CeO2jẹ ẹya pataki paati ti toje aiye ohun elo.Awọntoje aiye ano ceriumni o ni a oto lode itanna be - 4f15d16s2.Layer 4f pataki rẹ le ṣe ifipamọ daradara ati tusilẹ awọn elekitironi, ṣiṣe awọn ions cerium huwa ni ipo +3 valence ati +4 valence state.Nitorina, awọn ohun elo CeO2 ni awọn ihò atẹgun diẹ sii, ati pe o ni agbara ti o dara julọ lati tọju ati tu silẹ atẹgun.Iyipada ifọwọsowọpọ ti Ce (III) ati Ce (IV) tun funni ni awọn ohun elo CeO2 pẹlu awọn agbara katalitiki idinku ifoyina alailẹgbẹ.Ti a ṣe afiwe si awọn ohun elo olopobobo, nano CeO2, gẹgẹbi iru ohun elo inorganic tuntun, ti gba akiyesi ni ibigbogbo nitori agbegbe agbegbe ti o ga julọ, ibi ipamọ atẹgun ti o dara julọ ati agbara itusilẹ, adaṣe ion atẹgun, iṣẹ ṣiṣe redox, ati iwọn otutu giga-giga iyara ofo atẹgun atẹgun. agbara.Lọwọlọwọ nọmba nla ti awọn ijabọ iwadii ati awọn ohun elo ti o jọmọ ni lilo nano CeO2 bi awọn ayase, awọn oludasiṣẹ ayase tabi awọn afikun, awọn paati ti nṣiṣe lọwọ, ati awọn adsorbents.
1. Ọna igbaradi ti nanometerserium ohun elo afẹfẹ
Lọwọlọwọ, awọn ọna igbaradi ti o wọpọ fun nano ceria ni akọkọ pẹlu ọna kemikali ati ọna ti ara.Gẹgẹbi awọn ọna kemikali oriṣiriṣi, awọn ọna kemikali le pin si ọna ojoriro, ọna hydrothermal, ọna solvothermal, ọna gel gel, ọna microemulsion ati ọna elekitirodeposition;Ọna ti ara jẹ o kun ọna lilọ.
1.1 ọna lilọ
Ọna lilọ fun igbaradi nano ceria ni gbogbogbo nlo lilọ iyanrin, eyiti o ni awọn anfani ti idiyele kekere, ore ayika, iyara sisẹ, ati agbara sisẹ to lagbara.Lọwọlọwọ o jẹ ọna ṣiṣe pataki julọ ni ile-iṣẹ nano ceria.Fun apẹẹrẹ, igbaradi ti nano cerium oxide polishing lulú gbogbogbo gba apapo ti calcination ati lilọ iyanrin, ati awọn ohun elo aise ti cerium orisun denitration catalysts tun wa ni idapo fun iṣaaju-itọju tabi mu lẹhin calcination lilo iyanrin lilọ.Nipa lilo oriṣiriṣi patiku iwọn iyanrin lilọ awọn ipin ilẹkẹ, nano ceria pẹlu D50 ti o wa lati awọn mewa si awọn ọgọọgọrun awọn nanometer le ṣee gba nipasẹ atunṣe.
1.2 ọna ojoriro
Ọna ojoriro n tọka si ọna ti ngbaradi lulú to lagbara nipasẹ ojoriro, iyapa, fifọ, gbigbe, ati calcination ti awọn ohun elo aise tituka ni awọn olomi ti o yẹ.Ọna ojoriro jẹ lilo pupọ ni igbaradi ti ilẹ toje ati awọn ohun elo nanomaterials doped, pẹlu awọn anfani bii ilana igbaradi ti o rọrun, ṣiṣe giga, ati idiyele kekere.O jẹ ọna ti o wọpọ fun igbaradi nano ceria ati awọn ohun elo akojọpọ rẹ ni ile-iṣẹ.Ọna yii le mura nano ceria pẹlu oriṣiriṣi mofoloji ati iwọn patiku nipa yiyipada iwọn otutu ojoriro, ifọkansi ohun elo, iye pH, iyara ojoriro, iyara iyara, awoṣe, bbl Awọn ọna ti o wọpọ da lori ojoriro ti awọn ions cerium lati amonia ti ipilẹṣẹ nipasẹ jijẹ urea, ati igbaradi ti nano ceria microspheres jẹ iṣakoso nipasẹ awọn ions citrate.Ni omiiran, awọn ions cerium le jẹ precipitated nipasẹ OH - ti ipilẹṣẹ lati hydrolysis ti iṣuu soda citrate, ati lẹhinna ti wa ni idawọle ati ti a ṣe iṣiro lati pese flake bi nano ceria microspheres.
1.3 Hydrothermal ati solvothermal awọn ọna
Awọn ọna meji wọnyi tọka si ọna ti ngbaradi awọn ọja nipasẹ iwọn otutu-giga ati ifaseyin titẹ ni iwọn otutu to ṣe pataki ni eto pipade.Nigbati epo ifasẹ jẹ omi, a pe ni ọna hydrothermal.Ni ibamu, nigbati iyọdajẹ ifajẹ jẹ ohun elo Organic, o pe ni ọna solvothermal.Awọn patikulu nano ti a ṣepọ ni mimọ to gaju, pipinka ti o dara ati awọn patikulu aṣọ, paapaa awọn powders nano pẹlu oriṣiriṣi awọn ẹya-ara tabi awọn oju oju gara pataki ti o han.Tu cerium kiloraidi sinu omi distilled, ru ati ṣafikun ojutu soda hydroxide.Fesi hydrothermal ni 170 ℃ fun wakati 12 lati ṣeto cerium oxide nanorods pẹlu awọn ọkọ ofurufu ti o han (111) ati (110).Nipa ṣiṣatunṣe awọn ipo ifasẹyin, ipin ti (110) awọn ọkọ ofurufu garawa ninu awọn ọkọ ofurufu ti o han ni a le pọ si, ni ilọsiwaju iṣẹ ṣiṣe katalitiki wọn siwaju.Ṣatunṣe iyọdanu ifasẹyin ati awọn ligands dada tun le gbe awọn patikulu nano ceria pẹlu hydrophilicity pataki tabi lipophilicity.Fun apẹẹrẹ, fifi awọn ions acetate kun si ipele olomi le mura monodisperse hydrophilic cerium oxide nanoparticles ninu omi.Nipa yiyan epo ti kii ṣe pola ati iṣafihan oleic acid bi ligand lakoko iṣesi, monodisperse lipophilic ceria awọn ẹwẹ titobi le ṣee pese sile ni awọn ohun elo Organic ti kii-pola.(Wo aworan 1)
Olusin 1 Monodisperse ti iyipo nano ceria ati nano ceria ti o ni apẹrẹ ọpá
1.4 Sol jeli ọna
Ọna sol gel jẹ ọna ti o nlo diẹ ninu tabi pupọ awọn agbo ogun bi awọn iṣaju, ṣe awọn aati kemikali gẹgẹbi hydrolysis ni ipele omi lati dagba sol, ati lẹhinna ṣe gel lẹhin ti ogbo, ati nikẹhin gbẹ ati awọn calcines lati ṣeto awọn lulú ultrafine.Ọna yii dara ni pataki fun igbaradi pupọ ti tuka pupọ-paati nano ceria composite nanomaterials, gẹgẹ bi awọn cerium iron, cerium titanium, cerium zirconium ati awọn miiran composite nano oxides, eyiti o ti royin ninu ọpọlọpọ awọn ijabọ.
1.5 Awọn ọna miiran
Ni afikun si awọn ọna ti o wa loke, ọna ipara micro tun wa, ọna iṣelọpọ makirowefu, ọna elekitirodeposition, ọna ijona ina pilasima, ọna eletiriki awo-paṣipaarọ ion ati ọpọlọpọ awọn ọna miiran.Awọn ọna wọnyi ni pataki nla fun iwadi ati ohun elo ti nano ceria.
Ohun elo 2-nanometer cerium oxide ni itọju omi
Cerium jẹ ẹya lọpọlọpọ julọ laarin awọn eroja ilẹ toje, pẹlu awọn idiyele kekere ati awọn ohun elo jakejado.Nanometer ceria ati awọn akojọpọ rẹ ti ṣe ifamọra akiyesi pupọ ni aaye ti itọju omi nitori agbegbe agbegbe giga wọn pato, iṣẹ ṣiṣe katalitiki giga ati iduroṣinṣin igbekalẹ to dara julọ.
2.1 Ohun elo tiNano Cerium Oxideni Itọju Omi nipasẹ Ọna Adsorption
Ni awọn ọdun aipẹ, pẹlu idagbasoke awọn ile-iṣẹ bii ile-iṣẹ itanna, iye nla ti omi idọti ti o ni awọn idoti gẹgẹbi awọn ions irin ti o wuwo ati awọn ions fluorine ti tu silẹ.Paapaa ni awọn ifọkansi wa kakiri, o le fa ipalara nla si awọn oganisimu omi ati agbegbe alãye eniyan.Awọn ọna ti o wọpọ pẹlu oxidation, flotation, reverse osmosis, adsorption, nanofiltration, biosorption, bbl Lara wọn, imọ-ẹrọ adsorption nigbagbogbo gba nitori iṣẹ ti o rọrun, iye owo kekere, ati ṣiṣe itọju giga.Awọn ohun elo Nano CeO2 ni agbegbe dada kan pato ati iṣẹ ṣiṣe dada giga bi awọn adsorbents, ati pe ọpọlọpọ awọn ijabọ ti wa lori iṣelọpọ ti nano CeO2 porous ati awọn ohun elo alapọpọ rẹ pẹlu oriṣiriṣi awọn morphologies lati adsorb ati yọ awọn ions ipalara kuro ninu omi.
Iwadi ti fihan pe nano ceria ni agbara adsorption to lagbara fun F - ninu omi labẹ awọn ipo ekikan alailagbara.Ninu ojutu kan pẹlu ifọkansi akọkọ ti F - ti 100mg / L ati pH = 5-6, agbara adsorption fun F - jẹ 23mg/g, ati iwọn yiyọ kuro ti F - jẹ 85.6%.Lẹhin ikojọpọ rẹ lori bọọlu resin polyacrylic acid (iye ikojọpọ: 0.25g / g), agbara yiyọ kuro ti F - le de ọdọ 99% nigbati o ba tọju iwọn didun dogba ti 100mg / L ti F - ojutu olomi;Nigbati o ba n ṣiṣẹ ni awọn akoko 120 iwọn didun, diẹ sii ju 90% ti F - le yọkuro.Nigbati o ba lo lati adsorb fosifeti ati iodate, agbara adsorption le de ọdọ 100mg/g labẹ ipo adsorption to dara julọ ti o baamu.Awọn ohun elo ti a lo ni a le tun lo lẹhin ti o rọrun ti o rọrun ati itọju aifọwọyi, ti o ni awọn anfani aje to gaju.
Ọpọlọpọ awọn ijinlẹ lo wa lori ipolowo ati itọju awọn irin ti o wuwo majele gẹgẹbi arsenic, chromium, cadmium, ati asiwaju lilo nano ceria ati awọn ohun elo idapọpọ rẹ.pH adsorption to dara julọ yatọ fun awọn ions irin eru pẹlu awọn ipinlẹ valence oriṣiriṣi.Fun apẹẹrẹ, ipo alailagbara ti ko lagbara pẹlu aifọwọyi didoju ni ipo adsorption ti o dara julọ fun As (III), lakoko ti ipo adsorption ti o dara julọ fun As (V) ti waye labẹ awọn ipo ekikan alailagbara, nibiti agbara adsorption le de ọdọ 110mg / g labẹ awọn mejeeji. awọn ipo.Lapapọ, iṣapeye iṣapeye ti nano ceria ati awọn ohun elo akojọpọ le ṣaṣeyọri ipolowo giga ati awọn oṣuwọn yiyọ kuro fun ọpọlọpọ awọn ions irin eru lori iwọn pH jakejado.
Lori awọn miiran ọwọ, cerium oxide orisun nanomaterials tun ni dayato si išẹ ni adsorbing organics ni omi idọti, gẹgẹ bi awọn acid osan, rhodamine B, Congo pupa, bbl Fun apẹẹrẹ, ni tẹlẹ royin igba, nano ceria porous spheres pese sile nipa electrochemical ọna ni ga. agbara adsorption ni yiyọkuro awọn awọ-ara Organic, paapaa ni yiyọkuro pupa Congo, pẹlu agbara adsorption ti 942.7mg/g ni awọn iṣẹju 60.
2.2 Ohun elo ti nano ceria ni ilọsiwaju ifoyina ilana
Ilana ifoyina to ti ni ilọsiwaju (AOPs fun kukuru) ni imọran lati mu ilọsiwaju eto itọju anhydrous ti o wa tẹlẹ.Ilana ifoyina ti ilọsiwaju, ti a tun mọ ni imọ-ẹrọ oxidation ti o jinlẹ, jẹ ifihan nipasẹ iṣelọpọ ti ipilẹṣẹ hydroxyl (· OH), radical superoxide (· O2 -), atẹgun singlet, bbl pẹlu agbara ifoyina to lagbara.Labẹ awọn ipo ifaseyin ti iwọn otutu giga ati titẹ, ina, ohun, itanna ina, ayase, bbl Ni ibamu si awọn ọna oriṣiriṣi ti ipilẹṣẹ awọn ipilẹṣẹ ọfẹ ati awọn ipo iṣe, wọn le pin si oxidation photochemical, catalytic wet oxidation, sonochemistry oxidation, ozone ifoyina, oxidation electrochemical, Fenton oxidation, bbl (wo Nọmba 2).
Ṣe nọmba 2 Iyasọtọ ati Imọ-ẹrọ Imọ-ẹrọ ti Ilọsiwaju oxidation ilana
Nano ceriajẹ ayase oniruuru ti o wọpọ ti a lo ninu ilana oxidation To ti ni ilọsiwaju.Nitori iyipada iyara laarin Ce3 + ati Ce4 + ati ipa idinku iyara-oxidation ti o mu wa nipasẹ gbigba atẹgun ati itusilẹ, nano ceria ni agbara katalitiki to dara.Nigbati o ba lo bi olupolowo ayase, o tun le mu agbara katalitiki ati iduroṣinṣin mu ni imunadoko.Nigbati nano ceria ati awọn ohun elo alapọpọ rẹ jẹ lilo bi awọn ayase, awọn ohun-ini katalitiki yatọ pupọ pẹlu mofoloji, iwọn patiku, ati awọn ọkọ ofurufu ti o han, eyiti o jẹ awọn ifosiwewe bọtini ti o kan iṣẹ ṣiṣe ati ohun elo wọn.O ti wa ni gbogbo gbagbo wipe awọn kere awọn patikulu ati awọn ti o tobi ni pato dada agbegbe, awọn diẹ bamu lọwọ ojula, ati awọn ni okun awọn katalitiki.Agbara katalitiki ti oju iboju ti o han, lati lagbara si alailagbara, wa ni aṣẹ ti (100) dada gara>(110) dada gara>(111) dada gara, ati iduroṣinṣin ti o baamu jẹ idakeji.
Cerium oxide jẹ ohun elo semikondokito kan.Nigbati ohun elo afẹfẹ nanometer cerium oxide ti wa ni itanna nipasẹ awọn photon pẹlu agbara ti o ga ju aafo ẹgbẹ lọ, awọn elekitironi ẹgbẹ valence ni itara, ati ihuwasi isọdọtun iyipada waye.Iwa yii yoo ṣe igbega oṣuwọn iyipada ti Ce3+ ati Ce4+, ti o mu abajade iṣẹ-ṣiṣe photocatalytic lagbara ti nano ceria.Photocatalysis le ṣaṣeyọri ibajẹ taara ti ọrọ Organic laisi idoti keji, nitorinaa ohun elo rẹ jẹ imọ-ẹrọ ti a ṣe iwadi julọ ni aaye ti nano ceria ni AOPs.Ni lọwọlọwọ, idojukọ akọkọ wa lori itọju ibajẹ katalitiki ti awọn awọ azo, phenol, chlorobenzene, ati omi idọti elegbogi ni lilo awọn ayase pẹlu oriṣiriṣi morphologies ati awọn akojọpọ akojọpọ.Gẹgẹbi ijabọ naa, labẹ ọna iṣelọpọ ayase iṣapeye ati awọn ipo awoṣe kataliti, agbara ibajẹ ti awọn nkan wọnyi le de ọdọ diẹ sii ju 80%, ati agbara yiyọ kuro ti Total Organic carbon (TOC) le de diẹ sii ju 40%.
Nano cerium oxide catalysis fun ibajẹ ti awọn idoti Organic gẹgẹbi ozone ati hydrogen peroxide jẹ imọ-ẹrọ miiran ti a ṣe iwadi lọpọlọpọ.Iru si photocatalysis, o tun dojukọ agbara ti nano ceria pẹlu oriṣiriṣi morphologies tabi awọn ọkọ ofurufu gara ati oriṣiriṣi orisun cerium ti o dapọ katalytic oxidants lati oxidize ati degrade Organic pollutants.Ninu iru awọn aati bẹẹ, awọn ayase le ṣe itasi iran ti nọmba nla ti awọn ipilẹṣẹ ti nṣiṣe lọwọ lati ozone tabi hydrogen peroxide, eyiti o kọlu awọn idoti Organic ati ṣaṣeyọri awọn agbara ibajẹ oxidative daradara diẹ sii.Nitori ifihan awọn oxidants ninu iṣesi, agbara lati yọ awọn agbo ogun Organic ti mu dara si.Ni ọpọlọpọ awọn aati, oṣuwọn yiyọkuro ikẹhin ti nkan ibi-afẹde le de ọdọ tabi sunmọ 100%, ati pe oṣuwọn yiyọ kuro TOC tun ga julọ.
Ninu ọna ifoyina to ti ni ilọsiwaju electrocatalytic, awọn ohun-ini ti ohun elo anode pẹlu itankalẹ atẹgun giga ti o pọju pinnu yiyan ti ọna ifoyina to ti ni ilọsiwaju electrocatalytic fun atọju awọn idoti Organic.Awọn ohun elo cathode jẹ ifosiwewe pataki ti npinnu iṣelọpọ ti H2O2, ati iṣelọpọ H2O2 ṣe ipinnu ṣiṣe ti ọna ifoyina to ti ni ilọsiwaju electrocatalytic fun atọju awọn idoti Organic.Iwadii ti iyipada ohun elo elekiturodu nipa lilo nano ceria ti gba akiyesi ibigbogbo ni ile ati ni kariaye.Awọn oniwadi nipataki ṣafihan nano cerium oxide ati awọn ohun elo idapọpọ nipasẹ awọn ọna kemikali oriṣiriṣi lati yipada awọn ohun elo elekiturodu oriṣiriṣi, mu iṣẹ ṣiṣe elekitiroki wọn pọ si, ati nitorinaa mu iṣẹ ṣiṣe elekitirotiki pọsi ati oṣuwọn yiyọkuro ikẹhin.
Makirowefu ati olutirasandi nigbagbogbo jẹ awọn igbese iranlọwọ pataki fun awọn awoṣe kataliti ti o wa loke.Gbigba iranlọwọ ultrasonic gẹgẹbi apẹẹrẹ, lilo awọn igbi ohun gbigbọn pẹlu awọn igbohunsafẹfẹ giga ju 25kHz fun iṣẹju kan, awọn miliọnu ti awọn nyoju kekere ti o kere pupọ ti wa ni ipilẹṣẹ ni ojutu ti a ṣe agbekalẹ pẹlu aṣoju mimọ ti a ṣe apẹrẹ pataki.Awọn nyoju kekere wọnyi, lakoko titẹ iyara ati imugboroja, nigbagbogbo gbejade implosion ti nkuta, gbigba awọn ohun elo laaye lati yarayara paṣipaarọ ati tan kaakiri lori oju ayase, nigbagbogbo ni ilọsiwaju imudara katalitiki.
3 Ipari
Nano ceria ati awọn ohun elo alapọpọ rẹ le ṣe itọju awọn ions ati awọn idoti Organic ni imunadoko ninu omi, ati ni agbara ohun elo pataki ni awọn aaye itọju omi iwaju.Sibẹsibẹ, pupọ julọ iwadi tun wa ni ipele yàrá, ati lati le ṣaṣeyọri ohun elo iyara ni itọju omi ni ọjọ iwaju, awọn ọran wọnyi tun nilo lati koju ni iyara:
(1) Awọn jo ga igbaradi iye owo ti nanoCeO2awọn ohun elo ti o da lori o jẹ ifosiwewe pataki ni opo julọ ti awọn ohun elo wọn ni itọju omi, eyiti o tun wa ni ipele iwadii yàrá.Ṣiṣayẹwo iye owo kekere, awọn ọna igbaradi ti o rọrun ati ti o munadoko ti o le ṣe ilana morphology ati iwọn awọn ohun elo orisun nano CeO2 tun jẹ idojukọ ti iwadii.
(2) Nitori iwọn patiku kekere ti awọn ohun elo orisun nano CeO2, awọn atunlo ati awọn ọran isọdọtun lẹhin lilo tun jẹ awọn ifosiwewe pataki ti o diwọn ohun elo wọn.Apapọ rẹ pẹlu awọn ohun elo resini tabi awọn ohun elo oofa yoo jẹ itọsọna iwadii bọtini fun igbaradi ohun elo rẹ ati imọ-ẹrọ atunlo.
(3) Idagbasoke ilana ilana apapọ laarin nano CeO2 orisun ohun elo ti o ni imọ-ẹrọ itọju omi ati imọ-ẹrọ itọju omi idọti ibile yoo ṣe igbelaruge pupọ ohun elo ti nano CeO2 orisun ohun elo catalytic ọna ẹrọ ni aaye ti itọju omi.
(4) Iwadii ti o lopin ṣi wa lori majele ti awọn ohun elo orisun nano CeO2, ati ihuwasi ayika ati ilana majele ninu awọn eto itọju omi ko ti pinnu sibẹsibẹ.Ilana itọju omi idoti ti o daju nigbagbogbo nigbagbogbo pẹlu ibagbepọ ti awọn idoti pupọ, ati awọn idoti ti o wa ni ibamu yoo ṣe ajọṣepọ pẹlu ara wọn, nitorinaa yiyipada awọn abuda oju ilẹ ati majele ti awọn nanomaterials.Nitorinaa, iwulo ni iyara wa lati ṣe iwadii diẹ sii lori awọn aaye ti o jọmọ.
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Karun-22-2023