CEO2je pomemben sestavni del redkih zemeljskih materialov. TheRedki zemeljski element Ceriumima edinstveno zunanjo elektronsko strukturo - 4F15D16S2. Njegova posebna 4F plast lahko učinkovito shrani in sprosti elektrone, zaradi česar se cepijski ioni obnašajo v stanju+3 Valence in+4 Valence. Zato imajo materiali CEO2 več lukenj s kisikom in imajo odlično sposobnost shranjevanja in sproščanja kisika. Medsebojna pretvorba CE (III) in CE (IV) obdaja tudi materiale CEO2 z edinstvenimi oksidacijskimi katalitičnimi zmogljivostmi. Nano CEO2 je v primerjavi z razsutimi materiali kot novo vrsto anorganskega materiala deležen široke pozornosti zaradi svoje visoke specifične površine, odlične shranjevanja in sposobnosti sproščanja, prevodnosti kisikovih ionov, redoks zmogljivosti in visokotemperaturne hitrosti difuzije prostega kisika. Trenutno obstaja veliko število raziskav in z njimi povezanih aplikacij, ki uporabljajo Nano CEO2 kot katalizatorje, nosilce katalizatorjev ali dodatkov, aktivnih komponent in adsorbentov.
1. nanometer način pripraveCerijev oksid
Trenutno skupne metode priprave za nano ceria vključujejo predvsem kemično in fizično metodo. Po različnih kemijskih metodah lahko kemijske metode razdelimo na metodo padavin, hidrotermalno metodo, solvotermalno metodo, metodo sol gela, metodo mikroemulzije in metodo elektrodepozicije; Fizikalna metoda je predvsem metoda brušenja.
1.1 Metoda mletja
Metoda mletja za pripravo nano Ceria na splošno uporablja brušenje peska, ki ima prednosti nizkih stroškov, prijaznosti do okolja, hitrosti hitrosti in močne sposobnosti predelave. Trenutno je najpomembnejša metoda obdelave v industriji Nano Ceria. Na primer, priprava prahu poliranja nano cerium oksida na splošno sprejme kombinacijo kalcinacije in brušenja s peskom, surovine denitracijskih katalizatorjev na osnovi cerija pa se mešajo tudi za predhodno obdelavo ali obdelamo po kalcinaciji s pomočjo brušenja peska. Z uporabo različnih razmerij z brusilno perlo z velikosti delcev lahko s prilagoditvijo dobite nano ceria z D50, ki sega od desetine do sto nanometrov.
1.2 Metoda padavin
Metoda padavin se nanaša na metodo priprave trdnega prahu z padavinami, ločevanjem, pranjem, sušenjem in kalcinacijo surovin, raztopljenih v ustreznih topilih. Metoda padavin se pogosto uporablja pri pripravi redke Zemlje in dopiranih nanomaterialov, s prednosti, kot so preprost postopek priprave, visoka učinkovitost in nizki stroški. Je pogosto uporabljena metoda za pripravo nano cerije in njenih sestavljenih materialov v industriji. Ta metoda lahko pripravi nano ceria z različno morfologijo in velikostjo delcev s spreminjanjem temperature padavin, koncentraciji materiala, pH vrednosti, hitrosti padavin, hitrosti mešanja, predloge itd. Skupne metode se opirajo na padavine cepijskih ionov iz amoniaka, ki nastanejo z razgradnjo sečnine, in pripravo nano ceria mikrosphere. Cerium ione lahko oborimo z OH - ustvarjene iz hidrolize natrijevega citrata, nato pa inkubiramo in kalcinirano za pripravo kosmičev, kot so mikrosfere nano ceria.
1.3 Hidrotermalne in solvotermalne metode
Ti dve metodi se nanašata na način priprave izdelkov z visokotemperaturno in visokotlačno reakcijo pri kritični temperaturi v zaprtem sistemu. Ko je reakcijsko topilo voda, se imenuje hidrotermalna metoda. Ustrezno, ko je reakcijsko topilo organsko topilo, se imenuje solvotermalna metoda. Sintetizirani nano delci imajo visoko čistost, dobro disperzijo in enakomerne delce, zlasti nano praške z različnimi morfologijami ali izpostavljenimi posebnimi kristalnimi obrazi. Raztopimo cerijev klorid v destilirani vodi, premešamo in dodajte raztopino natrijevega hidroksida. Reagirati hidrotermalno pri 170 ℃ 12 ur za pripravo nanorod cerium oksida z izpostavljenimi (111) in (110) kristalnimi ravninami. S prilagoditvijo reakcijskih pogojev se lahko poveča delež (110) kristalnih ravnin v izpostavljenih kristalnih ravninah, kar še poveča njihovo katalitično aktivnost. Prilagoditev reakcijskega topila in površinskih ligandov lahko proizvaja tudi delce nano cerije s posebno hidrofilnostjo ali lipofilnostjo. Na primer, dodajanje acetatnih ionov v vodno fazo lahko v vodi pripravi monodisperzne hidrofilne nanodelce cerium oksida. Z izbiro nepolarnega topila in uvajanjem oleinske kisline kot ligand med reakcijo lahko v nepolarnih organskih topilih pripravimo monodisperzne lipofilne ceria nanodelce. (Glej sliko 1)
Slika 1 Monodisperzno sferično nano ceria in nano ceria v obliki palice
1.4 Sol gel metoda
Metoda sol gela je metoda, ki uporablja nekatere ali več spojin kot predhodnikov, izvaja kemične reakcije, kot je hidroliza v tekoči fazi, da tvori Sol, nato pa po staranju tvori gel, na koncu pa suši in kalcine za pripravo ultrafinskih praškov. Ta metoda je še posebej primerna za pripravo visoko razpršenih večkomponentnih nano ceria kompozitnih nanomaterialov, kot so cerium železo, cerium titanium, cerijev cirkonij in drugi sestavljeni nano oksidi, o katerih so poročali v številnih poročilih.
1,5 Druge metode
Poleg zgornjih metod obstajajo tudi metoda mikro lotiona, metoda sinteze mikrovalovne pečice, metoda elektrodepozicije, metoda zgorevanja plazme plamenja, metoda elektrolize membrane ionske izmenjave in številne druge metode. Te metode imajo velik pomen za raziskave in uporabo Nano Ceria.
Uporaba 2-nanometrskega cerium oksida pri čiščenju vode
Cerium je najpogostejši element med redkimi zemeljskimi elementi, z nizkimi cenami in širokimi aplikacijami. Nanometer Ceria in njegovi kompoziti so pritegnili veliko pozornosti na področju čiščenja vode zaradi visoke specifične površine, visoke katalitične aktivnosti in odlične strukturne stabilnosti.
2.1 UporabaNano Cerium oksidPri čiščenju vode po metodi adsorpcije
V zadnjih letih je bila z razvojem industrij, kot je elektronska industrija, izpuščena velika količina odpadne vode, ki vsebujejo onesnaževala, kot so ioni težkih kovin in fluorirani ioni. Tudi pri koncentracijah v sledovih lahko povzroči znatno škodo vodnim organizmom in človeškim življenjskim okoljem. Pogosto uporabljene metode vključujejo oksidacijo, flotacijo, reverzno osmozo, adsorpcijo, nanofiltracijo, biosorpcijo itd. Med njimi je adsorpcijska tehnologija pogosto sprejeta zaradi preprostega delovanja, nizkih stroškov in visoke učinkovitosti zdravljenja. Materiali Nano CEO2 imajo kot adsorbenti visoko specifično površinsko površino in visoko površinsko aktivnost, veliko je bilo poročil o sintezi poroznega nano CEO2 in njegovih kompozitnih materialov z različnimi morfologijami za adsorbiranje in odstranjevanje škodljivih ionov iz vode.
Raziskave so pokazale, da ima nano ceria močno adsorpcijsko sposobnost za F - v vodi v šibkih kislih pogojih. V raztopini z začetno koncentracijo F - 100 mg/L in pH = 5-6 je adsorpcijska sposobnost za F - 23 mg/g, stopnja odstranjevanja F - 85,6%. Po nalaganju na kroglico s poliakrilno kislino (količina obremenitve: 0,25 g/g) lahko sposobnost odstranjevanja F - doseže nad 99% pri zdravljenju enake volumne 100 mg/L vodne raztopine F -; Pri obdelavi 120 -krat večji volumen lahko odstranite več kot 90% F - odstranite. Kadar se uporablja za adsorbiranje fosfata in jodata, lahko adsorpcijska zmogljivost doseže več kot 100 mg/g v ustreznem optimalnem adsorpcijskem stanju. Uporabljeno gradivo je mogoče ponovno uporabiti po preprostem desorpcijskem in nevtralizacijskem zdravljenju, ki ima visoke gospodarske koristi.
Obstaja veliko raziskav o adsorpciji in zdravljenju strupenih težkih kovin, kot so arzen, krom, kadmij in svinca z uporabo Nano Ceria in njegovih sestavljenih materialov. Optimalni pH adsorpcije se razlikuje za ione težkih kovin z različnimi valenčnimi stanji. Na primer, šibko alkalno stanje z nevtralno pristranskostjo ima najboljše adsorpcijsko stanje za AS (III), medtem ko je optimalno adsorpcijsko stanje za AS (V) doseženo v šibkih kislih pogojih, kjer lahko adsorpcijska zmogljivost v obeh pogojih doseže več kot 110 mg/g. Na splošno lahko optimizirana sinteza nano cerije in njegovih kompozitnih materialov doseže visoko adsorpcijsko in odstranjevanje za različne ione težkih kovin v širokem območju pH.
Po drugi strani imajo nanomateriali, ki temeljijo na ceruju oksidu, tudi izjemno uspešnost v adsorbiranju organov v odpadni vodi, kot so kislina oranžna, rodamin B, kongo rdeča itd. Na primer v obstoječih poročanih primerih so nano ceria porozne sfere, pripravljene z elektrokemičnimi metodami, veliko adsorpcijskih zmogljivosti v odstranjevanju organskih motorjev, z odpravo organske moči, z odstranjevanjem organske moči, ki so bile odstranjene v organskem dyesu, z odpravo organske moči, ki so bile odstranjene v organskem dyesu, z odstranjevanjem organske moči, ki se odstranjuje v organski barvi, z odstranjevanjem organske moči, ki so bile odstranjene v organskem dyesu, z odstranjevanjem organskih modov v odstranjevanju organske moči 942,7 mg/g v 60 minutah.
2.2 Uporaba nano cerije v naprednem procesu oksidacije
Za izboljšanje obstoječega sistema brezvodnega zdravljenja je predlagan napredni postopek oksidacije (na kratko). Za napredni proces oksidacije, znan tudi kot tehnologija globoke oksidacije, je značilna proizvodnja hidroksilnega radikala (· OH), superoksid radikala (· O2 -), singlednega kisika itd. Z močno oksidacijsko sposobnostjo. Under the reaction conditions of high temperature and pressure, electricity, sound, light irradiation, catalyst, etc. According to the different ways of generating free radicals and reaction conditions, they can be divided into photochemical oxidation, catalytic wet oxidation, sonochemistry oxidation, ozone oxidation, electrochemical oxidation, Fenton oxidation, etc. (see Figure 2).
Slika 2 Klasifikacija in tehnologija Kombinacija naprednega procesa oksidacije
Nano Ceriaje heterogeni katalizator, ki se običajno uporablja v naprednem procesu oksidacije. Zaradi hitre pretvorbe med CE3+in CE4+in učinkom hitrega oksidacije, ki ga povzroči absorpcija in sproščanje kisika, ima Nano Ceria dobro katalitično sposobnost. Če se uporablja kot promotor katalizatorja, lahko učinkovito izboljša tudi katalitično sposobnost in stabilnost. Kadar se kot katalizatorji uporabljajo Nano Ceria in njegovi sestavljeni materiali, se katalitične lastnosti močno razlikujejo glede na morfologijo, velikost delcev in izpostavljene kristalne ravnine, ki so ključni dejavniki, ki vplivajo na njihovo delovanje in uporabo. Na splošno velja, da so manjši delci in večji kot je specifična površina, bolj ustrezno aktivno mesto in močnejša je katalitična sposobnost. Katalitična sposobnost izpostavljene kristalne površine, od močne do šibke, je v vrstnem redu (100) kristalne površine> (110) kristalne površine> (111) kristalne površine in ustrezna stabilnost je nasprotna.
Cerijev oksid je polprevodniški material. Ko nanometer cerijev oksid obsevamo s fotoni z energijo, ki je večja od vrzeli v pasu, se vzbujajo valenčni pasovni elektroni in pride do prehodnega rekombinacijskega vedenja. To vedenje bo spodbudilo hitrost pretvorbe CE3+in CE4+, kar bo povzročilo močno fotokatalitično aktivnost nano cerije. Fotokataliza lahko doseže neposredno razgradnjo organske snovi brez sekundarnega onesnaženja, zato je njegova uporaba najbolj preučena tehnologija na področju Nano Cerije v AOPS. Trenutno je glavni poudarek na katalitični degradacijski obdelavi azo barvil, fenola, klorobenzena in farmacevtskih odpadne vode z uporabo katalizatorjev z različnimi morfologijami in kompozitnimi sestavami. Glede na poročilo lahko v okviru optimizirane metode sinteze katalizatorja in pogojih katalitičnega modela razgradnja teh snovi na splošno doseže več kot 80%, zmogljivost odstranjevanja celotnega organskega ogljika (TOC) pa lahko doseže več kot 40%.
Kataliza nano cerium oksida za razgradnjo organskih onesnaževal, kot sta ozon in vodikov peroksid, je še ena široko preučena tehnologija. Podobno kot fotokataliza se tudi osredotoča na sposobnost nano cerije z različnimi morfologijami ali kristalnimi ravninami in različnimi sestavnimi katalitičnimi oksidanti, ki temeljijo na ceriju, da oksidirajo in razgradijo organska onesnaževala. V takšnih reakcijah lahko katalizatorji katalizirajo nastajanje velikega števila aktivnih radikalov iz ozona ali vodikovega peroksida, ki napadajo organska onesnaževala in dosežejo učinkovitejše zmogljivosti oksidativne razgradnje. Zaradi vnosa oksidantov v reakciji je sposobnost odstranjevanja organskih spojin močno izboljšana. V večini reakcij lahko končna stopnja odstranjevanja ciljne snovi doseže ali se približa 100%, stopnja odstranjevanja TOC pa je tudi višja.
Pri elektrokatalitični metodi napredne oksidacije lastnosti anodnega materiala z visoko evolucijo kisika pretirano določajo selektivnost elektrokatalitične metode napredne oksidacije za zdravljenje organskih onesnaževal. Katodni material je pomemben dejavnik, ki določa proizvodnjo H2O2, proizvodnja H2O2 pa določa učinkovitost elektrokatalitične napredne metode oksidacije za zdravljenje organskih onesnaževal. Študija spreminjanja materiala elektrode z uporabo Nano Ceria je bila deležna široke pozornosti tako domače kot na mednarodni ravni. Raziskovalci v glavnem uvajajo nano cerijev oksid in njegove kompozitne materiale z različnimi kemičnimi metodami za spreminjanje različnih elektrodnih materialov, izboljšanje njihove elektrokemične aktivnosti in s tem povečati elektrokatalitično aktivnost in končno hitrost odstranjevanja.
Mikrovalovna in ultrazvok sta pogosto pomembna pomožna ukrepa za zgornje katalitične modele. Kot primer jemljete ultrazvočno pomoč, z uporabo vibracijskih zvočnih valov s frekvencami, višjimi od 25kHz na sekundo, na milijone izjemno majhnih mehurčkov ustvarijo v raztopini, formulirani s posebej zasnovanim čistilnim sredstvom. Ti majhni mehurčki med hitrim stiskanjem in širjenjem nenehno proizvajajo implozijo mehurčkov, kar omogoča hitro izmenjavo in razprševanje materialov na površini katalizatorja, pogosto eksponentno izboljšuje katalitično učinkovitost.
3 Zaključek
Nano Ceria in njegovi sestavljeni materiali lahko učinkovito zdravijo ione in organska onesnaževala v vodi ter imajo pomemben potencial uporabe na prihodnjih poljih za čiščenje vode. Vendar je večina raziskav še vedno v laboratorijski fazi in da bi v prihodnosti dosegli hitro uporabo pri čiščenju vode, je treba še vedno nujno obravnavati naslednja vprašanja:
(1) Sorazmerno visoki stroški priprave nanoCEO2Materiali na osnovi ostajajo pomemben dejavnik pri veliki večini njihovih aplikacij pri čiščenju vode, ki so še v fazi laboratorijskih raziskav. Raziskovanje poceni, preprostih in učinkovitih priprav, ki lahko uravnavajo morfologijo in velikost gradiva, ki temelji na Nano CEO2, je še vedno v središču raziskav.
(2) Zaradi majhnih delcev materialov, ki temeljijo na Nano CEO2, so vprašanja recikliranja in regeneracije po uporabi tudi pomembni dejavniki, ki omejujejo njihovo uporabo. Sestavljanje IT z smolo ali magnetnimi materiali bo ključna raziskovalna smer za njegovo tehnologijo priprave in recikliranja materiala.
(3) Razvoj skupnega postopka med tehnologijo za čiščenje vode na osnovi nano 2 in tradicionalno tehnologijo čiščenja kanalizacije bo močno spodbudil uporabo materialne katalitične tehnologije na osnovi Nano CEO2 na področju čiščenja vode.
(4) Še vedno so omejene raziskave o strupenosti materialov, ki temeljijo na Nano CEO2, njihov okoljski obnašanje in mehanizem strupenosti v sistemih za čiščenje vode pa še ni bilo določeno. Dejanski postopek čiščenja kanalizacije pogosto vključuje sobivanje več onesnaževal, sobivalna onesnaževala pa bodo medsebojno sodelovala in s tem spremenila površinske značilnosti in potencialno strupenost nanomaterialov. Zato je treba nujno opraviti več raziskav o povezanih vidikih.
Čas objave: maj-22-2023