CeO2ҷузъи муҳими масолеҳи нодири замин аст.Дарэлементи нодири замин серийдорои сохтори электронии берунии беназир - 4f15d16s2.Қабати махсуси 4f он метавонад электронҳоро ба таври муассир нигоҳ дошта ва озод кунад, ки ионҳои серий дар ҳолати валентӣ +3 ва +4 валентӣ рафтор мекунанд.Аз ин рӯ, маводи CeO2 сӯрохиҳои бештари оксиген доранд ва қобилияти аълои нигоҳдорӣ ва озод кардани оксиген доранд.Табдили мутақобилаи Ce (III) ва Ce (IV) инчунин ба маводҳои CeO2 дорои қобилиятҳои беназири каталитикии оксидшавӣ ва коҳишёбӣ мебошад.Дар муқоиса бо маводҳои оммавӣ, nano CeO2, ҳамчун як навъи нави маводи ғайриорганикӣ, аз сабаби масоҳати баланди мушаххаси он, қобилияти хуби нигоҳдорӣ ва озодкунии оксиген, гузариши ионҳои оксиген, иҷрои редокс ва паҳншавии босуръати холигии оксиген дар ҳарорати баланд таваҷҷуҳи васеъ пайдо кардааст. қобилият.Дар айни замон шумораи зиёди гузоришҳои тадқиқотӣ ва барномаҳои марбут ба nano CeO2 ҳамчун катализатор, интиқолдиҳандаҳои катализатор ё иловаҳо, ҷузъҳои фаъол ва адсорбентҳо мавҷуданд.
1. Усули тайёр кардани нанометроксиди серий
Дар айни замон, усулҳои маъмули тайёр кардани наносерия асосан усули химиявӣ ва физикиро дар бар мегиранд.Мувофиқи усулҳои гуногуни кимиёвӣ, усулҳои химиявиро метавон ба усули боришот, усули гидротермалӣ, усули солвотермӣ, усули solgel, усули микроэмульсия ва усули электродепозитсия тақсим кард;Усули физикӣ асосан усули суфтакунӣ мебошад.
1.1 Усули суфтакунӣ
Усули суфтакунӣ барои тайёр кардани наносерия одатан суфтакунии қумро истифода мебарад, ки бартариҳои арзон, тозагии экологӣ, суръати коркарди зуд ва қобилияти коркарди қавӣ дорад.Дар айни замон он муҳимтарин усули коркард дар саноати наносерия мебошад.Масалан, тайёр кардани хокаи сайқалдиҳии нано оксиди церий умуман маҷмӯи калцинизатсия ва суфтакунии қумро қабул мекунад ва ашёи хоми катализаторҳои денитратсионии серий низ барои коркарди пешакӣ омехта карда мешаванд ё пас аз calcination бо суфтакунии қум коркард карда мешаванд.Бо истифода аз таносуби заррачаҳои гуногуни қумҳои суфтакунандаи қум, наносерия бо D50 аз даҳҳо то садҳо нанометрро тавассути танзим ба даст овардан мумкин аст.
1.2 Усули боришот
Усули боришот ба усули тайёр кардани хокаи сахт тавассути боришот, ҷудокунӣ, шустан, хушк кардан ва калсинизатсияи ашёи хоми дар ҳалкунандаҳои мувофиқ гудохташуда дахл дорад.Усули боришот дар тайёр кардани наноматериалҳои нодир ва лопинг ба таври васеъ истифода мешавад, ки дорои афзалиятҳо ба монанди раванди омодасозии оддӣ, самаранокии баланд ва арзиши кам мебошад.Ин як усули маъмул барои тайёр кардани наносерия ва маводи таркибии он дар саноат мебошад.Ин усул метавонад наносерияро бо морфология ва андозаи зарраҳои гуногун бо роҳи тағир додани ҳарорати боришот, консентратсияи моддӣ, арзиши рН, суръати боришот, суръати шӯршавӣ, қолаб ва ғайра омода созад. Усулҳои маъмул ба боришоти ионҳои серий аз аммиак, ки аз таҷзияи мочевина тавлид мешаванд, такя мекунанд, ва тайёр кардани микросферахои наносерия бо ионхои цитратй идора карда мешаванд.Алтернативӣ, ионҳои церийро метавон бо OH - аз гидролизи цитрати натрий тавлид кард ва сипас инкубатсия ва калсий кард, то пора ба монанди микросфераҳои наносерия омода созад.
1.3 Усулҳои гидротермикӣ ва солвотермӣ
Ин ду усул ба усули тайёр кардани маҳсулот бо реаксияи ҳарорати баланд ва фишори баланд дар ҳарорати муҳим дар системаи пӯшида дахл доранд.Вақте ки ҳалкунандаи реаксия об аст, онро усули гидротермалӣ меноманд.Мувофиқи он, вақте ки ҳалкунандаи реаксия ҳалкунандаи органикӣ аст, онро усули солвотермӣ меноманд.Зарраҳои нано синтезшуда дорои покии баланд, дисперси хуб ва зарраҳои якхела, бахусус хокаҳои нано бо морфологияҳои гуногун ё чеҳраҳои махсуси кристаллӣ мебошанд.Дар оби софшуда хлориди церийро махлул карда, омехта карда, махлули гидроксиди натрийро илова кунед.Гидротермалиро дар ҳарорати 170 ℃ дар давоми 12 соат реаксия кунед, то наноодҳои оксиди церийро бо ҳавопаймоҳои кристаллӣ (111) ва (110) кушода тайёр кунед.Бо танзими шароити реаксия ҳиссаи (110) ҳамворҳои кристаллро дар ҳамворҳои кристалии фошшуда зиёд кардан мумкин аст ва фаъолияти каталитикии онҳоро боз ҳам беҳтар мекунад.Танзими ҳалкунандаи реаксия ва лигандҳои рӯизаминӣ инчунин метавонад зарраҳои наносерияро бо гидрофилӣ ё липофиликии махсус ба вуҷуд оранд.Масалан, илова кардани ионҳои ацетат ба фазаи обӣ метавонад нанозаррачаҳои оксиди серии гидрофилии монодисперсиро дар об омода созанд.Бо интихоби ҳалкунандаи ғайриқутбӣ ва ворид кардани кислотаи олеин ба сифати лиганд ҳангоми реаксия, мумкин аст дар ҳалкунандаҳои органикии ғайриқутбӣ нанодисперсии серияи липофиликӣ тайёр карда шавад.(Ба расми 1 нигаред)
Тасвири 1 Наносерияҳои сферикии монодисперсӣ ва наносерияҳои асошакл
1.4 Усули Sol gel
Усули сол гел як усулест, ки баъзе ё якчанд пайвастагиҳоро ҳамчун прекурсорҳо истифода мебарад, реаксияҳои кимиёвиро ба мисли гидролиз дар марҳилаи моеъ ба вуҷуд меорад ва сипас пас аз пиршавӣ гелро ташкил медиҳад ва дар ниҳоят хушк мекунад ва калсина мекунад, то хокаҳои ултранафисро омода кунад.Ин усул махсусан барои омода кардани наноматериалҳои таркибии бисёрқабата наносерия, аз қабили оҳани серий, титани серий, цирконий серий ва дигар нанооксидҳои таркибии наносерия, ки дар гузоришҳои зиёд гузориш шудаанд, махсусан мувофиқ аст.
1.5 Усулҳои дигар
Илова ба усулҳои дар боло зикршуда, инчунин усули микролосион, усули синтези микроволновка, усули электродепозитсия, усули сӯхтани шӯълаи плазма, усули электролизи мембранаи ион ивазкунанда ва бисёр усулҳои дигар мавҷуданд.Ин усулҳо барои тадқиқот ва татбиқи наносерия аҳамияти калон доранд.
Истифодаи оксиди 2-нанометрии серий дар коркарди об
Серий дар байни унсурҳои нодири замин унсури фаровон аст, ки бо нархҳои паст ва истифодаи васеъ.Серияҳои нанометрӣ ва композитҳои он бо сабаби масоҳати баланди хоси сатҳи худ, фаъолияти баланди каталитикӣ ва устувории хуби сохторӣ дар соҳаи коркарди об таваҷҷӯҳи зиёдро ҷалб карданд.
2.1 ТатбиқиОксиди наноцерийдар коркарди об бо усули адсорбсия
Дар солҳои охир, бо рушди соҳаҳо, аз қабили саноати электронӣ, миқдори зиёди обҳои партови дорои моддаҳои ифлоскунанда, аз қабили ионҳои металлҳои вазнин ва ионҳои фтор хориҷ карда шуданд.Ҳатто дар консентратсияи микроэлементҳо, он метавонад ба организмҳои обӣ ва муҳити зисти инсон зарари ҷиддӣ расонад.Усулҳои маъмулан истифодашаванда оксидшавӣ, флотатсия, осмоси баръакс, адсорбсия, нанофилтратсия, биосорбсия ва ғайраҳоро дар бар мегиранд. Дар байни онҳо технологияи адсорбсия аксар вақт бо сабаби кори оддӣ, арзиши паст ва самаранокии баланди табобат қабул карда мешавад.Маводҳои Nano CeO2 дорои масоҳати баланди мушаххас ва фаъолнокии баланди сатҳи рӯизаминӣ ҳамчун адсорбент мебошанд ва дар бораи синтези нано CeO2 ва маводи таркибии он бо морфологияҳои гуногун барои адсорбсия ва хориҷ кардани ионҳои зараровар аз об гузоришҳои зиёде мавҷуданд.
Тадқиқот нишон дод, ки наносерия дорои қобилияти адсорбсияи F - дар об дар шароити сусти кислота мебошад.Дар маҳлул бо консентратсияи ибтидоии F - 100 мг/л ва рН=5-6, иқтидори адсорбсияи F - 23 мг/г ва суръати хориҷшавии F - 85,6% аст.Пас аз бор кардани он ба кураки қатрони кислотаи полиакрилӣ (миқдори боркунӣ: 0,25 г/г), қобилияти хориҷкунии F - ҳангоми коркарди ҳаҷми баробари 100 мг/л F - маҳлули обӣ метавонад ба 99% мерасад;Ҳангоми коркарди ҳаҷми 120 маротиба, зиёда аз 90% F -ро хориҷ кардан мумкин аст.Вақте ки барои адсорбсияи фосфат ва йодат истифода мешавад, иқтидори адсорбсия дар ҳолати мувофиқи мувофиқи адсорбсия ба 100 мг/г мерасад.Маводи истифодашударо пас аз коркарди оддии десорбсия ва безараргардонӣ дубора истифода бурдан мумкин аст, ки фоидаи баланди иқтисодӣ дорад.
Оид ба адсорбсия ва коркарди металлҳои вазнини заҳролуд ба монанди мышьяк, хром, кадмий ва сурб бо истифода аз наносерия ва маводи таркибии он таҳқиқотҳои зиёде мавҷуданд.РН оптималии адсорбсия барои ионҳои металлҳои вазнин бо ҳолатҳои валентии гуногун фарқ мекунад.Масалан, ҳолати ишқории заиф бо ғарази нейтралӣ ҳолати беҳтарини адсорбсияро барои As (III) дорад, дар ҳоле ки ҳолати оптималии адсорбсия барои As (V) дар шароити кислотаи заиф ба даст оварда мешавад, ки дар он иқтидори адсорбсия дар ҳарду метавонад ба 110 мг/г мерасад. шароит.Дар маҷмӯъ, синтези оптимизатсияшудаи наносерия ва маводи таркибии он метавонад ба адсорбсия ва хориҷ кардани ионҳои гуногуни металлҳои вазнин дар доираи васеи рН ноил шавад.
Аз тарафи дигар, наноматериалҳои оксиди церий низ дар adsorbing органикӣ дар обҳои партов, аз қабили афлесуни кислота, родамин В, сурхи Конго ва ғайра доранд. Масалан, дар ҳолатҳои мавҷудаи гузоришшуда, сфераҳои наносерия, ки бо усулҳои электрохимиявӣ омода карда шудаанд, дорои хосиятҳои баланд доранд. иқтидори адсорбсия дар хориҷ кардани рангҳои органикӣ, махсусан дар хориҷ кардани сурхи Конго, бо иқтидори адсорбсияи 942,7 мг / г дар 60 дақиқа.
2.2 Истифодаи наносерия дар раванди пешрафтаи оксидшавӣ
Раванди пешрафтаи оксидшавӣ (AOPs барои кӯтоҳ) барои такмил додани системаи мавҷудаи коркарди об пешниҳод карда мешавад.Раванди пешрафтаи оксидшавӣ, ки ҳамчун технологияи оксидшавии амиқ маълум аст, аз ҷониби истеҳсоли радикали гидроксил (· OH), радикали супероксид (· O2 -), оксигени singlet ва ғайра бо қобилияти оксидшавии қавӣ тавсиф карда мешавад.Дар шароити реаксияи ҳарорат ва фишори баланд, қувваи барқ, садо, шуоъҳои рӯшноӣ, катализатор ва ғ. Мувофиқи роҳҳои гуногуни тавлиди радикалҳои озод ва шароити реаксия, онҳо метавонанд ба оксидшавии фотохимиявӣ, оксидшавии тар каталитикӣ, оксидшавии сонохимиявӣ, озон тақсим карда шаванд. оксидшавӣ, оксидшавии электрохимиявӣ, оксидшавии фентон ва ғайра (нигаред ба расми 2).
Тасвири 2 Тасниф ва технологияи омезиши раванди пешрафтаи оксидшавӣ
Наносериякатализатори гетерогенӣ аст, ки одатан дар раванди оксидшавии пешрафта истифода мешавад.Аз сабаби табдили босуръати байни Ce3+ ва Ce4+ ва таъсири босуръати оксидшавӣ-камшавии оксиген, ки тавассути ҷаббида ва озодшавии оксиген ба вуҷуд омадааст, наносерия қобилияти хуби каталитикӣ дорад.Вақте ки ба сифати промоутер катализатор истифода бурда мешавад, он инчунин метавонад ба таври муассир қобилият ва устувории каталитикиро беҳтар кунад.Вақте ки наносерия ва маводҳои таркибии он ҳамчун катализатор истифода мешаванд, хосиятҳои каталитикӣ бо морфология, андозаи зарраҳо ва ҳавопаймоҳои кристалии фошшуда хеле фарқ мекунанд, ки омилҳои калидӣ ба кор ва татбиқи онҳо таъсир мерасонанд.Одатан чунин мешуморанд, ки заррачаҳо хурдтар ва масоҳати мушаххаси рӯизаминӣ калонтар бошад, ҳамон қадар макони фаъол мувофиқтар аст ва қобилияти каталитикӣ ҳамон қадар қавитар аст.Қобилияти каталитикии сатҳи кристаллҳои фошшуда аз қавӣ ба суст, дар тартиби (100) сатҳи кристалл> (110) сатҳи кристалл> (111) сатҳи кристалл ва устувории мувофиқ муқобил аст.
Оксиди серий як маводи нимноқил аст.Вақте ки оксиди серий нанометрӣ бо фотонҳо бо энергияи баландтар аз фосилаи банд шуоъ карда мешавад, электронҳои банди валентӣ ба ҳаяҷон меоянд ва рафтори рекомбинатсияи гузариш ба амал меояд.Ин рафтор ба суръати табдили Ce3+ ва Ce4+ мусоидат карда, ба фаъолияти пурқуввати фотокаталитикии наносерия оварда мерасонад.Фотокатализ метавонад бе ифлосшавии дуюмдараҷа таназзули мустақими моддаҳои органикиро ба даст орад, бинобар ин татбиқи он технологияи аз ҳама омӯхташуда дар соҳаи наносерия дар AOP мебошад.Дар айни замон, диққати асосӣ ба коркарди каталитикии деградатсияи рангҳои азо, фенол, хлоробензол ва обҳои партови фармасевтӣ бо истифода аз катализаторҳои дорои морфология ва таркибҳои таркибӣ гуногун аст.Тибқи гузориш, дар асоси усули оптимизатсияи синтези катализатор ва шароити модели каталитикӣ, иқтидори таназзули ин моддаҳо метавонад ба таври умум ба беш аз 80% ва иқтидори хориҷ кардани умумии карбон органикӣ (TOC) ба беш аз 40% мерасад.
Катализи оксиди наносерий барои таназзули ифлоскунандаҳои органикӣ ба монанди озон ва пероксиди гидроген як технологияи дигари ба таври васеъ омӯхташуда мебошад.Ба монанди фотокатализ, он инчунин ба қобилияти наносерия бо морфологияҳои гуногун ё ҳавопаймоҳои кристаллӣ ва оксидантҳои таркибии каталитикии серий дар асоси оксидшавӣ ва таназзули ифлоскунандагони органикӣ тамаркуз мекунад.Дар чунин реаксияҳо катализаторҳо метавонанд тавлиди миқдори зиёди радикалҳои фаъолро аз озон ё пероксиди гидроген, ки ба ифлоскунандаҳои органикӣ ҳамла мекунанд ва ба қобилиятҳои муассири таназзули оксидшавӣ ноил мешаванд, катализ мекунанд.Аз сабаби ба реаксия ворид шудани оксидантҳо қобилияти хориҷ кардани пайвастагиҳои органикӣ хеле баланд мешавад.Дар аксари аксуламалҳо, суръати ниҳоии хориҷшавии моддаи мавриди ҳадаф метавонад ба 100% расида ё наздик шавад ва сатҳи хориҷшавии TOC низ баландтар аст.
Дар усули пешрафтаи оксидшавии электрокаталитикӣ, хосиятҳои маводи анод бо эволюцияи баланди оксиген, интихоби усули пешрафтаи оксидшавии электрокаталитикиро барои коркарди ифлоскунандаи органикӣ муайян мекунанд.Маводи катод омили муҳими муайянкунандаи истеҳсоли H2O2 мебошад ва истеҳсоли H2O2 самаранокии усули пешрафтаи оксидшавии электрокаталитикиро барои коркарди ифлоскунандаи органикӣ муайян мекунад.Омӯзиши тағир додани маводи электрод бо истифода аз наносерия ҳам дар дохили кишвар ва ҳам дар сатҳи байналмилалӣ таваҷҷӯҳи васеъ пайдо кардааст.Тадқиқотчиён асосан оксиди наносерий ва маводи таркибии онро тавассути усулҳои гуногуни кимиёвӣ барои тағир додани маводи электродҳои гуногун, беҳтар кардани фаъолияти электрохимиявии онҳо ва ба ин васила баланд бардоштани фаъолияти электрокаталитикӣ ва сатҳи ниҳоии тозакунӣ ҷорӣ мекунанд.
Микроволновка ва ултрасадо аксар вақт тадбирҳои муҳими ёрирасон барои моделҳои каталитикии дар боло зикршуда мебошанд.Бо назардошти ёрии ултрасадо, бо истифода аз мавҷҳои садои ларзиш бо басомадҳои аз 25 кГц дар як сония, миллионҳо футурҳои хеле хурд дар маҳлуле, ки бо агенти тозакунандаи махсус тарҳрезӣ шудаанд, тавлид мешаванд.Ин футурҳои хурд ҳангоми фишурдани зуд ва васеъшавӣ пайваста таркиши ҳубобро ба вуҷуд меоранд, ки ба мавод имкон медиҳанд, ки дар сатҳи катализатор зуд мубодила ва паҳн шаванд ва аксар вақт самаранокии каталитикиро ба таври экспоненсиалӣ беҳтар мекунанд.
3 Хулоса
Наносерия ва маводҳои таркибии он метавонанд ионҳо ва ифлоскунандагони органикиро дар об ба таври муассир коркард кунанд ва дар соҳаҳои ояндаи тозакунии об потенсиали муҳими татбиқӣ дошта бошанд.Бо вуҷуди ин, аксари тадқиқотҳо ҳанӯз дар марҳилаи лабораторӣ қарор доранд ва барои ноил шудан ба татбиқи босуръат дар коркарди об дар оянда, масъалаҳои зерин бояд фавран ҳал карда шаванд:
(1) Арзиши нисбатан баланди омодасозии наноCeO2маводи асоснок омили муҳими аксари истифодаи онҳо дар коркарди об боқӣ мемонад, ки ҳанӯз дар марҳилаи тадқиқоти лабораторӣ мебошанд.Омӯзиши усулҳои камхарҷ, содда ва самараноки омодагӣ, ки метавонанд морфология ва андозаи маводи нано CeO2-ро танзим кунанд, то ҳол дар маркази тадқиқот қарор доранд.
(2) Аз сабаби андозаи хурди зарраҳои маводи нано CeO2, масъалаҳои такрорӣ ва барқарорсозӣ пас аз истифода низ омилҳои муҳими маҳдудкунандаи татбиқи онҳо мебошанд.Композитсияи он бо маводи қатронӣ ё маводи магнитӣ як самти асосии тадқиқоти технологияи тайёр кардани мавод ва коркарди он хоҳад буд.
(3) Рушди раванди муштарак байни технологияи коркарди об дар асоси нано CeO2 ва технологияи анъанавии коркарди канализатсия ба татбиқи технологияи каталитикии маводи нано CeO2 дар соҳаи коркарди об хеле мусоидат мекунад.
(4) Ҳанӯз таҳқиқот дар бораи заҳролудии маводи нано CeO2 мавҷуд аст ва рафтори муҳити зист ва механизми заҳролудшавии онҳо дар системаҳои коркарди об то ҳол муайян карда нашудааст.Раванди воқеии коркарди партовҳо аксар вақт мавҷудияти ҳамзистии якчанд ифлоскунандаҳоро дар бар мегирад ва ифлоскунандаҳои ҳамзамон бо ҳамдигар ҳамкорӣ мекунанд ва ба ин васила хусусиятҳои рӯизаминӣ ва заҳролудшавии эҳтимолии наноматериалҳоро тағир медиҳанд.Аз ин рӯ, зарурати бетаъхир анҷом додани тадқиқоти бештар оид ба ҷанбаҳои алоқаманд ба миён меояд.
Вақти фиристодан: 22 май-2023