbehandling
Cerium er det mest tallrike elementet blant sjeldne jordelementer, med lave priser og brede applikasjoner. Nanometer ceria og dens kompositter har vekket mye oppmerksomhet innen vannbehandling på grunn av deres høye spesifikke overflateareal, høy katalytisk aktivitet og utmerket strukturell stabilitet.
2.1 Bruk avNano ceriumoksidi vannbehandling ved adsorpsjonsmetode
De siste årene, med utvikling av bransjer som elektronikkindustrien, er en stor mengde avløpsvann som inneholder miljøgifter som tungmetallioner og fluorioner blitt utskrevet. Selv ved sporingskonsentrasjoner kan det forårsake betydelig skade på vannlevende organismer og menneskets livsmiljø. Vanlige brukte metoder inkluderer oksidasjon, flotasjon, omvendt osmose, adsorpsjon, nanofiltrering, biosorpsjon osv. Blant dem blir adsorpsjonsteknologi ofte tatt i bruk på grunn av dens enkle drift, lave kostnader og høy behandlingseffektivitet. Nano CEO2 -materialer har høyt spesifikt overflateareal og høy overflateaktivitet som adsorbenter, og det har vært mange rapporter om syntesen av porøs Nano CEO2 og dens sammensatte materialer med forskjellige morfologier for å adsorbere og fjerne skadelige ioner fra vann.
Forskning har vist at nano ceria har sterk adsorpsjonskapasitet for f - i vann under svake sure forhold. I en løsning med en innledende konsentrasjon av F - på 100 mg/l og pH = 5-6, er adsorpsjonskapasiteten for F - 23 mg/g, og fjerningshastigheten på F - er 85,6%. Etter å ha lastet den på en polyakrylsyreharpikskule (belastningsmengde: 0,25 g/g), kan fjerningsevnen til F - nå over 99% ved behandling av et like volum på 100 mg/l F - vandig løsning; Når du behandler 120 ganger volumet, kan mer enn 90% av F - fjernes. Når den brukes til å adsorbere fosfat og jodat, kan adsorpsjonskapasiteten nå over 100 mg/g under den tilsvarende optimale adsorpsjonstilstanden. Det brukte materialet kan gjenbrukes etter enkel desorpsjon og nøytraliseringsbehandling, noe som har høye økonomiske fordeler.
Det er mange studier på adsorpsjon og behandling av giftige tungmetaller som arsen, krom, kadmium og fører ved bruk av Nano ceria og dens sammensatte materialer. Den optimale adsorpsjonens pH varierer for tungmetallioner med forskjellige valenstilstander. For eksempel har den svake alkaliske tilstanden med nøytral skjevhet den beste adsorpsjonstilstanden for AS (III), mens den optimale adsorpsjonstilstanden for AS (V) oppnås under svake sure forhold, der adsorpsjonskapasiteten kan nå over 110 mg/g under begge forhold. Totalt sett kan den optimaliserte syntesen av nano ceria og dens sammensatte materialer oppnå høy adsorpsjon og fjerningshastighet for forskjellige tungmetallioner over et bredt pH -område.
På den annen side har ceriumoksydbaserte nanomaterialer også enestående ytelse i adsorberende organiske 942,7 mg/g på 60 minutter.
2.2 Anvendelse av Nano Ceria i avansert oksidasjonsprosess
Avansert oksidasjonsprosess (AOPS for kort) foreslås for å forbedre det eksisterende vannfrie behandlingssystemet. Avansert oksidasjonsprosess, også kjent som dyp oksidasjonsteknologi, er preget av produksjon av hydroksylradikal (· OH), superoksydradikal (· O2 -), singlettoksygen, etc. med sterk oksidasjonsevne. Under reaksjonsbetingelsene med høy temperatur og trykk, elektrisitet, lyd, lysbestråling, katalysator, etc. I henhold til de forskjellige måtene å generere frie radikaler og reaksjonsbetingelser, kan de deles inn i fotokjemisk oksidasjon, katalytisk våt oksidasjon, sonokjemioksidasjon, ozonoksidasjon, elektrokjemisk oksidasjon, fentonoksydasjon, ozonoksidasjon.
Figur 2 Klassifisering og teknologikombinasjon av avansert oksidasjonsprosess
Nano Ceriaer en heterogen katalysator som ofte brukes i avansert oksidasjonsprosess. På grunn av den raske konverteringen mellom CE3+og CE4+og den raske oksidasjonsreduksjonseffekten forårsaket av oksygenabsorpsjon og frigjøring, har Nano Ceria god katalytisk evne. Når den brukes som katalysatorpromotor, kan den også effektivt forbedre katalytisk evne og stabilitet. Når nano ceria og dets sammensatte materialer brukes som katalysatorer, varierer de katalytiske egenskapene sterkt med morfologien, partikkelstørrelsen og utsatte krystallplan, som er nøkkelfaktorer som påvirker deres ytelse og anvendelse. Det antas generelt at jo mindre partiklene og desto større er det spesifikke overflatearealet, jo mer tilsvarende aktive sted, og jo sterkere er katalytisk evne. Den katalytiske evnen til den eksponerte krystalloverflaten, fra sterk til svak, er i størrelsesorden (100) krystalloverflate> (110) krystalloverflate> (111) krystalloverflate, og den tilsvarende stabiliteten er motsatt.
Ceriumoksid er et halvledermateriale. Når nanometer ceriumoksyd bestråles av fotoner med energi høyere enn båndgapet, er valensbåndelektronene begeistret, og overgangsrekombinasjonsatferden oppstår. Denne oppførselen vil fremme konverteringshastigheten til CE3+og CE4+, noe som resulterer i sterk fotokatalytisk aktivitet av nano ceria. Fotokatalyse kan oppnå direkte nedbrytning av organisk materiale uten sekundær forurensning, så dens anvendelse er den mest studerte teknologien innen Nano Ceria i AOPS. For tiden er hovedfokuset på den katalytiske nedbrytningsbehandlingen av AZO -fargestoffer, fenol, klorbenzen og farmasøytisk avløpsvann ved bruk av katalysatorer med forskjellige morfologier og komposittkomposisjoner. I følge rapporten, under den optimaliserte katalysatorens syntesemetode og katalytiske modellbetingelser, kan nedbrytningskapasiteten til disse stoffene generelt nå mer enn 80%, og fjerningskapasiteten til total organisk karbon (TOC) kan nå mer enn 40%.
Nano ceriumoksydkatalyse for nedbrytning av organiske miljøgifter som ozon og hydrogenperoksyd er en annen mye studert teknologi. I likhet med fotokatalyse, fokuserer den også på evnen til nano ceria med forskjellige morfologier eller krystallplan og forskjellige ceriumbaserte komposittkatalytiske oksidanter for å oksidere og nedbryte organiske miljøgifter. I slike reaksjoner kan katalysatorer katalysere generering av et stort antall aktive radikaler fra ozon eller hydrogenperoksyd, som angriper organiske miljøgifter og oppnår mer effektive oksidative nedbrytningsevner. På grunn av introduksjonen av oksidanter i reaksjonen, forbedres evnen til å fjerne organiske forbindelser sterkt. I de fleste reaksjoner kan den endelige fjerningsgraden for målsubstansen nå eller nærme seg 100%, og TOC -fjerningshastigheten er også høyere.
I den elektrokatalytiske avanserte oksidasjonsmetoden bestemmer egenskapene til anodematerialet med høy oksygenutvikling overpotensial selektiviteten til den elektrokatalytiske avanserte oksidasjonsmetoden for behandling av organiske miljøgifter. Katodematerialet er en viktig faktor som bestemmer produksjonen av H2O2, og produksjonen av H2O2 bestemmer effektiviteten til den elektrokatalytiske avanserte oksidasjonsmetoden for behandling av organiske miljøgifter. Studien av elektrodematerialmodifisering ved bruk av Nano Ceria har fått bred oppmerksomhet både innenlands og internasjonalt. Forskere introduserer hovedsakelig nano ceriumoksid og dets sammensatte materialer gjennom forskjellige kjemiske metoder for å modifisere forskjellige elektrode materialer, forbedre deres elektrokjemiske aktivitet og derved øke elektrokatalytisk aktivitet og endelig fjerningshastighet.
Mikrobølgeovn og ultralyd er ofte viktige hjelpemål for de ovennevnte katalytiske modellene. Ved å ta ultralydhjelp som eksempel ved å bruke vibrasjonslydbølger med frekvenser høyere enn 25 kHz per sekund, genereres millioner av ekstremt små bobler i en løsning formulert med et spesialdesignet rengjøringsmiddel. Disse små boblene, under rask komprimering og ekspansjon, produserer kontinuerlig bobleimplosjon, slik at materialer raskt kan utveksle og diffundere på katalysatoroverflaten, og ofte eksponentielt forbedre katalytisk effektivitet.
3 Konklusjon
Nano Ceria og dets sammensatte materialer kan effektivt behandle ioner og organiske miljøgifter i vann, og ha viktig anvendelsespotensial i fremtidige vannbehandlingsfelt. Imidlertid er mest forskning fremdeles i laboratoriestadiet, og for å oppnå rask anvendelse i vannbehandling i fremtiden, må følgende spørsmål fortsatt tas opp presserende:
(1) Den relativt høye forberedelseskostnaden for nanoCEO2Baserte materialer er fortsatt en viktig faktor i det store flertallet av deres anvendelser innen vannbehandling, som fremdeles er i laboratorieforskningsstadiet. Å utforske rimelige, enkle og effektive preparatmetoder som kan regulere morfologien og størrelsen på Nano CEO2-baserte materialer er fremdeles et fokus for forskning.
(2) På grunn av den lille partikkelstørrelsen til Nano CEO2 -baserte materialer, er også resirkulering og regenereringsproblemer etter bruk viktige faktorer som begrenser bruken av dem. Komposittet av den med harpiksmaterialer eller magnetiske materialer vil være en viktig forskningsretning for materialforberedelse og resirkuleringsteknologi.
(3) Utviklingen av en felles prosess mellom Nano CEO2 -basert materialvannbehandlingsteknologi og tradisjonell avløpsbehandlingsteknologi vil i stor grad fremme anvendelsen av Nano CEO2 -basert materialkatalytisk teknologi innen vannbehandling.
(4) Det er fremdeles begrenset forskning på toksisiteten til Nano CEO2 -baserte materialer, og deres miljøatferd og toksisitetsmekanisme i vannbehandlingssystemer er ikke bestemt ennå. Den faktiske kloakkbehandlingsprosessen involverer ofte sameksistens av flere miljøgifter, og de sameksisterende miljøgiftene vil samhandle med hverandre, og dermed endre overflateegenskapene og potensielle toksisiteten til nanomaterialer. Derfor er det et presserende behov for å utføre mer forskning på relaterte aspekter.
Post Time: Mai-22-2023