CeO2nadir torpaq materiallarının mühüm tərkib hissəsidir. Thenadir torpaq elementi seriumunikal xarici elektron quruluşa malikdir - 4f15d16s2. Onun xüsusi 4f təbəqəsi elektronları effektiv şəkildə saxlaya və sərbəst buraxa bilər ki, bu da serium ionlarının +3 valentlik vəziyyətində və +4 valentlik vəziyyətində davranmasını təmin edir. Buna görə CeO2 materialları daha çox oksigen dəliklərinə malikdir və oksigeni saxlamaq və buraxmaq üçün əla qabiliyyətə malikdir. Ce (III) və Ce (IV) birləşmələrinin qarşılıqlı çevrilməsi CeO2 materiallarına unikal oksidləşmə-reduksiya katalitik imkanları verir. Kütləvi materiallarla müqayisədə nano CeO2 qeyri-üzvi materialın yeni növü kimi yüksək spesifik səth sahəsi, əla oksigen saxlama və buraxma qabiliyyəti, oksigen ionlarının keçiriciliyi, redoks performansı və yüksək temperaturda sürətli oksigen boşluq diffuziyası sayəsində geniş diqqəti cəlb etmişdir. qabiliyyəti. Hazırda nano CeO2-dən katalizatorlar, katalizator daşıyıcıları və ya əlavələr, aktiv komponentlər və adsorbentlər kimi istifadə edən çoxlu sayda tədqiqat hesabatları və əlaqəli tətbiqlər mövcuddur.
1. Nanometrin hazırlanma üsuluserium oksidi
Hazırda nanoseriya üçün ümumi hazırlanma üsullarına əsasən kimyəvi üsul və fiziki üsul daxildir. Müxtəlif kimyəvi üsullara görə kimyəvi üsullar çökmə üsulu, hidrotermal üsul, solvotermal üsul, sol gel üsulu, mikroemulsiya üsulu və elektroçökmə üsuluna bölünə bilər; Fiziki üsul əsasən üyütmə üsuludur.
1.1 Taşlama üsulu
Nano-seriya hazırlamaq üçün üyüdülmə üsulu ümumiyyətlə qum üyüdülməsindən istifadə edir ki, bu da aşağı qiymət, ətraf mühitə uyğunluq, sürətli emal sürəti və güclü emal qabiliyyəti kimi üstünlüklərə malikdir. Hal-hazırda nano seriya sənayesində ən vacib emal üsuludur. Məsələn, nano serium oksid cilalama tozunun hazırlanması ümumiyyətlə kalsinasiya və qum üyüdülməsinin birləşməsini qəbul edir və serium əsaslı denitrasiya katalizatorlarının xammalı da əvvəlcədən müalicə üçün qarışdırılır və ya qum üyüdülməsindən istifadə edərək kalsinasiyadan sonra müalicə olunur. Fərqli hissəcik ölçülü qum üyüdülmə muncuq nisbətlərindən istifadə etməklə, tənzimləmə yolu ilə onlarla nanometrdən yüzlərlə nanometrə qədər dəyişən D50 ilə nano seriya əldə edilə bilər.
1.2 Yağış üsulu
Çöküntü üsulu, müvafiq həlledicilərdə həll edilmiş xammalın çökdürülməsi, ayrılması, yuyulması, qurudulması və kalsinasiyası ilə bərk tozun hazırlanması üsuluna aiddir. Çöküntü üsulu sadə hazırlıq prosesi, yüksək effektivlik və aşağı qiymət kimi üstünlükləri ilə nadir torpaq və aşqarlanmış nanomaterialların hazırlanmasında geniş istifadə olunur. Sənayedə nano-seriya və onun kompozit materiallarının hazırlanması üçün çox istifadə edilən üsuldur. Bu üsul yağıntının temperaturunu, materialın konsentrasiyasını, pH dəyərini, çökmə sürətini, qarışdırma sürətini, şablonu və s. dəyişdirməklə müxtəlif morfologiya və hissəcik ölçüsünə malik nano seriya hazırlaya bilər. Ümumi üsullar karbamidin parçalanması nəticəsində əmələ gələn ammonyakdan serium ionlarının çökməsinə əsaslanır. və nanoseriya mikrokürələrinin hazırlanması sitrat ionları tərəfindən idarə olunur. Alternativ olaraq, serium ionları natrium sitratın hidrolizindən əmələ gələn OH ilə çökdürülə bilər, sonra nanoseriya mikrosferləri kimi lopa hazırlamaq üçün inkubasiya olunaraq kalsine edilə bilər.
1.3 Hidrotermal və solvotermal üsullar
Bu iki üsul qapalı sistemdə kritik temperaturda yüksək temperatur və yüksək təzyiq reaksiyası ilə məhsulların hazırlanması üsuluna aiddir. Reaksiya həlledicisi su olduqda buna hidrotermal üsul deyilir. Müvafiq olaraq, reaksiya həlledicisi üzvi həlledici olduqda, buna solvotermik üsul deyilir. Sintez edilmiş nanohissəciklər yüksək təmizliyə, yaxşı dispersiyaya və vahid hissəciklərə, xüsusilə də müxtəlif morfologiyalara və ya açıq xüsusi kristal üzlü nano tozlara malikdir. Serium xloridi distillə edilmiş suda həll edin, qarışdırın və natrium hidroksid məhlulu əlavə edin. Açıq (111) və (110) kristal müstəviləri olan serium oksid nanorodlarını hazırlamaq üçün 170 ℃ temperaturda 12 saat ərzində hidrotermal reaksiya verin. Reaksiya şərtlərini tənzimləməklə, məruz qalmış kristal müstəvilərdə (110) kristal müstəvilərin nisbətini artırmaq, onların katalitik aktivliyini daha da artırmaq olar. Reaksiya həlledicisinin və səth liqandlarının tənzimlənməsi xüsusi hidrofilik və ya lipofilliyə malik nano-seriya hissəciklərini də istehsal edə bilər. Məsələn, sulu fazaya asetat ionlarının əlavə edilməsi suda monodispers hidrofilik serium oksid nanohissəciklərini hazırlaya bilər. Qeyri-qütblü həlledicinin seçilməsi və reaksiya zamanı liqand kimi olein turşusunun daxil edilməsi ilə qeyri-qütblü üzvi həlledicilərdə monodispers lipofil seriya nanohissəcikləri hazırlana bilər. (Şəkil 1-ə baxın)
Şəkil 1 Monodispers sferik nanoseriya və çubuqşəkilli nanoseriya
1.4 Sol gel üsulu
Sol gel üsulu bir neçə və ya bir neçə birləşmədən prekursor kimi istifadə edərək, maye fazada hidroliz kimi kimyəvi reaksiyalar apararaq sol əmələ gətirən, sonra isə yaşlandıqdan sonra gel əmələ gətirən və son olaraq qurudub kalsinasiya edərək ultra incə tozların hazırlanması üsuludur. Bu üsul bir çox hesabatlarda bildirilmiş serium dəmir, serium titan, serium sirkonium və digər kompozit nanooksidlər kimi yüksək dispersli çoxkomponentli nano-seriya kompozit nanomateriallarının hazırlanması üçün xüsusilə uyğundur.
1.5 Digər üsullar
Yuxarıda göstərilən üsullara əlavə olaraq, mikro losyon üsulu, mikrodalğalı sintez üsulu, elektrodepozisiya üsulu, plazma alovunun yanma üsulu, ion dəyişdirici membran elektroliz üsulu və bir çox başqa üsullar var. Bu üsulların nanoseriyanın tədqiqi və tətbiqi üçün böyük əhəmiyyəti var.
Suyun təmizlənməsində 2 nanometr serium oksidin tətbiqi
Serium, aşağı qiymətləri və geniş tətbiqi ilə nadir torpaq elementləri arasında ən bol elementdir. Nanometr seriya və onun kompozitləri yüksək xüsusi səth sahəsinə, yüksək katalitik aktivliyə və mükəmməl struktur dayanıqlığına görə suyun təmizlənməsi sahəsində böyük diqqəti cəlb etmişdir.
2.1 TətbiqNano serium oksidiAdsorbsiya üsulu ilə suyun təmizlənməsi
Son illərdə elektronika sənayesi kimi sənaye sahələrinin inkişafı ilə birlikdə ağır metal ionları və flüor ionları kimi çirkləndiriciləri ehtiva edən çox miqdarda tullantı suları atıldı. İz konsentrasiyalarında belə, su orqanizmlərinə və insanların yaşayış mühitinə əhəmiyyətli zərər verə bilər. Tez-tez istifadə olunan üsullara oksidləşmə, flotasiya, tərs osmos, adsorbsiya, nanofiltrasiya, biosorbsiya və s. Nano CeO2 materialları yüksək spesifik səth sahəsinə və adsorbent kimi yüksək səth aktivliyinə malikdir və sudan zərərli ionları adsorbsiya etmək və çıxarmaq üçün məsaməli nano CeO2 və onun müxtəlif morfologiyalı kompozit materiallarının sintezi haqqında çoxlu hesabatlar verilmişdir.
Tədqiqatlar göstərdi ki, nano seriya zəif turşu şəraitdə suda F - üçün güclü adsorbsiya qabiliyyətinə malikdir. F-in ilkin konsentrasiyası 100mq/L və pH=5-6 olan məhlulda F üçün adsorbsiya qabiliyyəti 23mq/q, F-nin xaric olma dərəcəsi isə 85,6% təşkil edir. Onu poliakril turşusu qatran topuna (yükləmə miqdarı: 0,25 q/q) yüklədikdən sonra F - sulu məhlulu 100 mq/l bərabər həcmdə emal edərkən F-nin xaric olma qabiliyyəti 99%-dən çox ola bilər; Həcmi 120 dəfə emal edərkən, 90% -dən çox F - çıxarıla bilər. Fosfat və yodatı adsorbsiya etmək üçün istifadə edildikdə, müvafiq optimal adsorbsiya vəziyyətində adsorbsiya qabiliyyəti 100 mq/q-dan çox ola bilər. İstifadə olunmuş material sadə desorbsiya və neytrallaşdırma müalicəsindən sonra təkrar istifadə oluna bilər ki, bu da yüksək iqtisadi səmərə verir.
Arsenik, xrom, kadmium və qurğuşun kimi zəhərli ağır metalların adsorbsiyasına və emal edilməsinə dair nanoseriya və onun kompozit materiallarından istifadə etməklə çoxlu tədqiqatlar aparılır. Müxtəlif valentlik vəziyyətlərinə malik ağır metal ionları üçün optimal adsorbsiya pH dəyişir. Məsələn, neytral qərəzli zəif qələvi şərait As (III) üçün ən yaxşı adsorbsiya vəziyyətinə malikdir, As (V) üçün optimal adsorbsiya vəziyyəti isə hər iki şəraitdə adsorbsiya qabiliyyətinin 110 mq/q-dan çox ola biləcəyi zəif asidik şəraitdə əldə edilir. şərtlər. Ümumilikdə, nanoseriyanın və onun kompozit materiallarının optimallaşdırılmış sintezi geniş pH diapazonunda müxtəlif ağır metal ionları üçün yüksək adsorbsiya və xaric olma sürətinə nail ola bilər.
Digər tərəfdən, serium oksid əsaslı nanomateriallar, həmçinin turşu portağalı, rodamin B, Konqo qırmızısı və s. kimi tullantı sularında üzvi maddələrin adsorbsiyasında əla performansa malikdir. Məsələn, mövcud bildirilmiş hallarda elektrokimyəvi üsullarla hazırlanmış nano-seriya məsaməli kürələri yüksək 60 dəqiqə ərzində 942,7 mq/q adsorbsiya qabiliyyəti ilə üzvi boyaların çıxarılmasında, xüsusən də Konqo qırmızısının çıxarılmasında adsorbsiya qabiliyyəti.
2.2 Qabaqcıl oksidləşmə prosesində nanoseriyanın tətbiqi
Mövcud susuz təmizləmə sistemini təkmilləşdirmək üçün qabaqcıl oksidləşmə prosesi (qısaca AOPs) təklif olunur. Dərin oksidləşmə texnologiyası kimi tanınan qabaqcıl oksidləşmə prosesi güclü oksidləşmə qabiliyyətinə malik hidroksil radikalının (· OH), superoksid radikalının (· O2 -), təkli oksigenin və s. istehsalı ilə xarakterizə olunur. Reaksiya şəraitində yüksək temperatur və təzyiq, elektrik, səs, işıq şüalanması, katalizator və s. Sərbəst radikalların əmələ gəlməsinin müxtəlif yollarına və reaksiya şəraitinə görə onları fotokimyəvi oksidləşmə, katalitik yaş oksidləşmə, sonokimyəvi oksidləşmə, ozona bölmək olar. oksidləşmə, elektrokimyəvi oksidləşmə, Fenton oksidləşməsi və s. (bax Şəkil 2).
Şəkil 2 Qabaqcıl oksidləşmə prosesinin təsnifatı və texnologiyası birləşməsi
Nano seriyaQabaqcıl oksidləşmə prosesində geniş istifadə olunan heterojen katalizatordur. Ce3+ və Ce4+ arasında sürətli çevrilmə və oksigenin udulması və sərbəst buraxılması nəticəsində yaranan sürətli oksidləşmə-reduksiya effekti sayəsində nanoseriya yaxşı katalitik qabiliyyətə malikdir. Katalizator promotoru kimi istifadə edildikdə, katalitik qabiliyyəti və sabitliyi də effektiv şəkildə yaxşılaşdıra bilər. Nano-seriya və onun kompozit materialları katalizator kimi istifadə edildikdə, katalitik xassələr onların performansına və tətbiqinə təsir edən əsas amillər olan morfologiya, hissəcik ölçüsü və açıq kristal müstəviləri ilə çox dəyişir. Ümumiyyətlə belə hesab edilir ki, hissəciklər nə qədər kiçik olarsa və xüsusi səth sahəsi nə qədər böyük olarsa, bir o qədər uyğun aktiv sahə və katalitik qabiliyyəti bir o qədər güclü olar. Açıq kristal səthinin güclüdən zəifə doğru katalitik qabiliyyəti (100) kristal səthi>(110) kristal səthi>(111) kristal səthi qaydasındadır və müvafiq sabitlik əksinədir.
Serium oksidi yarımkeçirici materialdır. Nanometr serium oksidi bant boşluğundan daha yüksək enerji ilə fotonlarla şüalandıqda, valent zolağın elektronları həyəcanlanır və keçid rekombinasiya davranışı baş verir. Bu davranış Ce3+ və Ce4+ konversiya sürətini artıracaq, nəticədə nanoseriyanın güclü fotokatalitik aktivliyi yaranacaq. Fotokataliz üzvi maddələrin ikinci dərəcəli çirklənmədən birbaşa deqradasiyasına nail ola bilər, ona görə də onun tətbiqi AOP-lərdə nanoseriya sahəsində ən çox öyrənilmiş texnologiyadır. Hazırda əsas diqqət müxtəlif morfologiyalı və kompozit tərkibli katalizatorlardan istifadə etməklə azo boyaların, fenol, xlorbenzol və əczaçılıq tullantı sularının katalitik deqradasiya ilə təmizlənməsinə yönəlib. Hesabata görə, optimallaşdırılmış katalizator sintez üsulu və katalitik model şərtləri altında bu maddələrin deqradasiya qabiliyyəti ümumilikdə 80%-dən çox, Ümumi üzvi karbonun (TOC) xaricetmə qabiliyyəti isə 40%-dən çox ola bilər.
Ozon və hidrogen peroksid kimi üzvi çirkləndiricilərin parçalanması üçün nanoserium oksid katalizi geniş şəkildə öyrənilən başqa bir texnologiyadır. Fotokataliz kimi, o, həmçinin müxtəlif morfologiyalara və ya kristal müstəvilərə və müxtəlif serium əsaslı kompozit katalitik oksidləşdiricilərə malik nanoseriyanın üzvi çirkləndiriciləri oksidləşdirmək və parçalamaq qabiliyyətinə diqqət yetirir. Belə reaksiyalarda katalizatorlar ozon və ya hidrogen peroksiddən üzvi çirkləndiricilərə hücum edən və daha səmərəli oksidləşdirici deqradasiya imkanlarına nail olan çoxlu sayda aktiv radikalların əmələ gəlməsini katalizləyə bilər. Reaksiyaya oksidləşdiricilərin daxil olması səbəbindən üzvi birləşmələri çıxarmaq qabiliyyəti xeyli artır. Əksər reaksiyalarda hədəf maddənin son xaric olma dərəcəsi 100%-ə çata və ya yaxınlaşa bilər və TOC xaric olma dərəcəsi də daha yüksəkdir.
Elektrokatalitik qabaqcıl oksidləşmə metodunda yüksək oksigen təkamülünə malik anod materialının xassələri üzvi çirkləndiricilərin təmizlənməsi üçün elektrokatalitik qabaqcıl oksidləşmə metodunun seçiciliyini müəyyən edir. Katod materialı H2O2 istehsalını təyin edən mühüm amildir və H2O2 istehsalı üzvi çirkləndiricilərin təmizlənməsi üçün elektrokatalitik qabaqcıl oksidləşmə metodunun səmərəliliyini müəyyən edir. Nanoseriyadan istifadə edərək elektrod materialının modifikasiyasının öyrənilməsi həm ölkə daxilində, həm də beynəlxalq səviyyədə geniş diqqət qazanmışdır. Tədqiqatçılar müxtəlif elektrod materiallarını dəyişdirmək, onların elektrokimyəvi fəaliyyətini yaxşılaşdırmaq və bununla da elektrokatalitik aktivliyi və son çıxarılma dərəcəsini artırmaq üçün əsasən nanoserium oksidi və onun kompozit materiallarını müxtəlif kimyəvi üsullarla təqdim edirlər.
Mikrodalğalı soba və ultrasəs tez-tez yuxarıda göstərilən katalitik modellər üçün vacib köməkçi tədbirlərdir. Misal olaraq ultrasəs yardımını götürsək, saniyədə 25 kHz-dən yüksək tezlikli vibrasiyalı səs dalğalarından istifadə edərək, xüsusi hazırlanmış təmizləyici vasitə ilə hazırlanmış məhlulda milyonlarla çox kiçik baloncuklar əmələ gəlir. Sürətli sıxılma və genişlənmə zamanı bu kiçik baloncuklar daima qabarcıq partlaması yaradır, materialların katalizator səthində sürətlə mübadiləsinə və yayılmasına imkan verir, tez-tez katalitik səmərəliliyi eksponent olaraq artırır.
3 Nəticə
Nano seriya və onun kompozit materialları suda ionları və üzvi çirkləndiriciləri effektiv şəkildə müalicə edə bilir və gələcək suyun təmizlənməsi sahələrində mühüm tətbiq potensialına malikdir. Bununla belə, tədqiqatların əksəriyyəti hələ də laboratoriya mərhələsindədir və gələcəkdə suyun təmizlənməsində sürətli tətbiqə nail olmaq üçün aşağıdakı məsələlər hələ də təcili həll edilməlidir:
(1) Nano-nun nisbətən yüksək hazırlıq dəyəriCeO2əsaslı materiallar hələ də laboratoriya tədqiqat mərhələsində olan suyun təmizlənməsində tətbiqlərinin böyük əksəriyyətində mühüm amil olaraq qalır. Nano CeO2 əsaslı materialların morfologiyasını və ölçüsünü tənzimləyə bilən aşağı qiymətli, sadə və effektiv hazırlama üsullarının tədqiqi hələ də tədqiqatların diqqət mərkəzindədir.
(2) Nano CeO2 əsaslı materialların kiçik hissəcik ölçüsünə görə, istifadədən sonra təkrar emal və regenerasiya məsələləri də onların tətbiqini məhdudlaşdıran mühüm amillərdir. Onun qatran materialları və ya maqnit materialları ilə birləşməsi materialın hazırlanması və təkrar emal texnologiyası üçün əsas tədqiqat istiqaməti olacaqdır.
(3) Nano CeO2 əsaslı materialın suyun təmizlənməsi texnologiyası ilə ənənəvi kanalizasiya təmizləmə texnologiyası arasında birgə prosesin inkişafı, suyun təmizlənməsi sahəsində nano CeO2 əsaslı material katalitik texnologiyasının tətbiqinə böyük kömək edəcəkdir.
(4) Nano CeO2 əsaslı materialların toksikliyi ilə bağlı hələ də məhdud tədqiqatlar mövcuddur və onların su təmizləyici sistemlərdə ətraf mühitlə davranışı və toksiklik mexanizmi hələ müəyyən edilməmişdir. Faktiki çirkab sularının təmizlənməsi prosesi çox vaxt çoxlu çirkləndiricilərin birgə mövcudluğunu nəzərdə tutur və birlikdə mövcud olan çirkləndiricilər bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olacaq və bununla da nanomaterialların səth xüsusiyyətlərini və potensial toksikliyini dəyişəcək. Buna görə də, əlaqəli aspektlər üzrə daha çox araşdırma aparmağa təcili ehtiyac var.
Göndərmə vaxtı: 22 may 2023-cü il