CEO2jest ważnym elementem materiałów ziem rzadkich. .Element ziem rzadkich cerma unikalną zewnętrzną strukturę elektroniczną - 4F15D16S2. Jego specjalna warstwa 4F może skutecznie przechowywać i uwalniać elektrony, dzięki czemu jony cerowe zachowują się w stanie walencyjnym+3 i stanu wartościowości+4. Dlatego materiały CEO2 mają więcej otworów tlenu i mają doskonałą zdolność do przechowywania i uwalniania tlenu. Wzajemna konwersja CE (III) i CE (IV) również wypowiada materiały CEO2 z unikalnymi możliwościami katalitycznymi-ograniczającymi utlenianie. W porównaniu z materiałami masowymi, Nano CEO2, jako nowy rodzaj materiału nieorganicznego, zyskał szeroko rozpowszechnioną uwagę ze względu na jego wysoką powierzchnię, doskonałą zdolność do przechowywania i uwalniania tlenu, przewodność jonów tlenowych, wydajność redoks i szybką szybką dyfuzję wakansowania w wysokiej temperaturze. Obecnie istnieje wiele raportów badawczych i powiązanych aplikacji wykorzystujących Nano CEO2 jako katalizatory, nośniki katalizatora lub dodatki, aktywne komponenty i adsorbenty.
1. Metoda przygotowania nanometruTlenek ceru
Obecnie wspólne metody przygotowania nano ceria obejmują głównie metodę chemiczną i metodę fizyczną. Zgodnie z różnymi metodami chemicznymi metody chemiczne można podzielić na metodę wytrącania, metodę hydrotermalną, metodę solwotermiczną, metodę żelu zolowego, metodę mikroemulsji i metodę elektrodepozycji; Metoda fizyczna jest głównie metodą szlifowania.
1.1 Metoda szlifowania
Metoda szlifowania do przygotowania nano ceria zwykle wykorzystuje szlifowanie piasku, które ma zalety niskich kosztów, przyjazności dla środowiska, szybkiej prędkości przetwarzania i silnej zdolności przetwarzania. Jest to obecnie najważniejsza metoda przetwarzania w branży Nano Ceria. Na przykład przygotowanie proszku do polerowania tlenku nano ceru zwykle przyjmuje kombinację kalcynacji i szlifowania piasku, a surowce katalizatorów denitrażowych opartych na cerium są również mieszane w celu wstępnego leczenia lub po kalcynacji za pomocą szlifowania piasku. Dzięki zastosowaniu różnych stosunków perełek szlifowania piasku wielkości cząstek nano ceria z D50 od dziesiątek do setek nanometrów można uzyskać poprzez regulację.
1.2 Metoda opadów
Metoda opadów odnosi się do metody przygotowania proszku stałego przez wytrącanie, separacja, mycie, suszenie i kalcynacja surowców rozpuszczonych w odpowiednich rozpuszczalnikach. Metoda opadów jest szeroko stosowana w przygotowaniu nanomateriałów ziem rzadkich i domieszkowanych, z zaletami, takimi jak prosty proces przygotowania, wysoka wydajność i niski koszt. Jest to powszechnie stosowana metoda przygotowywania nano cerii i jej materiałów kompozytowych w przemyśle. Metoda ta może przygotować nano cerię o różnej morfologii i wielkości cząstek poprzez zmianę temperatury opadów, stężenie materiału, wartość pH, prędkość opadów, prędkość mieszania, szablon itp. Częste metody opierające się na opadach jonów cewki z amoniaku generowanego przez rozkład mocznika, a przygotowanie mikrosfery nano ceria są kontrolowane przez cytryny. Alternatywnie jony cerowe można wytrącać przez OH - wytwarzane z hydrolizy cytrynianu sodu, a następnie inkubowane i kalturowane w celu przygotowania płatków jak mikrosfery nano ceria.
1.3 Metody hydrotermalne i solwotermiczne
Te dwie metody odnoszą się do metody przygotowywania produktów przez reakcję o wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem w temperaturze krytycznej w układzie zamkniętym. Gdy rozpuszczalnik reakcji jest wodą, nazywa się to metodą hydrotermalną. Odpowiednio, gdy rozpuszczalnik reakcji jest rozpuszczalnikiem organicznym, nazywa się go metodą solvotermiczną. Zsyntetyzowane cząstki nano mają wysoką czystość, dobrą dyspersję i jednolite cząstki, zwłaszcza proszki nano o różnych morfologiach lub odsłonięte specjalne twarze kryształów. Rozpuścić chlorek ceru w wodzie destylowanej, wymieszaj i dodaj roztwór wodorotlenku sodu. React Hydrotermal przy 170 ℃ przez 12 godzin w celu przygotowania nanorodków tlenku ceru z odsłoniętymi (111) i (110) płaszczyznami kryształowymi. Dzięki dostosowaniu warunków reakcji proporcja (110) płaszczyzn kryształów w odsłoniętych płaszczyznach kryształowych można zwiększyć, co dodatkowo zwiększając ich aktywność katalityczną. Dostosowanie rozpuszczalnika reakcji i ligandów powierzchniowych może również wytwarzać cząstki nano ceria o specjalnej hydrofilowości lub lipofilowości. Na przykład dodanie jonów octanu do fazy wodnej może przygotować monodyspersyjne hydrofilowe nanocząstki tlenku cerowego w wodzie. Wybierając niepolarną rozpuszczalnik i wprowadzając kwas oleinowy jako ligand podczas reakcji, monodyspersyjne nanocząstki lipofilowe Ceria można przygotować w niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych. (Patrz rysunek 1)
Rycina 1 monodyspersyjna sferyczna nano ceria i nano ceria w kształcie pręta
1.4 Metoda żelowa Sol
Metoda zolnego żelu jest metodą wykorzystującą niektóre lub kilka związków jako prekursorów, przeprowadza reakcje chemiczne, takie jak hydroliza w fazie ciekłej w celu utworzenia Sol, a następnie tworzy żel po starzeniu, a na koniec smyk i kalcynacje do przygotowania ultrafine proszków. Metoda ta jest szczególnie odpowiednia do przygotowania wysoce zdyspergowanych wieloskładnikowych nanomateriałów nano ceria, takich jak żelazo cerium, cerium tytan, cerium cyrkon i inne kompozytowe tlenki nano, które zostały zgłoszone w wielu raportach.
1.5 Inne metody
Oprócz powyższych metod istnieje również metoda mikro-balsamu, metoda syntezy mikrofalowej, metoda elektrodepozycji, metoda spalania płomienia plazmatycznego, metoda elektrolizy błony jonowej i wiele innych metod. Metody te mają ogromne znaczenie dla badań i zastosowania nano cerii.
Zastosowanie 2-nanometrowego tlenku ceru w obróbce wody
Cerium jest najliczniejszym elementem wśród elementów ziem rzadkich, o niskich cenach i szerokich zastosowaniach. Nanometr Ceria i jej kompozyty przyciągnęły dużą uwagę w dziedzinie oczyszczania wody ze względu na ich wysoką powierzchnię właściwą, wysoką aktywność katalityczną i doskonałą stabilność strukturalną.
2.1 ZastosowanieNano cerium tlenkuw obróbce wody metodą adsorpcji
W ostatnich latach, wraz z rozwojem branż, takich jak przemysł elektroniczny, zwolniono dużą ilość ścieków zawierających zanieczyszczenia, takie jak jony metali ciężkich i jony fluorowe. Nawet przy stężeniach śladowych może to spowodować znaczną szkodę dla organizmów wodnych i środowiska życia ludzi. Powszechnie stosowane metody obejmują utlenianie, flotację, odwróconą osmozę, adsorpcję, nanofiltracja, biosorpcja itp. Wśród nich technologia adsorpcji jest często przyjmowana ze względu na jej proste działanie, niski koszt i wysoką wydajność leczenia. Materiały Nano CEO2 mają wysoką powierzchnię o wysokiej powierzchni i wysoką aktywność powierzchni jako adsorbenty, i pojawiło się wiele doniesień na temat syntezy porowatej nano CEO2 i jego materiałów kompozytowych z różnymi morfologiami adsorb i usuwania szkodliwych jonów z wody.
Badania wykazały, że nano ceria ma silną zdolność adsorpcji F - w wodzie w słabych kwaśnych warunkach. W roztworze o początkowym stężeniu F - wynoszącym 100 mg/L i pH = 5-6, zdolność adsorpcji dla F - wynosi 23 mg/g, a szybkość usuwania F - wynosi 85,6%. Po załadowaniu go na kulkę żywicą kwasu poliakrylowego (ilość obciążenia: 0,25 g/g) zdolność usuwania F - może osiągnąć ponad 99% podczas leczenia równej objętości 100 mg/l roztworu wodnego; Podczas przetwarzania 120 -krotności objętości ponad 90% F - można usunąć. Przy użyciu do adsorbowania fosforanu i jodu, zdolność adsorpcji może osiągnąć ponad 100 mg/g w odpowiednim optymalnym stanie adsorpcji. Zastosowany materiał można ponownie wykorzystać po prostym leczeniu desorpcji i neutralizacji, co przynosi wysokie korzyści ekonomiczne.
Istnieje wiele badań nad adsorpcją i leczeniem toksycznych metali ciężkich, takich jak arsen, chrom, kadm i ołów przy użyciu nano cerii i jej materiałów kompozytowych. Optymalne pH adsorpcji zmienia się w przypadku jonów metali ciężkich o różnych stanach walencyjnych. Na przykład słaby stan alkaliczny z neutralnym stronniczością ma najlepszy stan adsorpcji dla AS (III), podczas gdy optymalny stan adsorpcji dla AS (V) osiąga się w słabych warunkach kwaśnych, gdzie zdolność adsorpcji może osiągnąć ponad 110 mg/g w obu warunkach. Ogólnie rzecz biorąc, zoptymalizowana synteza nano cerii i jej materiałów kompozytowych może osiągnąć wysokie prędkości adsorpcji i usuwania dla różnych jonów metali ciężkich w szerokim zakresie pH.
Z drugiej strony nanomateriały oparte na tlenku cerowym mają również wyjątkową wydajność w adsorbowaniu organicznym w ściekach, takich jak pomarańczowa kwas, rodamina B, Czerwona Kongo itp. Na przykład w istniejących przypadkach, w istniejących przypadkach, nano ceria porowata sorba przygotowana metodami elektrochemicznymi mają wysoką zdolność adsorpcyjną w usuwaniu barw organicznych, zwłaszcza w usuwaniu czerwieni koncepcyjnej, przy adsorpcji metod adsorpcji, przyrządu adsorpcyjnego z adsorpcyjną zdolnością do adsorpcji. 942,7 mg/g w 60 minutach.
2.2 Zastosowanie nano ceria w zaawansowanym procesie utleniania
Proponuje się zaawansowany proces utleniania (w skrócie AOPS) w celu poprawy istniejącego bezwodnego układu obróbki. Zaawansowany proces utleniania, znany również jako technologia głębokiego utleniania, charakteryzuje się produkcją rodnika hydroksylowego (· OH), rodnika nadtlenkowego (· O2 -), tlenu singletowego itp. Z silną zdolnością utleniania. W warunkach reakcji wysokiej temperatury i ciśnienia, energii elektrycznej, dźwięku, promieniowania światła, katalizatora itp. Według różnych sposobów generowania wolnych rodników i warunków reakcji można je podzielić na fotochemiczne utlenianie, oksydowanie katalityczne, utlenianie sonochemii, utlenianie ozonowe, elektrochemiczne utlenianie, utlenianie fenttonu itp. (Patrz rysunek 2).
Rysunek 2 Klasyfikacja i kombinacja technologii zaawansowanego procesu utleniania
Nano Ceriajest heterogenicznym katalizatorem powszechnie stosowanym w zaawansowanym procesie utleniania. Ze względu na szybką konwersję między CE3+i CE4+i szybkim efektem ograniczania utleniania spowodowanego wchłanianiem i uwalnianiem tlenu, nano ceria ma dobrą zdolność katalityczną. Używany jako promotor katalizatora, może również skutecznie poprawić zdolność katalityczną i stabilność. Gdy nano ceria i jej materiały kompozytowe są wykorzystywane jako katalizatory, właściwości katalityczne różnią się znacznie w zależności od morfologii, wielkości cząstek i odsłoniętych płaszczyzn kryształowych, które są kluczowymi czynnikami wpływającymi na ich wydajność i zastosowanie. Ogólnie uważa się, że im mniejsze cząstki i większy obszar powierzchni właściwy, tym bardziej odpowiadające miejsce aktywne i silniejsza zdolność katalityczna. Zdolność katalityczna odsłoniętej powierzchni kryształu, od silnej do słabej, jest w rzędu (100) powierzchni kryształowej powierzchni powierzchni> (111) powierzchni kryształowej, a odpowiednia stabilność jest przeciwna.
Tlenek ceru jest materiałem półprzewodnikowym. Gdy nanometrowa tlenk cerium jest napromieniowany przez fotony o energii wyższej niż szczelina pasmowa, elektronom pasmowe są wzbudzone i występuje zachowanie rekombinacji przejściowej. To zachowanie będzie promować szybkość konwersji CE3+i CE4+, co spowoduje silną aktywność fotokatalityczną nano cerii. Fotokataliza może osiągnąć bezpośrednią degradację materii organicznej bez wtórnego zanieczyszczenia, więc jej zastosowanie jest najczęściej badaną technologią w dziedzinie nano cerii w AOPS. Obecnie główny nacisk kładziony jest na katalityczne leczenie degradacji barwników azowych, fenolu, chlorobenzenu i ścieków farmaceutycznych przy użyciu katalizatorów o różnych morfologiach i kompozycjach kompozytowych. Według raportu, zgodnie z zoptymalizowaną metodą syntezy katalizatora i warunków modelu katalitycznego, zdolność degradacji tych substancji może ogólnie osiągnąć ponad 80%, a zdolność usuwania całkowitego węgla organicznego (TOC) może osiągnąć ponad 40%.
Kataliza tlenku nano ceru do degradacji zanieczyszczeń organicznych, takich jak ozon i nadtlenek wodoru, jest kolejną powszechnie badaną technologią. Podobnie jak fotokataliza, koncentruje się również na zdolności nano cerii z różnymi morfologiami lub płaszczyznami kryształowymi i różnymi kompozytowymi utleniaczami katalitycznymi opartymi na cerium w celu utleniania i degradacji zanieczyszczeń organicznych. W takich reakcjach katalizatory mogą katalizować wytwarzanie dużej liczby aktywnych rodników z ozonu lub nadtlenku wodoru, które atakują zanieczyszczenia organiczne i osiągają bardziej wydajne możliwości degradacji oksydacyjnej. Z powodu wprowadzenia utleniaczy do reakcji zdolność do usuwania związków organicznych jest znacznie zwiększona. W większości reakcji końcowa szybkość usuwania substancji docelowej może osiągnąć lub zbliżyć się do 100%, a szybkość usuwania TOC jest również wyższa.
W elektrokatalitycznej metodzie zaawansowanej utleniania właściwości materiału anody o wysokiej nadpotencyjnej ewolucji tlenu określają selektywność elektrokatalitycznej metody zaawansowanego utleniania w leczeniu zanieczyszczeń organicznych. Materiał katody jest ważnym czynnikiem określającym produkcję H2O2, a wytwarzanie H2O2 określa wydajność elektrokatalitycznej metody zaawansowanego utleniania w leczeniu zanieczyszczeń organicznych. Badanie modyfikacji materiału elektrody przy użyciu nano cerii przyniosło powszechną uwagę zarówno w kraju, jak i za granicą. Naukowcy przedstawiają głównie tlenek nano ceru i jego materiały kompozytowe poprzez różne metody chemiczne do modyfikacji różnych materiałów elektrodowych, poprawy ich aktywności elektrochemicznej, a tym samym zwiększania aktywności elektrokatalitycznej i końcowej szybkości usuwania.
Mikrofal i ultradźwięki są często ważnymi pomiarami pomocniczymi dla powyższych modeli katalitycznych. Przykładając pomoc ultradźwiękową jako przykład, używając fal dźwiękowych wibracji o częstotliwościach wyższych niż 25 kHz na sekundę, miliony bardzo małych bąbelków generowane są w roztworze sformułowanym ze specjalnie zaprojektowanym środkiem czyszczącym. Te małe bąbelki, podczas szybkiego kompresji i ekspansji, stale wytwarzają implozję bąbelkową, umożliwiając materiały szybkie wymiany i rozproszenie na powierzchni katalizatora, często wykładniczo poprawiając wydajność katalityczną.
3 Wniosek
Nano ceria i jej materiały kompozytowe mogą skutecznie leczyć jony i zanieczyszczenia organiczne w wodzie i mieć ważny potencjał zastosowania w przyszłych polach oczyszczania wody. Jednak większość badań jest nadal w etapie laboratoryjnym i aby w przyszłości osiągnąć szybkie zastosowanie w leczeniu wody, nadal należy pilnie rozwiązać następujące problemy:
(1) stosunkowo wysoki koszt przygotowania nanoCEO2Materiały oparte na oparciu o ważny czynnik w zdecydowanej większości ich zastosowań w obróbce wody, które są nadal w etapie badań laboratoryjnych. Badanie tanich, prostych i skutecznych metod przygotowania, które mogą regulować morfologię i wielkość materiałów opartych na Nano CEO2, nadal jest przedmiotem badań.
(2) Ze względu na niewielką wielkość cząstek materiałów opartych na Nano2, kwestie recyklingu i regeneracji po użyciu są również ważnymi czynnikami ograniczającymi ich zastosowanie. Kompozyt z materiałami żywicy lub materiałami magnetycznymi będzie kluczowym kierunkiem badawczym dla technologii przygotowywania materiału i recyklingu.
(3) Opracowanie wspólnego procesu między technologią oczyszczania wody opartej na materiałach wodnych opartych na Nano2 a tradycyjną technologią oczyszczania ścieków będzie bardzo promować zastosowanie technologii katalitycznej materialnej opartej na Nano2 w dziedzinie oczyszczania wody.
(4) Nadal istnieją ograniczone badania toksyczności materiałów opartych na Nano CEO2, a ich mechanizm zachowań środowiskowych i toksyczności w systemach uzdatniania wody nie zostały jeszcze określone. Rzeczywisty proces oczyszczania ścieków często obejmuje współistnienie wielu zanieczyszczeń, a współistniejące zanieczyszczenia będą oddziaływać ze sobą, zmieniając w ten sposób charakterystykę powierzchni i potencjalną toksyczność nanomateriałów. Dlatego istnieje pilna potrzeba przeprowadzenia dalszych badań nad powiązanymi aspektami.
Czas po: 22-2023