Generálny riaditeľje dôležitou súčasťou materiálov vzácnych zemín. Tenprvok vzácneho Zeme ceriummá jedinečnú vonkajšiu elektronickú štruktúru - 4F15D16S2. Jeho špeciálna vrstva 4F môže účinne ukladať a uvoľňovať elektróny, vďaka čomu sa ceriové ióny budú správať v stave+3 a+4 valenčný stav. Materiály CEO2 majú preto viac kyslíkových dier a majú vynikajúcu schopnosť ukladať a uvoľňovať kyslík. Vzájomná konverzia CE (III) a CE (IV) tiež poskytuje materiály CEO2 s jedinečnými katalytickými katalytickými schopnosťami oxidácie. V porovnaní s hromadnými materiálmi sa Nano Ceo2, ako nový typ anorganického materiálu, venovala rozsiahla pozornosť vďaka svojej vysokej špecifickej ploche povrchu, vynikajúcej schopnosti ukladania a uvoľňovania kyslíka, vodivosti kyslíka, redoxného výkonu a rýchlej rýchlej uvoľnenej difúznej difúznej difúznej voľnej látky kyslíka. V súčasnosti existuje veľké množstvo výskumných správ a súvisiacich aplikácií, ktoré používajú Nano Ceo2 ako katalyzátory, nosiče katalyzátorov alebo prísady, aktívne komponenty a adsorbenty.
1. Metóda prípravy nanometraoxid cerium
V súčasnosti spoločné metódy prípravy pre nano ceria zahŕňajú najmä chemickú metódu a fyzikálnu metódu. Podľa rôznych chemických metód sa môžu chemické metódy rozdeliť na metódu zrážania, hydrotermálnu metódu, solvotermálnu metódu, sol gélovú metódu, mikroemulznú metódu a metódu elektrodepozície; Fyzikálna metóda je hlavne metóda mletia.
1.1 Metóda mletia
Metóda mletia na prípravu nano ceria vo všeobecnosti používa brúsenie piesku, čo má výhody nízkych nákladov, prívetivosti v oblasti životného prostredia, rýchlej rýchlosti spracovania a silných schopností spracovania. V súčasnosti je najdôležitejšou metódou spracovania v priemysle Nania Ceria. Napríklad príprava leštiaceho prášku s nanoériovým oxidom vo všeobecnosti prijíma kombináciu kalcinácie a brúsenia piesku a suroviny denitračných katalyzátorov založených na cerium sa tiež zmiešajú na predbežné ošetrenie alebo ošetrené po kalcinácii pomocou mletia piesku. Použitím rôznych pomerov brúsenia pieskových guľôčok s veľkosťou častíc sa dá nano ceria s D50 od desiatok po stovky nanometrov získaná pomocou úpravy.
1.2 Metóda zrážok
Metóda zrážok sa týka metódy prípravy tuhého prášku zrážaním, separáciou, premytím, sušením a kalcináciou surovín rozpustených v vhodných rozpúšťadlách. Metóda zrážok sa široko používa pri príprave vzácnych zemín a dotovaných nanomateriálov, s výhodami, ako je jednoduchý prípravný proces, vysoká účinnosť a nízke náklady. Je to bežne používaná metóda na prípravu nano ceria a jej kompozitných materiálov v priemysle. Táto metóda môže pripraviť nano ceria s rôznou morfológiou a veľkosťou častíc zmenou teploty zrážania, koncentrácie materiálu, hodnoty pH, rýchlosti zrážok, rýchlosti miešania, šablón atď. Bežné metódy sa spoliehajú na zrážanie iónov cériových iónov z amoniaku generovaných rozkladom UREA. Alternatívne môžu byť ióny cérií vyzrážané OH - generovaným z hydrolýzy citranu sodného a potom inkubované a kalcinované, aby sa pripravila vločka ako nano ceria mikrosféry.
1.3 Hydrotermálne a solvotermálne metódy
Tieto dve metódy sa vzťahujú na metódu prípravy produktov pomocou vysokej teploty a vysokotlakovej reakcie pri kritickej teplote v uzavretom systéme. Keď je reakčné rozpúšťadlo vodou, nazýva sa hydrotermálna metóda. Zodpovedajúcim spôsobom, keď je reakčné rozpúšťadlo organickým rozpúšťadlom, nazýva sa solvotermálna metóda. Syntetizované nano častice majú vysokú čistotu, dobrú disperziu a rovnomerné častice, najmä nano prášky s rôznymi morfológiami alebo exponované špeciálne kryštalické tváre. Rozpustite chlorid cerium v destilovanej vode, miešajte a pridajte roztok hydroxidu sodného. React Hydrotermal pri 170 ℃ počas 12 hodín, aby sa pripravili nanorody oxidu céru s exponovanými (111) a (110) kryštálovými rovinami. Úpravou reakčných podmienok sa môže zvýšiť podiel (110) kryštálových rovín v exponovaných kryštálových rovinách, čím sa ďalej zvyšuje ich katalytická aktivita. Úprava reakčného rozpúšťadla a povrchových ligandov môže tiež produkovať nano ceria častice so špeciálnou hydrofilnosťou alebo lipofilitou. Napríklad pridanie acetátových iónov do vodnej fázy môže pripraviť monodisperzné nanočastice oxidu hydrofilného céru vo vode. Výberom nepolárneho rozpúšťadla a zavedením kyseliny olejovej ako ligand počas reakcie sa môžu monodisperzné lipofilné ceria nanočastice pripraviť v nepolárnych organických rozpúšťadlách. (Pozri obrázok 1)
Obrázok 1 monodisperzná sférická nania ceria a nania v tvare tyče
1,4 Sol Gel Method
Metóda sol gélu je metóda, ktorá používa niektoré alebo niekoľko zlúčenín ako prekurzory, vykonáva chemické reakcie, ako je hydrolýza v kvapalnej fáze na vytvorenie SOL, a potom tvorí gél po starnutí a nakoniec DRY a kalcikám na prípravu ultrajemných práškov. Táto metóda je obzvlášť vhodná na prípravu vysoko dispergovaného viaczložkového nania ceria kompozitných nanomateriálov, ako je cerium železo, cérium titánu, zirkónia zirkónia a ďalšie kompozitné nanoxidy, ktoré boli hlásené v mnohých správach.
1.5 Iné metódy
Okrem vyššie uvedených metód existujú aj metóda mikro mlieka, metóda mikrovlnnej syntézy, metóda elektrodepozície, metóda spaľovania plazmy plazmy, metóda elektrolýzy membránovej membrány a mnoho ďalších metód. Tieto metódy majú veľký význam pre výskum a aplikáciu nano ceria.
Aplikácia oxidu 2 nanometru pri úpravách vody
Cerium je najhojnejším prvkom medzi prvkami vzácnych zemín s nízkymi cenami a širokými aplikáciami. Nanometer Ceria a jeho kompozity priťahovali veľkú pozornosť v oblasti úpravy vody v dôsledku ich vysokej špecifickej povrchovej plochy, vysokej katalytickej aktivity a vynikajúcej štrukturálnej stability.
2.1 AplikáciaOxid nanoPri úprave vody pomocou adsorpčnej metódy
V posledných rokoch, s rozvojom priemyselných odvetví, ako je elektronický priemysel, bolo prepustené veľké množstvo odpadových vôd obsahujúcich znečisťujúce látky, ako sú ióny ťažkých kovov a fluórne ióny. Dokonca aj pri stopových koncentráciách môže spôsobiť značné škody pre vodné organizmy a ľudské životné prostredie. Bežne používané metódy zahŕňajú oxidáciu, flotáciu, reverznú osmózu, adsorpciu, nanofiltráciu, biosorpciu atď. Medzi nimi sa často prijíma adsorpčná technológia kvôli svojej jednoduchej prevádzke, nízkych nákladoch a vysokej účinnosti liečby. Materiály Nano Ceo2 majú vysokú špecifickú povrchovú plochu a vysokú povrchovú aktivitu ako adsorbenty a vyskytlo sa veľa správ o syntéze porézneho Nano Ceo2 a jeho kompozitných materiálov s rôznymi morfológiami na adsorbovanie a odstraňovanie škodlivých iónov z vody.
Výskum ukázal, že nano ceria má silnú adsorpčnú kapacitu pre F - vo vode za slabých kyslých podmienok. V roztoku s počiatočnou koncentráciou F - 100 mg/l a pH = 5-6 je adsorpčná kapacita pre F - 23 mg/g a rýchlosť odstránenia F - 85,6%. Po jeho zaťažení na guľu na živicu s kyselinou polyakrylovou (množstvo zaťaženia: 0,25 g/g) môže odstránenie F - dosiahnuť viac ako 99% pri ošetrení rovnakého objemu 100 mg/l vodného roztoku F - vodného roztoku; Pri spracovaní 120 -násobku objemu je možné odstrániť viac ako 90% F -. Ak sa používa na adsorbovanie fosfátu a jodátu, adsorpčná kapacita môže dosiahnuť viac ako 100 mg/g v zodpovedajúcom optimálnom adsorpčnom stave. Použitý materiál sa môže opätovne použiť po jednoduchej ošetrení desorpcie a neutralizácie, čo má vysoké ekonomické výhody.
Existuje veľa štúdií o adsorpcii a liečbe toxických ťažkých kovov, ako je arzén, chróm, kadmium a olovo pomocou nania ceria a jeho kompozitných materiálov. Optimálne adsorpčné pH sa mení pre ióny ťažkých kovov s rôznymi stavmi valencie. Napríklad slabý alkalický stav s neutrálnou zaujatosťou má najlepší adsorpčný stav pre AS (III), zatiaľ čo optimálny adsorpčný stav pre AS (V) sa dosiahne za slabých kyslých podmienok, kde adsorpčná kapacita môže za oboch podmienok dosiahnuť viac ako 110 mg/g. Celkovo môže optimalizovaná syntéza nano ceria a jej kompozitné materiály dosiahnuť vysokú adsorpciu a odstraňovanie rôznych iónov ťažkých kovov v širokom rozsahu pH.
Na druhej strane, nanomateriály na báze oxidu na cerium majú tiež vynikajúcu výkonnosť v adsorbujúcich organických látkach v odpadových vodách, ako je kyslá pomaranč, Rhodamín B, Kongo Red, atď. Napríklad v existujúcich prípadoch, nano ceria porézne guľové gule pripravené elektrochemickou metódami 942. za 60 minút.
2.2 Aplikácia nano ceria v procese pokročilého oxidácie
Navrhuje sa pokročilý oxidačný proces (skrátený AOPS) na zlepšenie existujúceho systému bezvodej spracovania. Pokročilý oxidačný proces, známy tiež ako technológia hlbokej oxidácie, sa vyznačuje výrobou hydroxylového radikálu (· OH), superoxidového radikálu (· O2 -), singletového kyslíka atď. So silnou oxidačnou schopnosťou. Za reakčných podmienok vysokej teploty a tlaku, elektriny, zvuku, ožarovania svetla, katalyzátora atď. Podľa rôznych spôsobov vytvárania voľných radikálov a reakčných podmienok sa môžu rozdeliť na fotochemickú oxidáciu, oxidáciu katalytickej mokrej, sonochemickú oxidáciu, oxidáciu ozónu, elektrochemickú oxidáciu, oxidáciu fentonu atď. (Pozri obrázok 2).
Obrázok 2 Kombinácia klasifikácie a technológie procesu pokročilého oxidácie
Nano ceriaje heterogénny katalyzátor, ktorý sa bežne používa v procese pokročilého oxidácie. V dôsledku rýchlej konverzie medzi CE3+a CE4+a rýchlym účinkom oxidácie redukcie spôsobený absorpciou a uvoľňovaním kyslíka má nania CERIA dobrú katalytickú schopnosť. Pri použití ako promótor katalyzátora môže tiež účinne zlepšiť katalytickú schopnosť a stabilitu. Keď sa ako katalyzátory používajú nano ceria a jej kompozitné materiály, katalytické vlastnosti sa veľmi líšia v závislosti od morfológie, veľkosti častíc a exponovaných kryštálových rovín, ktoré sú kľúčovými faktormi ovplyvňujúcimi ich výkon a aplikáciu. Všeobecne sa predpokladá, že čím menšie sú častice a väčšie sú špecifické povrchové plochy, tým zodpovedajúce aktívne miesto a silnejšie katalytické schopnosti. Katalytická schopnosť exponovaného povrchu kryštálov, od silného po slabý, je v poradí (100) kryštálového povrchu> (110) povrchu kryštálov> (111) povrchu kryštálov a zodpovedajúca stabilita je opačná.
Oxid cerium je polovodičový materiál. Keď je oxid nanometra oxidu cerium ožarovaný fotónmi s energiou vyššou ako medzerou v pásme, elektróny valenčného pásma sú vzrušené a dôjde k správaniu rekombinácie prechodu. Toto správanie bude podporovať mieru konverzie CE3+a CE4+, čo bude mať za následok silnú fotokatalytickú aktivitu nania ceria. Fotokatalýza môže dosiahnuť priamu degradáciu organických látok bez sekundárneho znečistenia, takže jej aplikácia je najviac študovaná technológia v oblasti nano ceria v AOPS. V súčasnosti je hlavným zameraním na katalytickú degradačnú liečbu azo farbív, fenolu, chlórbenzénu a farmaceutickej odpadovej vody s použitím katalyzátorov s rôznymi morfológiami a zloženými kompozíciami. Podľa správy, v rámci optimalizovanej metódy syntézy katalyzátora a podmienok katalytického modelu môže degradačná kapacita týchto látok vo všeobecnosti dosiahnuť viac ako 80%a kapacita odstránenia celkového organického uhlíka (TOC) môže dosiahnuť viac ako 40%.
Ďalšou široko študovanou technológiou je katalýza oxidu nanoérusu na degradáciu organických znečisťujúcich látok, ako je ozón a peroxid vodíka. Podobne ako pri fotokatalýze sa zameriava aj na schopnosť nania Ceria s rôznymi morfológiami alebo kryštalickými rovinami a rôznymi kompozitnými katalytickými oxidantmi založenými na cerium na oxidáciu a degradáciu organických znečisťujúcich látok. V takýchto reakciách môžu katalyzátory katalyzovať tvorbu veľkého počtu aktívnych radikálov z peroxidu ozónu alebo vodíka, ktoré útočia na organické znečisťujúce látky a dosahujú účinnejšie schopnosti oxidačnej degradácie. V dôsledku zavedenia oxidantov v reakcii je schopnosť odstraňovať organické zlúčeniny výrazne vylepšená. Vo väčšine reakcií môže konečná rýchlosť odstránenia cieľovej látky dosiahnuť alebo priblížiť 100%a rýchlosť odstránenia TOC je tiež vyššia.
V metóde elektrokatalytickej pokročilej oxidácie určujú vlastnosti anódového materiálu s vysokým nadmerným vývojom kyslíka selektivitu metódy elektrokatalytickej pokročilej oxidácie na ošetrenie organických znečisťujúcich látok. Maódový materiál je dôležitým faktorom určujúcim produkciu H2O2 a výroba H2O2 určuje účinnosť metódy elektrokatalytickej pokročilej oxidácie na ošetrenie organických znečisťujúcich látok. Štúdium modifikácie materiálu elektród s použitím nano ceria sa venovala rozsiahla pozornosť na domácom aj medzinárodnej úrovni. Vedci zavádzajú hlavne oxid nanoerium a jeho kompozitné materiály rôznymi chemickými metódami na modifikáciu rôznych materiálov elektród, zlepšenie ich elektrochemickej aktivity a tým zvyšujú elektrokatalytickú aktivitu a konečnú rýchlosť odstránenia.
Mikrovlnné a ultrazvuk sú často dôležitými pomocnými opatreniami pre vyššie uvedené katalytické modely. Ako príklad, keď sa ultrazvuková pomoc, pri použití vibračných zvukových vĺn s frekvenciami vyššími ako 25 kHz za sekundu, sa v roztoku formulovanom so špeciálne navrhnutým čistiacim prostriedkom generujú milióny extrémne malých bublín. Tieto malé bubliny počas rýchlej kompresie a expanzie neustále produkujú bublinkovú imploziu, čo umožňuje materiálom rýchlo výmenu a rozptyľovanie na povrchu katalyzátora, čo často exponenciálne zlepšuje katalytickú účinnosť.
3 Záver
Nano ceria a jej kompozitné materiály môžu účinne liečiť ióny a organické znečisťujúce látky vo vode a majú dôležitý potenciál aplikačného použitia v budúcich oblastiach úpravy vody. Väčšina výskumu je však stále v laboratórnej fáze a aby sa v budúcnosti dosiahlo rýchle uplatňovanie pri čistení vody, je potrebné naliehavo riešiť tieto problémy:
(1) relatívne vysoké náklady na prípravu nanoGenerálny riaditeľMateriály založené na založených materiáloch zostávajú dôležitým faktorom vo veľkej väčšine ich aplikácií pri úrade vody, ktoré sú stále v laboratórnom výskume. Preskúmanie lacných, jednoduchých a účinných metód prípravy, ktoré môžu regulovať morfológiu a veľkosť materiálov založených na Nano CeO2, je stále zameraním výskumu.
(2) V dôsledku malej veľkosti častíc materiálov založených na Nano Ceo2 sú problémy s recykláciou a regeneráciou po použití tiež dôležitými faktormi obmedzujúcimi ich uplatňovanie. Kompozit s živicovými materiálmi alebo magnetickými materiálmi bude kľúčovým smerom výskumu pre svoju technológiu prípravy a recyklácie materiálu.
(3) Vývoj spoločného procesu medzi technológiou úpravy vody založenej na materiáli založenej na Nano CeO2 a tradičnou technológiou čistenia odpadových vôd bude výrazne podporovať uplatňovanie materiálovej technológie založenej na Nano Ceo2 v oblasti úpravy vody.
(4) Stále existuje obmedzený výskum toxicity materiálov založených na Nano Ceo2 a ich environmentálne správanie a mechanizmus toxicity v systémoch úpravy vody ešte neboli stanovené. Skutočný proces čistenia odpadových vôd často zahŕňa koexistenciu viacerých znečisťujúcich látok a koexistujúce znečisťujúce látky budú vzájomne pôsobiť, čím sa zmení povrchové charakteristiky a potenciálna toxicita nanomateriálov. Preto existuje naliehavá potreba vykonať viac výskumov súvisiacich aspektov.
Čas príspevku: máj-22-2023