CEO2nadir toprak malzemelerinin önemli bir bileşenidir. .Nadir toprak elemanı seryumbenzersiz bir dış elektronik yapıya sahiptir - 4F15D16S2. Özel 4F tabakası, elektronları etkili bir şekilde saklayabilir ve serbest bırakabilir, bu da seryum iyonlarını+3 değerlik durumunda ve+4 değerlik durumunda davranır. Bu nedenle, CEO2 malzemeleri daha fazla oksijen deliğine sahiptir ve oksijeni saklamak ve serbest bırakmak için mükemmel bir yeteneğe sahiptir. CE (III) ve CE (IV) 'nin karşılıklı dönüşümü, benzersiz oksidasyon azaltma katalitik yeteneklerine sahip CEO2 malzemelerini de verir. Dökme malzemelerle karşılaştırıldığında, yeni bir inorganik malzeme türü olarak Nano CEO2, yüksek spesifik yüzey alanı, mükemmel oksijen depolama ve salım kabiliyeti, oksijen iyonu iletkenliği, redoks performansı ve yüksek sıcaklık hızlı oksijen boşluk difüzyon kabiliyeti nedeniyle yaygın bir dikkat göstermiştir. Şu anda katalizörler, katalizör taşıyıcıları veya katkı maddeleri, aktif bileşenler ve adsorbentler olarak Nano CEO2 kullanan çok sayıda araştırma raporu ve ilgili uygulamalar bulunmaktadır.
1. Nanometrenin hazırlama yöntemiseryum oksit
Şu anda, nano ceria için ortak hazırlık yöntemleri esas olarak kimyasal yöntem ve fiziksel yöntemi içerir. Farklı kimyasal yöntemlere göre, kimyasal yöntemler yağış yöntemine, hidrotermal yöntem, solvotermal yöntem, sol jel yöntemi, mikroemülsiyon yöntemi ve elektrodepozisyon yöntemine bölünebilir; Fiziksel yöntem esas olarak öğütme yöntemidir.
1.1 Taşlama Yöntemi
Nano Ceria'nın hazırlanması için öğütme yöntemi genellikle düşük maliyet, çevre dostu olma, hızlı işlem hızı ve güçlü işleme kabiliyeti avantajlarına sahip kum taşlama kullanır. Şu anda Nano Ceria endüstrisindeki en önemli işleme yöntemidir. Örneğin, nano seryum oksit parlatma tozunun hazırlanması genellikle kalsinasyon ve kum taşlama kombinasyonunu benimser ve seryum bazlı denitrasyon katalizörlerinin hammaddeleri de tedavi için karıştırılır veya kum taşlama kullanılarak kalsinasyondan sonra işlenir. Farklı partikül boyutlu kum taşlama boncuk oranları kullanılarak, D50 ile onlarca nano ceria, onlarca yüzlerce nanometreye kadar değişebilir.
1.2 Yağış yöntemi
Yağış yöntemi, uygun çözücülerde çözünmüş hammaddelerin yağış, ayırma, yıkama, kurutulması ve kalsinasyonu ile katı tozun hazırlanması yöntemini ifade eder. Yağış yöntemi, basit hazırlık işlemi, yüksek verimlilik ve düşük maliyet gibi avantajlarla nadir toprak ve katkılı nanomalzemelerin hazırlanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Nano Ceria ve kompozit malzemelerini endüstride hazırlamak için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntem, yağış sıcaklığı, malzeme konsantrasyonu, pH değeri, yağış hızı, karıştırma hızı, şablon vb. Değiştirerek nano ceria'yı farklı morfoloji ve partikül boyutu ile hazırlayabilir. Yaygın yöntemler, üre ayrışması ile üretilen amonyaktan seriyum iyonlarının çökelmesine dayanır ve nano ceria mikrokrerlerinin hazırlanması, sitrat yonları ile kontrol edilir. Alternatif olarak, seryum iyonları, sodyum sitratın hidrolizinden üretilen OH ile çöktürülebilir ve daha sonra nano ceria mikroküreleri gibi pul hazırlamak için inkübe edilebilir ve kalsine edilebilir.
1.3 Hidrotermal ve solvotermal yöntemler
Bu iki yöntem, kapalı bir sistemde kritik sıcaklıkta yüksek sıcaklık ve yüksek basınçlı reaksiyonla ürün hazırlama yöntemini ifade eder. Reaksiyon çözücü su olduğunda, buna hidrotermal yöntem denir. Buna karşılık, reaksiyon çözücü organik bir çözücü olduğunda, buna solvotermal yöntem denir. Sentezlenen nano partikülleri yüksek saflık, iyi dağılım ve düzgün partiküllere, özellikle farklı morfolojilere veya maruz kalan özel kristal yüzlere sahip nano tozlarına sahiptir. Seryum klorürü damıtılmış suda çözün, karıştırın ve sodyum hidroksit çözeltisi ekleyin. Seryum oksit nanorodları maruz kalan (111) ve (110) kristal düzlemlerle hazırlamak için hidrotermali 12 saat boyunca 170 ℃'de reaksiyona sokun. Reaksiyon koşullarını ayarlayarak, maruz kalan kristal düzlemlerde (110) kristal düzlemlerin oranı arttırılabilir ve katalitik aktivitelerini daha da artırabilir. Reaksiyon çözücü ve yüzey ligandlarının ayarlanması, özel hidrofilik veya lipofilikliğe sahip nano ceria parçacıkları da üretebilir. Örneğin, sulu faza asetat iyonları eklemek, suda monodispers hidrofilik seryum oksit nanoparçacıkları hazırlayabilir. Polar olmayan bir çözücü seçilerek ve reaksiyon sırasında bir ligand olarak oleik asit eklenerek, polar olmayan organik çözücülerde monodispers lipofilik ceria nanopartikülleri hazırlanabilir. (Bkz. Şekil 1)
Şekil 1 monodispers küresel nano ceria ve çubuk şeklindeki nano ceria
1.4 Sol jel yöntemi
Sol jel yöntemi, öncüler olarak bir miktar veya birkaç bileşik kullanan, Sol oluşturmak için sıvı fazında hidroliz gibi kimyasal reaksiyonları yürüten ve daha sonra yaşlandıktan sonra jel oluşturan ve son olarak ultra saf tozlar hazırlamak için drys ve kalsojenleri gerçekleştiren bir yöntemdir. Bu yöntem özellikle, birçok raporda bildirilen seryum demir, seryum titanyum, seryum zirkonyum ve diğer kompozit nano oksitler gibi yüksek oranda dağınık çok bileşenli nano ceria kompozit nanomateryallerin hazırlanması için uygundur.
1.5 Diğer yöntemler
Yukarıdaki yöntemlere ek olarak, mikro losyon yöntemi, mikrodalga sentez yöntemi, elektrodepozisyon yöntemi, plazma alev yanma yöntemi, iyon değişim membran elektroliz yöntemi ve diğer birçok yöntem de vardır. Bu yöntemler Nano Ceria'nın araştırılması ve uygulanması için büyük bir öneme sahiptir.
Su tedavisinde 2-nanometre seryum oksit uygulaması
Seryum, düşük fiyatlar ve geniş uygulamalar ile nadir toprak elemanları arasında en bol unsurdur. Nanometre Ceria ve kompozitleri, yüksek spesifik yüzey alanı, yüksek katalitik aktivitesi ve mükemmel yapısal stabilite nedeniyle su arıtma alanında çok dikkat çekmiştir.
2.1 UygulamasıNano seryum oksitsu arıtımında adsorpsiyon yöntemi
Son yıllarda, elektronik endüstrisi gibi endüstrilerin geliştirilmesiyle, ağır metal iyonları ve flor iyonları gibi kirleticiler içeren büyük miktarda atık su taburcu edilmiştir. İz konsantrasyonlarında bile, su organizmalarına ve insan yaşam ortamına önemli zarar verebilir. Yaygın olarak kullanılan yöntemler arasında oksidasyon, flotasyon, ters ozmoz, adsorpsiyon, nanofiltrasyon, biyosorpsiyon vb. Nano CEO2 malzemeleri, adsorbentler olarak yüksek spesifik yüzey alanı ve yüksek yüzey aktivitesine sahiptir ve gözenekli nano CEO2'nin sentezi ve bunlardan farklı morfolojilere sahip kompozit materyalleri, sudan gelen zararlı iyonları adsorbe etmek ve çıkarmak için birçok rapor olmuştur.
Araştırmalar, Nano Ceria'nın zayıf asidik koşullar altında suda F - için güçlü adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğunu göstermiştir. 100mg/L ve pH = 5-6 f - konsantrasyonu olan bir çözeltide, F - için adsorpsiyon kapasitesi 23 mg/g ve F - 'nin giderme oranı%85.6'dır. Bir poliakrilik asit reçine topuna (yükleme miktarı: 0.25g/g) yüklendikten sonra, F - 'nin çıkarma kabiliyeti, 100mg/L F - sulu çözelti eşit hacmi tedavi edilirken% 99'a ulaşabilir; Hacmin 120 katı işlenirken,% 90'ından fazlası F - kaldırılabilir. Fosfat ve iyodatı adsorbe etmek için kullanıldığında, adsorpsiyon kapasitesi karşılık gelen optimal adsorpsiyon durumu altında 100 mg/g'ye ulaşabilir. Kullanılan materyal, yüksek ekonomik faydaları olan basit desorpsiyon ve nötralizasyon tedavisinden sonra yeniden kullanılabilir.
Arsenik, krom, kadmiyum gibi toksik ağır metallerin adsorpsiyonu ve tedavisi hakkında birçok çalışma vardır ve nano ceria ve kompozit malzemeleri kullanılarak kurşun. Optimal adsorpsiyon pH, farklı değerlik durumlarına sahip ağır metal iyonları için değişir. Örneğin, nötr önyargılı zayıf alkalin durumu, AS (III) için en iyi adsorpsiyon durumuna sahipken, AS (V) için optimal adsorpsiyon durumu, adsorpsiyon kapasitesinin her iki koşulda da 110mg/g'ye ulaşabileceği zayıf asidik koşullar altında elde edilir. Genel olarak, nano ceria ve kompozit malzemelerinin optimize edilmiş sentezi, geniş bir pH aralığında çeşitli ağır metal iyonları için yüksek adsorpsiyon ve çıkarma oranları elde edebilir.
Öte yandan, seryum oksit bazlı nanomalzemeler, asit turuncu, rhodamin B, Kongo kırmızısı gibi atık sularda adsorbing organiklerinde olağanüstü performansa sahiptir. Örneğin, mevcut rapor edilen vakalarda hazırlanan nano ceria gözenekli küreler, congo kırmızının çıkarılmasında yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahiptir. 60 dakika içinde.
2.2 Nano Ceria'nın Gelişmiş Oksidasyon Sürecinde Uygulaması
Mevcut susuz tedavi sistemini geliştirmek için ileri oksidasyon işlemi (kısaca AOP'ler) önerilmektedir. Derin oksidasyon teknolojisi olarak da bilinen gelişmiş oksidasyon işlemi, güçlü oksidasyon kabiliyetine sahip hidroksil radikal (· OH), süperoksit radikal (· O2 -), singlet oksijen vb. Üretimi ile karakterizedir. Yüksek sıcaklık ve basınç, elektrik, ses, hafif ışınlama, katalizör, vb. Reaksiyon koşulları altında, serbest radikaller ve reaksiyon koşulları üretmenin farklı yollarına göre, fotokimyasal oksidasyon, katalitik ıslak oksidasyon, sonokimya oksidasyonu, ozon oksidasyonu, elektrokimyasal oksidasyon, fenton oksidasyonu vb.
Şekil 2 Gelişmiş oksidasyon işleminin sınıflandırma ve teknoloji kombinasyonu
Nano Ceriaileri oksidasyon işleminde yaygın olarak kullanılan heterojen bir katalizördür. CE3+ve CE4+arasındaki hızlı dönüşüm ve oksijen emilimi ve salınımı ile ortaya çıkan hızlı oksidasyon-azaltma etkisi nedeniyle, nano ceria iyi katalitik yeteneğe sahiptir. Bir katalizör promotörü olarak kullanıldığında, katalitik yeteneği ve stabiliteyi etkili bir şekilde geliştirebilir. Nano Ceria ve kompozit malzemeleri katalizör olarak kullanıldığında, katalitik özellikler, performanslarını ve uygulamalarını etkileyen temel faktörler olan morfoloji, parçacık boyutu ve açık kristal düzlemlerle büyük ölçüde değişir. Genellikle parçacıklar ne kadar küçük ve spesifik yüzey alanı ne kadar büyük olursa, o kadar karşılık gelen aktif bölge ve katalitik yetenek o kadar güçlü olduğuna inanılmaktadır. Maruz kalan kristal yüzeyin güçlüden zayıflığa katalitik yeteneği, (100) kristal yüzey> (110) kristal yüzey> (111) kristal yüzey sırasındadır ve karşılık gelen stabilite zıttır.
Seryum oksit yarı iletken bir malzemedir. Nanometre seryum oksit, bant boşluğundan daha yüksek enerji olan fotonlar tarafından ışınlandığında, değerlik bandı elektronları uyarılır ve geçiş rekombinasyon davranışı meydana gelir. Bu davranış, Ce3+ve Ce4+'nın dönüşüm oranını teşvik ederek nano ceria'nın güçlü fotokatalitik aktivitesine neden olacaktır. Fotokataliz, ikincil kirlilik olmadan organik maddenin doğrudan bozulmasını sağlayabilir, bu nedenle uygulaması AOP'larda Nano Ceria alanında en çok incelenen teknolojidir. Şu anda, ana odak, farklı morfolojilere ve kompozit bileşimlere sahip katalizörler kullanılarak azo boyaları, fenol, klorobenzen ve farmasötik atık suyun katalitik bozunma tedavisidir. Rapora göre, optimize edilmiş katalizör sentez yöntemi ve katalitik model koşulları altında, bu maddelerin bozunma kapasitesi genellikle%80'den fazla ulaşabilir ve toplam organik karbonun (TOC) giderme kapasitesi%40'tan fazla ulaşabilir.
Ozon ve hidrojen peroksit gibi organik kirleticilerin bozulması için nano seryum oksit katalizi, yaygın olarak incelenen bir diğer teknolojidir. Fotokatalize benzer şekilde, farklı morfolojiler veya kristal düzlemler ve farklı seryum bazlı kompozit katalitik oksidanlar ile nano ceria'nın organik kirleticileri oksitlemek ve bozma yeteneğine de odaklanır. Bu tür reaksiyonlarda, katalizörler, organik kirleticilere saldıran ve daha verimli oksidatif degradasyon yetenekleri elde eden ozon veya hidrojen peroksitten çok sayıda aktif radikal oluşumunu katalize edebilir. Reaksiyona oksidanların sokulması nedeniyle, organik bileşikleri giderme yeteneği büyük ölçüde arttırılmıştır. Çoğu reaksiyonda, hedef maddenin nihai çıkarma oranı%100'e ulaşabilir veya yaklaşabilir ve TOC giderme oranı da daha yüksektir.
Elektrokatalitik ileri oksidasyon yönteminde, yüksek oksijen evrimi ile anot materyalinin özellikleri aşırı potansiyel, organik kirleticilerin tedavisi için elektrokatalitik ileri oksidasyon yönteminin seçiciliğini belirler. Katot malzemesi, H2O2 üretimini belirleyen önemli bir faktördür ve H2O2 üretimi, organik kirleticilerin tedavisi için elektrokatalitik ileri oksidasyon yönteminin etkinliğini belirler. Nano Ceria kullanılarak elektrot malzemesi modifikasyonu çalışması hem yurtiçinde hem de uluslararası olarak yaygın bir dikkat çekmiştir. Araştırmacılar esas olarak farklı elektrot malzemelerini değiştirmek, elektrokimyasal aktivitelerini iyileştirmek ve böylece elektrokatalitik aktiviteyi ve nihai çıkarma oranını arttırmak için farklı kimyasal yöntemlerle nano seryum oksitini ve kompozit malzemelerini tanıtmaktadır.
Mikrodalga ve ultrason, yukarıdaki katalitik modeller için genellikle önemli yardımcı ölçümlerdir. Örnek olarak ultrasonik yardım alarak, saniyede 25kHz'den yüksek frekanslara sahip titreşim ses dalgaları kullanarak, özel olarak tasarlanmış bir temizleme maddesi ile formüle edilmiş bir çözeltide milyonlarca son derece küçük kabarcıklar üretilir. Bu küçük kabarcıklar, hızlı sıkıştırma ve genişleme sırasında sürekli olarak kabarcık patlaması üretir, malzemelerin katalizör yüzeyinde hızlı bir şekilde değişmesine ve yayılmasına izin verir, genellikle katalitik verimliliği arttırır.
3 Sonuç
Nano Ceria ve kompozit malzemeleri sudaki iyonları ve organik kirleticileri etkili bir şekilde tedavi edebilir ve gelecekteki su arıtma alanlarında önemli uygulama potansiyeline sahip olabilir. Bununla birlikte, çoğu araştırma hala laboratuvar aşamasındadır ve gelecekte su arıtımında hızlı bir uygulama elde etmek için aşağıdaki konuların hala acilen ele alınması gerekmektedir:
(1) Nano'nun nispeten yüksek hazırlık maliyetiCEO2Tabanlı materyaller, hala laboratuvar araştırma aşamasında olan su arıtımındaki uygulamalarının büyük çoğunluğunda önemli bir faktör olmaya devam etmektedir. Nano CEO2 tabanlı malzemelerin morfolojisini ve boyutunu düzenleyebilen düşük maliyetli, basit ve etkili hazırlık yöntemlerini keşfetmek hala araştırmanın odağıdır.
(2) Nano CEO2 tabanlı malzemelerin küçük parçacık büyüklüğü nedeniyle, kullanım sonrası geri dönüşüm ve rejenerasyon sorunları da uygulamalarını sınırlayan önemli faktörlerdir. BT'nin reçine malzemeleri veya manyetik malzemelerle birleştirilmesi, malzeme hazırlama ve geri dönüşüm teknolojisi için önemli bir araştırma yönü olacaktır.
(3) Nano CEO2 tabanlı malzeme su arıtma teknolojisi ile geleneksel kanalizasyon arıtma teknolojisi arasında ortak bir sürecin geliştirilmesi, su arıtma alanında Nano CEO2 tabanlı malzeme katalitik teknolojisinin uygulanmasını büyük ölçüde teşvik edecektir.
(4) Nano CEO2 tabanlı materyallerin toksisitesi hakkında hala sınırlı araştırmalar vardır ve su arıtma sistemlerinde çevresel davranış ve toksisite mekanizmaları henüz belirlenmemiştir. Gerçek kanalizasyon arıtma süreci genellikle çoklu kirleticilerin bir arada bulunmasını içerir ve birlikte var olan kirleticiler birbirleriyle etkileşime girecek, böylece nanomalzemelerin yüzey özelliklerini ve potansiyel toksisitesini değiştirecektir. Bu nedenle, ilgili hususlar hakkında daha fazla araştırma yapmak için acil bir ihtiyaç vardır.
Gönderme Zamanı: Mayıs-22-2023