CEO2é um componente importante dos materiais de terras raras. OElemento de Terra Rara cérioPossui uma estrutura eletrônica externa única - 4F15D16S2. Sua camada 4F especial pode armazenar e liberar efetivamente os elétrons, fazendo com que os íons cério se comportem no estado de valência+3 e no estado de valência+4. Portanto, os materiais CEO2 têm mais orifícios de oxigênio e têm excelente capacidade de armazenar e liberar oxigênio. A conversão mútua de CE (III) e CE (IV) também concede materiais CEO2 com capacidades catalíticas de redução de oxidação exclusivas. Comparado aos materiais a granel, o Nano CEO2, como um novo tipo de material inorgânico, recebeu atenção generalizada devido à sua alta área de superfície específica, excelente armazenamento de oxigênio e capacidade de liberação, condutividade de íons de oxigênio, desempenho redox e capacidade de difusão rápida de vocação de oxigênio de alta temperatura. Atualmente, existem um grande número de relatórios de pesquisa e aplicativos relacionados usando o Nano CEO2 como catalisadores, portadores de catalisadores ou aditivos, componentes ativos e adsorventes.
1. Método de preparação do nanômetroóxido de cério
Atualmente, os métodos de preparação comum para a nano Ceria incluem principalmente o método químico e o método físico. De acordo com diferentes métodos químicos, os métodos químicos podem ser divididos no método de precipitação, método hidrotérmico, método solvotérmico, método sol gel, método de microemulsão e método de eletrodeposição; O método físico é principalmente o método de moagem.
1.1 Método de moagem
O método de moagem para a preparação de nano Ceria geralmente usa moagem de areia, que tem as vantagens de baixo custo, simpatia ambiental, velocidade de processamento rápido e forte capacidade de processamento. Atualmente, é o método de processamento mais importante na indústria da Nano Cria. Por exemplo, a preparação do pó de polimento de óxido de nano cério geralmente adota uma combinação de calcinação e moagem de areia, e as matérias-primas dos catalisadores de desnitração à base de cério também são misturadas para pré-tratamento ou tratadas após a calcinação usando moagem de areia. Usando diferentes taxas de contas de moagem de areia de tamanho de partícula, a nano Ceria com D50 variando de dezenas a centenas de nanômetros pode ser obtida através do ajuste.
1.2 Método de precipitação
O método de precipitação refere -se ao método de preparar pó sólido por precipitação, separação, lavagem, secagem e calcinação de matérias -primas dissolvidas em solventes apropriados. O método de precipitação é amplamente utilizado na preparação de nanomateriais de Terra Rara e Dopada, com vantagens como processo de preparação simples, alta eficiência e baixo custo. É um método comumente usado para preparar a Nano Cria e seus materiais compostos na indústria. Esse método pode preparar nano em cerria com diferentes morfologia e tamanho de partícula, alterando a temperatura da precipitação, a concentração do material, o valor do pH, a velocidade de precipitação, a velocidade de agitação, o modelo, etc. Métodos comuns dependem da precipitação de íons de cério de amônia gerada por citra de citra e a preparação de nanocomenses. Alternativamente, os íons cério podem ser precipitados por OH - gerados a partir da hidrólise do citrato de sódio e depois incubados e calcinados para preparar flocos como microesferas de nano círiia.
1.3 Métodos hidrotérmicos e solvotérmicos
Esses dois métodos se referem ao método de preparação de produtos por reação de alta temperatura e alta pressão em temperatura crítica em um sistema fechado. Quando o solvente de reação é água, é chamado de método hidrotérmico. Da mesma forma, quando o solvente de reação é um solvente orgânico, é chamado de método solvotérmico. As nano partículas sintetizadas têm alta pureza, boa dispersão e partículas uniformes, especialmente os nano -pós com diferentes morfologias ou faces de cristal especiais expostas. Dissolva cloreto de cério em água destilada, mexa e adicione solução de hidróxido de sódio. Reaja hidrotérmica a 170 ℃ por 12 horas para preparar nanorods de óxido de cério com planos de cristal expostos (111) e (110). Ao ajustar as condições de reação, a proporção de (110) planos de cristal nos planos de cristal expostos pode ser aumentada, aumentando ainda mais sua atividade catalítica. Ajustar o solvente de reação e os ligantes da superfície também podem produzir partículas de nano -cria com hidrofilicidade ou lipofilicidade especial. Por exemplo, a adição de íons acetato à fase aquosa pode preparar nanopartículas monodispersas de óxido de cério hidrofílico na água. Ao selecionar um solvente não polar e introduzir o ácido oleico como ligante durante a reação, as nanopartículas de círia lipofílica monodispersa podem ser preparadas em solventes orgânicos não polares. (Veja a Figura 1)
Figura 1 Monodisperso Nano Ceria e Nano Ceria em forma de vara
1.4 Método Sol Gel
O método Sol Gel é um método que usa alguns ou vários compostos como precursores, conduz reações químicas como a hidrólise na fase líquida para formar SOL e, em seguida, forma gel após o envelhecimento e, finalmente, seca e calcina para preparar pós ultrafinos. Este método é particularmente adequado para a preparação de nanomateriais compostos de nano-cerria altamente dispersos compostos, como ferro cério, titânio de cério, zircônio de cério e outros nanoxidos compostos, que foram relatados em muitos relatórios.
1.5 Outros métodos
Além dos métodos acima, também existem métodos de micro-loção, método de síntese de microondas, método de eletrodeposição, método de combustão de chama plasmático, método de eletrólise de membrana de troca iônica e muitos outros métodos. Esses métodos têm grande significado para a pesquisa e aplicação de Nano Cria.
Aplicação de óxido de cério de 2 nanômetro no tratamento de água
O cério é o elemento mais abundante entre os elementos de terras raras, com preços baixos e aplicações amplas. A nanômetro Ceria e seus compósitos atraíram muita atenção no campo do tratamento de água devido à sua alta área de superfície específica, alta atividade catalítica e excelente estabilidade estrutural.
2.1 Aplicação deÓxido de nano cériono tratamento de água por método de adsorção
Nos últimos anos, com o desenvolvimento de indústrias como a indústria eletrônica, uma grande quantidade de águas residuais contendo poluentes, como íons de metais pesados e íons flúor, foi descarregada. Mesmo em concentrações vestigiais, pode causar danos significativos aos organismos aquáticos e ao ambiente de vida humana. Os métodos comumente usados incluem oxidação, flotação, osmose reversa, adsorção, nanofiltração, biossorção etc. Entre eles, a tecnologia de adsorção é frequentemente adotada devido à sua operação simples, baixo custo e alta eficiência do tratamento. Os materiais Nano CEO2 têm alta área de superfície específica e alta atividade superficial como adsorventes, e houve muitos relatos sobre a síntese de nano CEO2 poroso e seus materiais compostos com diferentes morfologias para adsorver e remover íons nocivos da água.
A pesquisa mostrou que a nano Ceria tem forte capacidade de adsorção para F - na água em condições ácidas fracas. Em uma solução com uma concentração inicial de F - de 100mg/L e pH = 5-6, a capacidade de adsorção para F - é 23mg/g e a taxa de remoção de F - é de 85,6%. Depois de carregá -lo em uma bola de resina de ácido poliacrílico (quantidade de carga: 0,25g/g), a capacidade de remoção de F - pode atingir mais de 99% ao tratar um volume igual de 100mg/L de solução aquosa; Ao processar 120 vezes o volume, mais de 90% do F - pode ser removido. Quando usado para adsorver fosfato e iodato, a capacidade de adsorção pode atingir mais de 100 mg/g no estado de adsorção ideal correspondente. O material usado pode ser reutilizado após um simples tratamento de dessorção e neutralização, que tem altos benefícios econômicos.
Existem muitos estudos sobre a adsorção e tratamento de metais pesados tóxicos, como arsênico, cromo, cádmio e chumbo usando nano Ceria e seus materiais compostos. O pH ideal de adsorção varia para íons de metais pesados com diferentes estados de valência. Por exemplo, a fraca condição alcalina com viés neutro tem o melhor estado de adsorção para as (iii), enquanto o estado de adsorção ideal para as (V) é alcançado sob condições ácidas fracas, onde a capacidade de adsorção pode atingir mais de 110 mg/g em ambas as condições. No geral, a síntese otimizada de nano -cria e seus materiais compósitos pode obter altas taxas de adsorção e remoção para vários íons de metais pesados em uma ampla faixa de pH.
Por outro lado, os nanomateriais à base de óxido de cênio também têm excelente desempenho em adsorventes orgânicos em águas residuais, como laranja ácida, rodamina B, Congo Red, etc. Por exemplo, em casos relatados existentes, nanoceria porosos porosos preparados por métodos eletroquímicos têm uma alta capacidade de realização na remoção de tipos orgânicos, preparados, em remendos de referência em reletos em reletos, com a remoção de tipos orgânicos, preparados, a remendos de referência em remendo a remoção de tipos orgânicos, preparados em reletos, a remoção de cortes de referência em relevantes na remoção de cortesosos orgânicos, preparados para a remendos, a referência da referência da remoção de tipos orgânicos, preparados por cenas orgânicas, preparadas por remendo a remoção de cortes orgânicos, preparados por referência de referência de referência de referência de referência de referência à remoção de cortes orgânicos. 942.7mg/g em 60 minutos.
2.2 Aplicação de Nano Cria em processo de oxidação avançada
O processo de oxidação avançado (AOPS para abreviar) é proposto para melhorar o sistema de tratamento anidro existente. O processo de oxidação avançado, também conhecido como tecnologia de oxidação profunda, é caracterizada pela produção de radicais hidroxila (· OH), radical superóxido (· o2 -), oxigênio singleto, etc. com forte capacidade de oxidação. Sob as condições de reação de alta temperatura e pressão, eletricidade, som, irradiação leve, catalisador, etc. De acordo com as diferentes maneiras de gerar radicais livres e condições de reação, eles podem ser divididos em oxidação fotoquímica, oxidação catalítica, oxidação por oxidação, o oxidação da oxidação.
Figura 2 Classificação e tecnologia Combinação de processo avançado de oxidação
Nano Ceriaé um catalisador heterogêneo comumente usado no processo de oxidação avançada. Devido à rápida conversão entre CE3+e CE4+e o efeito de redução de oxidação rápida provocada pela absorção e liberação de oxigênio, a Nano Cria tem boa capacidade catalítica. Quando usado como promotor de catalisador, também pode melhorar efetivamente a capacidade e a estabilidade catalíticas. Quando a Nano Cria e seus materiais compósitos são usados como catalisadores, as propriedades catalíticas variam muito com a morfologia, o tamanho das partículas e os planos de cristal expostos, que são fatores -chave que afetam seu desempenho e aplicação. Acredita -se geralmente que quanto menor as partículas e maior a área de superfície específica, o local ativo mais correspondente e mais forte a capacidade catalítica. A capacidade catalítica da superfície cristalina exposta, de forte a fraca, está na ordem de (100) superfície de cristal> (110) superfície de cristal> (111) superfície de cristal, e a estabilidade correspondente é oposta.
O óxido de cério é um material semicondutor. Quando o óxido de cério nanômetro é irradiado por fótons com energia maior que o gap da banda, os elétrons da banda de valência são excitados e o comportamento de recombinação de transição ocorre. Esse comportamento promoverá a taxa de conversão de CE3+e CE4+, resultando em forte atividade fotocatalítica da nano Ceria. A fotocatálise pode alcançar a degradação direta da matéria orgânica sem poluição secundária; portanto, sua aplicação é a tecnologia mais estudada no campo da Nano Cria na AOPS. Atualmente, o foco principal está no tratamento de degradação catalítica de corantes azo, fenol, clorobenzeno e águas residuais farmacêuticas usando catalisadores com diferentes morfologias e composições compostas. De acordo com o relatório, sob o método de síntese de catalisador otimizado e as condições do modelo catalítico, a capacidade de degradação dessas substâncias geralmente pode atingir mais de 80%, e a capacidade de remoção do carbono orgânico total (TOC) pode atingir mais de 40%.
A catálise de óxido de nano cério para a degradação de poluentes orgânicos, como ozônio e peróxido de hidrogênio, é outra tecnologia amplamente estudada. Semelhante à fotocatálise, também se concentra na capacidade de nano -cria com diferentes morfologias ou planos de cristal e diferentes oxidantes catalíticos à base de cério para oxidar e degradar poluentes orgânicos. Em tais reações, os catalisadores podem catalisar a geração de um grande número de radicais ativos do ozônio ou peróxido de hidrogênio, que atacam poluentes orgânicos e alcançam recursos de degradação oxidativa mais eficientes. Devido à introdução de oxidantes na reação, a capacidade de remover compostos orgânicos é bastante aprimorada. Na maioria das reações, a taxa de remoção final da substância alvo pode atingir ou se aproximar de 100%, e a taxa de remoção do TOC também é maior.
No método de oxidação avançada eletrocatalítica, as propriedades do material do ânodo com superpotencial de alta evolução de oxigênio determinam a seletividade do método de oxidação avançada eletrocatalítica para o tratamento de poluentes orgânicos. O material do cátodo é um fator importante que determina a produção de H2O2 e a produção de H2O2 determina a eficiência do método de oxidação avançada eletrocatalítica para o tratamento de poluentes orgânicos. O estudo da modificação do material do eletrodo usando Nano Cria recebeu atenção generalizada, tanto nacional quanto internacionalmente. Os pesquisadores introduzem principalmente o óxido de nano cério e seus materiais compósitos através de diferentes métodos químicos para modificar diferentes materiais de eletrodo, melhorar sua atividade eletroquímica e, assim, aumentar a atividade eletrocatalítica e a taxa de remoção final.
Microondas e ultrassom são frequentemente medidas auxiliares importantes para os modelos catalíticos acima. Tomando assistência ultrassônica como exemplo, usando ondas sonoras de vibração com frequências superiores a 25kHz por segundo, milhões de bolhas extremamente pequenas são geradas em uma solução formulada com um agente de limpeza especialmente projetado. Essas pequenas bolhas, durante a rápida compressão e expansão, produzem constantemente implosão de bolhas, permitindo que os materiais trocem rapidamente e se difundam na superfície do catalisador, geralmente melhorando exponencialmente a eficiência catalítica.
3 Conclusão
A Nano Cria e seus materiais compósitos pode tratar efetivamente íons e poluentes orgânicos na água e ter um importante potencial de aplicação em futuros campos de tratamento de água. No entanto, a maioria das pesquisas ainda está no estágio de laboratório e, para obter uma rápida aplicação no tratamento de água no futuro, as seguintes questões ainda precisam ser tratadas com urgência:
(1) o custo de preparação relativamente alto do nanoCEO2Os materiais baseados continuam sendo um fator importante na grande maioria de suas aplicações no tratamento de água, que ainda estão no estágio de pesquisa de laboratório. Explorar métodos de preparação de baixo custo, simples e eficaz que podem regular a morfologia e o tamanho dos materiais baseados em Nano CEO2 ainda é um foco da pesquisa.
(2) Devido ao pequeno tamanho de partícula dos materiais à base de Nano CEO2, os problemas de reciclagem e regeneração após o uso também são fatores importantes que limitam sua aplicação. O composto com materiais de resina ou materiais magnéticos será uma direção de pesquisa essencial para sua tecnologia de preparação e reciclagem de materiais.
(3) O desenvolvimento de um processo conjunto entre a tecnologia de tratamento de água com base em água à base de Nano CEO2 e a tecnologia de tratamento de esgoto tradicional promoverá bastante a aplicação da tecnologia catalítica de materiais baseados em Nano CEO2 no campo do tratamento de água.
(4) Ainda há pesquisas limitadas sobre a toxicidade dos materiais baseados em Nano CEO2, e seu comportamento ambiental e mecanismo de toxicidade nos sistemas de tratamento de água ainda não foram determinados. O processo real de tratamento de esgoto geralmente envolve a coexistência de múltiplos poluentes, e os poluentes coexistentes interagem entre si, alterando assim as características da superfície e a potencial toxicidade dos nanomateriais. Portanto, há uma necessidade urgente de realizar mais pesquisas sobre aspectos relacionados.
Horário de postagem: maio-22-2023