CEO2є важливим компонентом рідкісних земляних матеріалів. ЗРідкісна земляна елемент церіймає унікальну зовнішню електронну структуру - 4F15D16S2. Його спеціальний 4F -шар може ефективно зберігати та випускати електрони, що змушує іони церію поводитись у стані+3 валентності та+4 валентному стані. Тому матеріали CEO2 мають більше кисневих отворів і мають відмінну здатність зберігати та випускати кисень. Взаємне перетворення CE (III) та CE (IV) також надає матеріали CEO2 унікальними каталітичними можливостями окислення. Порівняно з об'ємними матеріалами, NANO CEO2, як новий тип неорганічного матеріалу, приділяв широку увагу завдяки високій питомої площі поверхні, відмінній здатності до зберігання кисню та вивільненням, провідності іонів кисню, окислювально-відновлювальності та здатністю до швидкої дифузійної вакансії кисню. В даний час існує велика кількість звітів про дослідження та пов'язані з цим застосування, що використовують NANO CEO2 як каталізатори, каталізатори або добавки, активні компоненти та адсорбенти.
1. Метод підготовки нанометраоксид церію
В даний час загальні методи підготовки Nano Ceria в основному включають хімічний метод та фізичний метод. Відповідно до різних хімічних методів, хімічні методи можна розділити на метод опадів, гідротермальний метод, сольвотермальний метод, метод Sol Gel, метод мікроемульсії та метод електродозиції; Фізичний метод - це в основному метод шліфування.
1.1 Метод подрібнення
Метод шліфування для підготовки Nano Ceria, як правило, використовує пісок, що має переваги низької вартості, екологічної дружелюбності, швидкої швидкості обробки та сильної здатності до обробки. В даний час він є найважливішим методом обробки в галузі Nano Ceria. Наприклад, підготовка порошку оксиду нано-церійного оксиду, як правило, приймає комбінацію кальцинації та шліфування піску, а сировина каталізаторів на основі церій також змішується для попередньої обробки або обробки після прожарювання за допомогою шліфування піску. Використовуючи різний співвідношення бісеру з подрібненням частинок, нано -церія з D50 від десятків до сотень нанометрів може бути отримана шляхом коригування.
1,2 Метод опадів
Метод опадів відноситься до методу приготування твердого порошку шляхом опадів, розділення, промивання, сушіння та прожарювання сировини, розчиненої у відповідних розчинниках. Метод опадів широко застосовується при приготуванні рідкісних земель та легованих наноматеріалів з такими перевагами, як простий процес підготовки, висока ефективність та низька вартість. Це часто використовуваний метод підготовки нано -церії та її композитних матеріалів у промисловості. Цей метод може готувати нано -церію з різною морфологією та розміром частинок, змінюючи температуру опадів, концентрацію матеріалу, значення рН, швидкість осадження, швидкість перемішування, шаблон тощо. Поширені методи покладаються на осадження іонів церію з аміаку, що генерується розкладанням сечовини, а підготовка мікросферів церія Nano контролюється цитратними іонами. Альтернативно, іони церію можуть бути осаджені ОН - генерованою з гідролізу цитрату натрію, а потім інкубувати та прожарювати для приготування пластівців, як мікросфери нано цері.
1.3 Гідротермальні та сольвотермальні методи
Ці два методи стосуються методу підготовки продуктів високою температурою та реакцією високого тиску при критичній температурі у закритій системі. Коли реакційний розчинник є водою, його називають гідротермальним методом. Відповідно, коли реакційний розчинник є органічним розчинником, його називають сольвотермальним методом. Синтезовані частинки нано мають високу чистоту, хорошу дисперсію та рівномірні частинки, особливо нано -порошки з різними морфологіями або оголеними спеціальними кристалічними обличчями. Розчиняти хлорид церію в дистильованій воді, перемішати і додайте розчин гідроксиду натрію. Реакція гідротермальної при 170 ℃ протягом 12 годин для приготування нанородів оксиду церію з оголеними (111) та (110) кристалічними площинами. Налаштуючи умови реакції, частка (110) кристалічних площин у відкритих кристалічних площинах може бути збільшена, що ще більше посилює їх каталітичну активність. Регулювання реакційного розчинника та поверхневих лігандів також може виробляти частинки нано церії зі спеціальною гідрофільністю або ліпофільністю. Наприклад, додавання ацетатних іонів до водної фази може приготувати монодисперсні гідрофільні наночастинки оксиду церію у воді. Вибираючи неполярний розчинник і вводячи олеїнову кислоту як ліганд під час реакції, монодисперсні ліпофільні наночастинки церії можуть бути готові в неполярних органічних розчинниках. (Див. Малюнок 1)
Фігура 1 Монодисперсна сферична нано-церея та стрижня Nano Ceria
1.4 метод Sol Gel
Метод Sol Gel - це метод, який використовує деякі або кілька сполук як попередників, проводить хімічні реакції, такі як гідроліз у рідкій фазі, утворюючи SOL, а потім утворюють гель після старіння, а нарешті сушать і кальцини для приготування надтонких порошків. Цей метод особливо підходить для підготовки висококомпонентних мультикомпонентних нано-церея композитних наноматеріалів, таких як церій заліза, церан, цикриній цикріум та інші композитні нанооксиди, про які повідомлялося в багатьох звітах.
1.5 Інші методи
На додаток до вищезазначених методів, існує також метод мікро-лосьйон, метод синтезу мікрохвильової печі, метод електроосадження, метод спалювання полум'я плазми, метод електролізу мембрани іонообміну та багато інших методів. Ці методи мають велике значення для досліджень та застосування нано церії.
Застосування 2-нанометра оксиду церію в очищенні води
Церій - це найпоширеніший елемент серед рідкісних елементів Землі з низькими цінами та широкими застосуваннями. Nanometer Ceria та її композити привернули багато уваги в галузі очищення води через їх високу питому площі поверхні, високій каталітичній активності та відмінній структурній стабільності.
2.1 ЗастосуванняОксид нано церіюпри обробці води методом адсорбції
Останніми роками, з розвитком таких галузей, як електроніка, велика кількість стічних вод, що містять забруднювачі, такі як іони важких металів та іони фтору. Навіть при концентрації слідів це може завдати значної шкоди водним організмам та середовищам життя людини. Загально застосовувані методи включають окислення, флотацію, зворотне осмос, адсорбцію, нанофільтрацію, біосорбцію тощо. Серед них адсорбційна технологія часто приймається завдяки простої експлуатації, низької вартості та високої ефективності лікування. Матеріали Nano Ceo2 мають високу питому поверхню та високу поверхневу активність як адсорбенти, і було багато повідомлень про синтез пористого генерального директора Nano 2 та його композитних матеріалів з різними морфологіями до адсорбу та видалення шкідливих іонів з води.
Дослідження показали, що Nano Ceria має сильну адсорбційну здатність для F - у воді в слабких кислих умовах. У розчині з початковою концентрацією F - 100 мг/л і pH = 5-6, адсорбційна ємність для F - 23 мг/г, а швидкість видалення F - 85,6%. Після завантаження кулі смоли поліакрилової кислоти (кількість завантаження: 0,25 г/г), здатність видалення F - може досягати понад 99% при обробці рівного об'єму 100 мг/л F - водного розчину; При обробці 120 разів об'єм більше 90% F - можна видалити. При використанні для адсорбу фосфату та йодату здатність адсорбції може досягати понад 100 мг/г за відповідним оптимальним станом адсорбції. Вживаний матеріал можна повторно використати після простої десорбції та нейтралізації, що має високу економічну вигоду.
Існує багато досліджень щодо адсорбції та лікування токсичних важких металів, таких як миш'як, хром, кадмій та свинець з використанням нано -церії та її композитних матеріалів. Оптимальний рН адсорбції змінюється для іонів важких металів з різними валентними станами. Наприклад, слабкий лужний стан з нейтральним зміщенням має найкращий стан адсорбції для As (III), тоді як оптимальний стан адсорбції для As (v) досягається в слабких кислих умовах, де адсорбційна здатність може досягати понад 110 мг/г за обох умов. Загалом, оптимізований синтез нано церії та його композитних матеріалів може досягти високої адсорбції та швидкості видалення для різних іонів важких металів у широкому діапазоні рН.
З іншого боку, наноматеріали на основі оксиду церій також мають видатні показники в адсорбінгу органіки в стічних водах, таких як кислотний апельсин, родамін В, Конго червоні та ін. 942,7 мг/г за 60 хвилин.
2.2 Застосування нано церії в процесі розширеного окислення
Процес розширеного окислення (короткочасний) пропонується для поліпшення існуючої системи лікування безводним. Процес вдосконаленого окислення, також відомий як технологія глибокого окислення, характеризується виробництвом гідроксильних радикалів (· OH), супероксид -радикал (· O2 -), синглетного кисню тощо з сильною здатністю до окислення. В умовах реакції високої температури та тиску, електрики, звуку, світлового опромінення, каталізатора тощо згідно з різними способами генерування вільних радикалів та умов реакції, їх можна розділити на фотохімічне окислення, каталітичне вологе окислення, окислення сонохімії, окислення озону, електрохімічне окислення, окислення фентона тощо (див. Рисунок 2).
Малюнок 2 Класифікація та технології комбінації розширеного процесу окислення
Нано церія- це гетерогенний каталізатор, який зазвичай використовується в процесі розширеного окислення. Завдяки швидкому перетворенню між Ce3+та Ce4+та швидким ефектом відновлення окислення, спричиненим поглинанням та вивільненням кисню, Nano Ceria має хорошу каталітичну здатність. При використанні як промотор каталізатора він також може ефективно покращити каталітичну здатність та стабільність. Коли Nano Ceria та його композитні матеріали використовуються в якості каталізаторів, каталітичні властивості сильно різняться залежно від морфології, розміру частинок та оголених кристалічних площин, які є ключовими факторами, що впливають на їх продуктивність та застосування. Зазвичай вважається, що чим менші частинки та більша питома площа поверхні, тим більше відповідна активна ділянка та сильніша каталітична здатність. Каталітична здатність оголеної кристалічної поверхні, від сильної до слабкої, знаходиться в порядку (100) кристалічної поверхні> (110) кристалічної поверхні> (111) кристалічної поверхні, і відповідна стабільність протилежна.
Оксид церію - напівпровідниковий матеріал. Коли оксид церій нанометра опромінюється фотонами з енергією, що перевищує проміжок діапазону, електрони валентних смуг збуджуються, і виникає поведінка перехідної рекомбінації. Така поведінка сприятиме конверсії CE3+та CE4+, що призведе до сильної фотокаталітичної активності нано церії. Фотокаталіз може досягти прямої деградації органічної речовини без вторинного забруднення, тому його застосування є найбільш вивченою технологією в галузі нано церії в AOPS. В даний час основна увага приділяється лікуванню каталітичної деградації азо -барвників, фенолу, хлоробензолу та фармацевтичних стічних вод, використовуючи каталізатори з різними морфологіями та композиційними композиціями. Відповідно до звіту, за оптимізованим методом синтезу каталізатора та умовами каталітичної моделі, здатність деградації цих речовин, як правило, може досягати понад 80%, а здатність видалення загального органічного вуглецю (ТК) може досягати понад 40%.
Каталіз оксиду нано -церію для деградації органічних забруднюючих речовин, таких як озон та перекис водню, є ще однією широко вивченою технологією. Подібно до фотокаталізу, він також фокусується на здатності нано -церії з різними морфологіями або кристалічними площинами та різними композитними каталітичними окисниками для окислення та погіршення органічних забруднюючих речовин. У таких реакціях каталізатори можуть каталізувати генерацію великої кількості активних радикалів з озону або перекису водню, які атакують органічні забруднювачі та досягають більш ефективних можливостей окислювальної деградації. Завдяки введенню окисників у реакцію значно посилюється здатність до видалення органічних сполук. У більшості реакцій кінцева швидкість видалення цільової речовини може досягти або наближатися до 100%, а швидкість видалення TOC також вища.
У методі електрокаталітичного вдосконаленого окислення властивості анодного матеріалу з високою еволюцією кисню надпотенціальні визначають селективність методу електрокаталітичного вдосконаленого окислення для лікування органічних забруднюючих речовин. Катодний матеріал є важливим фактором, що визначає вироблення H2O2, а вироблення H2O2 визначає ефективність методу електрокаталітичного розвиненого окислення для лікування органічних забруднюючих речовин. Вивчення модифікації електродів матеріалу за допомогою Nano Ceria приділяло широку увагу як на внутрішньому, так і на міжнародному рівні. Дослідники в основному вводять оксид нано церію та його композитні матеріали за допомогою різних хімічних методів для модифікації різних електродних матеріалів, поліпшення їх електрохімічної активності та тим самим підвищення електрокаталітичної активності та кінцевої швидкості видалення.
Мікрохвильові та ультразвукові дослідження часто є важливими допоміжними заходами для вищезазначених каталітичних моделей. Приймаючи ультразвукову допомогу, як приклад, використовуючи звукові хвилі вібрації з частотами, що перевищують 25 кГц в секунду, мільйони надзвичайно малих бульбашок генеруються в розчині, сформульованому зі спеціально розробленим очищальним агентом. Ці невеликі бульбашки, під час швидкого стиснення та розширення, постійно виробляють імплозію бульбашок, що дозволяє матеріалам швидко обмінюватися та дифузувати на поверхні каталізатора, часто експоненціально підвищуючи каталітичну ефективність.
3 Висновок
Nano Ceria та його композитні матеріали можуть ефективно лікувати іони та органічні забруднювачі у воді та мати важливий потенціал застосування в майбутніх полях очищення води. Однак більшість досліджень все ще перебувають на лабораторному етапі, і для того, щоб досягти швидкого застосування у очищенні води в майбутньому, ще потрібно терміново вирішити наступні питання:
(1) відносно висока вартість підготовки наноCEO2Матеріали, засновані на основі, залишається важливим фактором у переважній більшості їх застосувань у очищенні від води, які досі знаходяться на етапі лабораторних досліджень. Дослідження недорогих, простих та ефективних методів підготовки, які можуть регулювати морфологію та розмір матеріалів, заснованих на Nano Ceo2, все ще є фокусом досліджень.
(2) Завдяки розміру дрібних частинок матеріалів на основі Nano Geo2, проблеми з переробкою та регенерацією після використання також є важливими факторами, що обмежують їх застосування. Композит його з смоляними матеріалами або магнітними матеріалами буде ключовим напрямком дослідження для його підготовки матеріалів та технології переробки.
(3) Розробка спільного процесу між технологіями очищення матеріалів на основі Nano 2 та традиційними технологіями очищення стічних вод значно сприятиме застосуванню каталітичної технології на основі NANO2, що базується в галузі очищення води.
(4) Досі існує обмежене дослідження токсичності матеріалів на основі Nano на основі генерального директора, а їх екологічна поведінка та механізм токсичності в системах очищення води ще не визначено. Фактичний процес очищення стічних вод часто передбачає співіснування декількох забруднюючих речовин, а співіснуючі забруднювачі будуть взаємодіяти між собою, тим самим змінюючи поверхневі характеристики та потенційну токсичність наноматеріалів. Тому існує нагальна потреба провести більше досліджень щодо пов'язаних аспектів.
Час посади: 22-2023 травня