Генеральный директор2является важным компонентом редкоземельных материалов. Аредкоземельный элемент Ceriumимеет уникальную внешнюю электронную структуру - 4F15D16S2. Его специальный 4F -слой может эффективно хранить и высвобождать электроны, заставляя ионы церия ведут себя в состоянии валентного состояния+3 и+4 валентного состояния. Таким образом, материалы CEO2 имеют больше кислородных отверстий и обладают отличной способностью хранить и высвобождать кислород. Взаимное преобразование CE (III) и CE (IV) также наделяет материалы CEO2 с уникальными каталитическими способностями окисления. По сравнению с объемными материалами, Nano CEO2, как новый тип неорганического материала, получил широкое внимание из-за своей высокой удельной площади поверхности, превосходной способности и высвобождения кислорода, ионной проводимостью кислорода, окислительно-восстановительной производительности и высокотемпературной дидиацины для быстрого вакансии кислорода. В настоящее время существует большое количество исследовательских отчетов и связанных с ними приложений с использованием Nano CEO2 в качестве катализаторов, носителей катализатора или добавок, активных компонентов и адсорбентов.
1. Способ приготовления нанометраоксид церия
В настоящее время общие методы подготовки для наносея в основном включают химический метод и физический метод. Согласно различным химическим методам, химические методы можно разделить на метод осадков, гидротермальный метод, сольвотермический метод, метод Sol -геля, метод микроэмульсии и метод электроосашения; Физический метод - это в основном метод шлифования.
1.1 Метод шлифования
Метод шлифования для подготовки Nano Ceria, как правило, использует шлифование песка, которое имеет преимущества низкой стоимости, экологического дружелюбия, быстрой скорости обработки и сильной способности обработки. В настоящее время это самый важный метод обработки в индустрии Nano Ceria. Например, приготовление порошка полировки оксида наносея, как правило, принимает комбинацию прокаливания и шлифования песка, а сырье катализаторов денитрации на основе церие также смешивается для предварительного лечения или обработки после прокалывания с использованием шлифования песка. Используя различные соотношения шлифовальных шариков с песком, нано -церия с D50 в диапазоне от десятков до сотен нанометров может быть получена путем регулировки.
1.2 Метод осадков
Метод осадков относится к методу приготовления твердого порошка путем осаждения, разделения, промывки, сушки и прокалывания сырья, растворенного в соответствующих растворителях. Метод осадков широко используется при приготовлении редкоземельных и легированных наноматериалов, с такими преимуществами, как простой процесс подготовки, высокая эффективность и низкая стоимость. Это обычно используемый метод для подготовки нано -церии и ее композитных материалов в промышленности. Этот метод может придумывать нано -церия с различной морфологией и размером частиц, изменяя температуру осадков, концентрацию материала, значение pH, скорость осаждения, скорость перемешивания, шаблон и т. Д. Общие методы опираются на осаждение ионов церия из аммиака, генерируемой разложением мочевины, а приготовление нано -цериа -микросфер контролируется цитратными имонами. Альтернативно, ионы церия могут быть осаждены ОН, генерируемым из гидролиза цитрата натрия, а затем инкубируют и калькулировали для приготовления хлопья, как микросферы наносея.
1.3 Гидротермальные и сольвотермические методы
Эти два метода относятся к методу подготовки продуктов с помощью высокотемпературной реакции и реакции высокого давления при критической температуре в закрытой системе. Когда реакционный растворитель является водой, он называется гидротермальным методом. Соответственно, когда реакционный растворитель является органическим растворителем, он называется сольвотермическим методом. Синтезированные нано -частицы имеют высокую чистоту, хорошую дисперсию и однородные частицы, особенно нано -порошки с различными морфологиями или открытыми специальными кристаллическими гранями. Растворить хлорид церия в дистиллированной воде, перемешать и добавить раствор гидроксида натрия. Реактируйте гидротермальные при 170 ℃ в течение 12 часов для приготовления наностержней оксида церия с открытыми (111) и (110) плоскостями кристаллов. Регулируя условия реакции, доля (110) кристаллических плоскостей в открытых кристаллических плоскостях может быть увеличена, что еще больше усиливает их каталитическую активность. Регулировка реакционного растворителя и поверхностных лигандов также может производить частицы наногрии с особой гидрофильностью или липофильностью. Например, добавление ацетатных ионов в водную фазу может придумать монодисперсные гидрофильные наночастицы оксида церия в воде. Выбирая неполярный растворитель и введя олеиновую кислоту в качестве лиганда во время реакции, монодисперсные наночастицы липофильных церия могут быть приготовлены в неполярных органических растворителях. (См. Рисунок 1)
Рисунок 1 Монодисперсная сферическая нано церия и нано-стержень нано-ceria
1.4 Метод геля Sol
Метод Sol Sol - это метод, который использует некоторые или несколько соединений в качестве предшественников, проводит химические реакции, такие как гидролиз в жидкой фазе, образуя Sol, а затем образуют гель после старения, и, наконец, дринины и кальцины для приготовления ультрафийных порошек. Этот метод особенно подходит для подготовки высоко дисперсных многокомпонентных наноматериалов Nano Ceria, таких как железо церия, титан церия, цирконий церия и другие составные оксиды Nano, о которых сообщалось во многих отчетах.
1.5 Другие методы
В дополнение к вышеуказанным методам, есть также метод микро-лосьона, метод микроволнового синтеза, метод электродезания, метод сгорания плазмы, метод электролиза ионообменного мембраны и многие другие методы. Эти методы имеют большое значение для исследования и применения Nano Ceria.
Применение 2-нанометра оксида церия при очистке воды
Cerium является наиболее распространенным элементом среди редкоземельных элементов, с низкими ценами и широкими применениями. Nanometer Ceria и его композиты привлекли большое внимание в области очистки воды из -за их высокой удельной площади поверхности, высокой каталитической активности и превосходной структурной стабильности.
2.1 ПрименениеНано оксид церияПри обработке воды методом адсорбции
В последние годы, с развитием таких отраслей, как электронная промышленность, было выписано большое количество сточных вод, содержащих загрязнители, такие как ионы тяжелых металлов и ионы фтора. Даже при концентрациях трассировки это может нанести значительный вред для водных организмов и человеческой жизни. Обычно используемые методы включают окисление, флотацию, обратный осмос, адсорбцию, нанофильтрацию, биосорбцию и т. Д. Среди них часто принимается технология адсорбции из -за его простой работы, низкой стоимости и высокой эффективности обработки. Материалы Nano CEO2 имеют высокую специфическую площадь поверхности и активность высокой поверхности в качестве адсорбентов, и было много сообщений о синтезе пористого Nano CEO2 и его композитных материалов с различными морфологиями для адсорбирования и удаления вредных ионов из воды.
Исследования показали, что Nano Ceria обладает сильной адсорбционной способностью для F - в воде в слабых кислотных условиях. В растворе с начальной концентрацией F - 100 мг/л и pH = 5-6, адсорбционная способность для F - составляет 23 мг/г, а скорость удаления F - составляет 85,6%. После загрузки его на шарик смолы полиакриловой кислоты (количество загрузки: 0,25 г/г), способность удаления F - может достигать более 99% при обработке равного объема 100 мг/л F - водный раствор; При обработке 120 раз больше объема, более 90% F - можно удалить. При использовании для адсорб -фосфата и йодата адсорбционная способность может достигать более 100 мг/г при соответствующем оптимальном состоянии адсорбции. Используемый материал может быть повторно использован после простой десорбционной и нейтрализации, что имеет высокие экономические выгоды.
Есть много исследований по адсорбции и лечению токсичных тяжелых металлов, таких как мышьяк, хром, кадмий и свинец с использованием Nano Ceria и его композитных материалов. Оптимальный рН адсорбции варьируется для ионов тяжелых металлов с различными валентными состояниями. Например, слабое щелочное состояние с нейтральным смещением имеет наилучшее адсорбционное состояние для AS (III), в то время как оптимальное состояние адсорбции для AS (V) достигается в слабых кислых условиях, где адсорбционная способность может достигать 110 мг/г в обоих условиях. В целом, оптимизированный синтез Nano Ceria и его композитных материалов может достичь высоких скоростей адсорбции и удаления для различных ионов тяжелых металлов в широком диапазоне pH.
С другой стороны, наноматериалы на основе оксида церия также имеют выдающуюся производительность в адсорбирующей органике в сточных водах, таких как кислотный апельсин, родамин В, конго -красный и т. Д. Например, в существующих случаях наносея пористые сферы, приготовленные электрохимическими методами. 60 минут.
2.2 Применение Nano Ceria в процессе расширенного окисления
Предлагается усовершенствованный процесс окисления (AOPS для коротких) для улучшения существующей безводной системы лечения. Расширенный процесс окисления, также известный как технология глубокого окисления, характеризуется производством гидроксильного радикала (· OH), супероксидного радикала (· O2 -), синглетного кислорода и т. Д. С сильной способностью окисления. В условиях реакции высокой температуры и давления, электричества, звука, облучения света, катализатора и т. Д. В соответствии с различными способами генерации свободных радикалов и условий реакции их можно разделить на фотохимическое окисление, каталитическое окисление влажного воли, окисление сонохимии, окисление озона, электрохимическое окисление, фентоновое окисление и т. Д. (См. Рис. 2).
Рисунок 2 Классификация и технологическая комбинация передового процесса окисления
Nano Ceriaявляется гетерогенным катализатором, обычно используемым в процессе расширенного окисления. Из-за быстрого преобразования между CE3+и CE4+и эффектом быстрого восстановления окисления, вызванного поглощением и высвобождением кислорода, Nano Ceria обладает хорошей каталитической способностью. При использовании в качестве промотора катализатора он также может эффективно улучшить каталитические способности и стабильность. Когда Nano Ceria и ее составные материалы используются в качестве катализаторов, каталитические свойства сильно варьируются в зависимости от морфологии, размера частиц и открытых кристаллических плоскостей, которые являются ключевыми факторами, влияющими на их производительность и применение. Как правило, считается, что чем меньше частицы и чем больше конкретная площадь поверхности, тем более соответствующие активные сайты и чем сильнее каталитические способности. Каталитическая способность обнаженной поверхности кристаллов, от сильной до слабой, находится в порядке (100) поверхности кристаллической поверхности> (110) поверхности кристалля> (111) поверхности кристалла, а соответствующая стабильность противоположна.
Оксид церия является полупроводниковым материалом. Когда нанометр оксид церия облучается фотонами с энергией, выше, чем полоса, электроны валентной полосы возбуждаются, и происходит поведение рекомбинации перехода. Такое поведение будет способствовать скорости конверсии CE3+и CE4+, что приведет к сильной фотокаталитической активности Nano Ceria. Фотокатализ может достичь прямого деградации органического вещества без вторичного загрязнения, поэтому его применение является наиболее изученной технологией в области Nano Ceria в AOPS. В настоящее время основное внимание уделяется каталитической деградационной обработке азо красивых красителей, фенола, хлорбензола и фармацевтических сточных вод с использованием катализаторов с различными морфологиями и составными составами. Согласно отчету, в рамках метода оптимизированного синтеза катализатора и условий каталитической модели способность деградации этих веществ, как правило, может достигать более 80%, а способность к удалению общего органического углерода (TOC) может достигать более 40%.
Катализ оксида наносея для деградации органических загрязняющих веществ, таких как озон и перекись водорода, является еще одной широко изученной технологией. Подобно фотокатализу, он также фокусируется на способности Nano Ceria с различными морфологиями или кристаллическими плоскостями, а также различных композитных каталитических окислителей на основе церия для окисления и ухудшения органических загрязняющих веществ. В таких реакциях катализаторы могут катализировать генерацию большого количества активных радикалов из озона или перекиси водорода, которые атакуют органические загрязнители и получают более эффективные возможности окислительного деградации. Из -за введения окислителей в реакцию способность удалять органические соединения значительно увеличивается. В большинстве реакций конечная скорость удаления целевого вещества может достигать или приближаться к 100%, а скорость удаления TOC также выше.
В методе электрокаталитического продвинутого окисления свойства анодного материала с высокой эволюцией кислорода чрезмерно уточняет селективность метода электрокаталитического продвинутого окисления для обработки органических загрязняющих веществ. Катодный материал является важным фактором, определяющим производство H2O2, а выработка H2O2 определяет эффективность метода электрокаталитического развитого окисления для обработки органических загрязняющих веществ. Изучение модификации электродного материала с использованием Nano Ceria получило широкое внимание как внутри страны, так и на международном уровне. Исследователи в основном вводят нано -оксид церия и его композитные материалы с помощью различных химических методов для модификации различных электродных материалов, улучшения их электрохимической активности и тем самым увеличить электрокаталитическую активность и конечную скорость удаления.
Микроволновая печь и ультразвук часто являются важными вспомогательными мерами для вышеуказанных каталитических моделей. Принимая ультразвуковую помощь в качестве примера, используя вибрационные звуковые волны с частотами выше 25 кГц в секунду, миллионы чрезвычайно маленьких пузырьков генерируются в растворе, разработанном с специально разработанным чистящим средством. Эти небольшие пузырьки, во время быстрого сжатия и расширения, постоянно производят пузырьковые взрыва, позволяя быстро обменять и диффундировать на поверхности катализатора, часто экспоненциально повышая каталитическую эффективность.
3 Заключение
Nano Ceria и ее композитные материалы могут эффективно обрабатывать ионы и органические загрязнители в воде и иметь важный потенциал применения в будущих областях очистки воды. Тем не менее, большинство исследований все еще находятся на лабораторной стадии, и для достижения быстрого применения в обработке воды в будущем все еще необходимо решить следующие проблемы:
(1) относительно высокая стоимость подготовки наноГенеральный директор2Материалы, основанные на основе, остаются важным фактором в подавляющем большинстве их применений в области обработки воды, которые все еще находятся на этапе лабораторных исследований. Изучение недорогих, простых и эффективных методов подготовки, которые могут регулировать морфологию и размер материалов, основанных на Nano CEO2, все еще является центром исследований.
(2) Из -за небольшого размера частиц материалов, основанных на Nano CEO2, проблемы переработки и регенерации после использования также являются важными факторами, ограничивающими их применение. Своиц его с помощью материалов смолы или магнитных материалов станет ключевым направлением исследования для его подготовки материала и технологии переработки.
(3) Разработка совместного процесса между технологией обработки воды на основе Nano CEO2 и традиционной технологией очистки сточных вод в значительной степени способствует применению каталитических технологий на основе Nano CEO2 в области очистки воды.
(4) До сих пор существует ограниченное количество исследований токсичности материалов, основанных на Nano CEO2, и их поведение окружающей среды и механизм токсичности в системах очистки воды еще не определены. Фактический процесс очистки сточных вод часто включает в себя сосуществование множественных загрязняющих веществ, и сосуществующие загрязнители будут взаимодействовать друг с другом, тем самым изменяя характеристики поверхности и потенциальную токсичность наноматериалов. Следовательно, существует неотложная необходимость провести больше исследований по связанным аспектам.
Время публикации: май-22-2023