Сярод некрамяністых аксідаў аксід алюмінію мае добрыя механічныя ўласцівасці, устойлівасць да высокіх тэмператур і каразійную ўстойлівасць, у той час як мезапорысты аксід алюмінія (МА) мае рэгуляваны памер пор, вялікую ўдзельную плошчу паверхні, вялікі аб'ём пор і нізкі кошт вытворчасці, што шырока выкарыстоўваецца ў каталізе, кантраляванае вылучэнне лекаў, адсорбцыя і іншыя сферы, такія як крэкінг, гідракрэкінг і гідрадэсульфурацыя нафтавай сыравіны. Мікрапорысты аксід алюмінію звычайна выкарыстоўваецца ў прамысловасці, але гэта будзе непасрэдна ўплываць на актыўнасць гліназёму, тэрмін службы і селектыўнасць каталізатара. Напрыклад, у працэсе ачысткі выхлапных газаў аўтамабіляў асаджаныя забруджвальныя рэчывы з прысадак да маторнага алею будуць утвараць кокс, што прывядзе да закаркаванні пор каталізатара, тым самым зніжаючы актыўнасць каталізатара. Павярхоўна-актыўнае рэчыва можа быць выкарыстана для карэкціроўкі структуры носьбіта аксіду алюмінію для фарміравання MA. Палепшыце яго каталітычныя характарыстыкі.
МА аказвае абмежавальны эфект, і пасля высокатэмпературнага абпалу актыўныя металы дэактывуюцца. Акрамя таго, пасля высокатэмпературнага абпалу мезопористая структура руйнуецца, шкілет MA знаходзіцца ў аморфным стане, і кіслотнасць паверхні не можа адпавядаць патрабаванням у галіне функцыяналізацыі. Апрацоўка мадыфікацыяй часта неабходная для паляпшэння каталітычнай актыўнасці, стабільнасці мезапорыстай структуры, тэрмічнай стабільнасці паверхні і кіслотнасці паверхні матэрыялаў MA. Агульныя групы мадыфікацыі ўключаюць гетэраатамы металаў (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr і інш. ) і аксіды металаў (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7 і г.д.), загружаныя на паверхню MA або легаваныя ў шкілет.
Асаблівая электронная канфігурацыя рэдказямельных элементаў робіць яго злучэнні асаблівымі аптычнымі, электрычнымі і магнітнымі ўласцівасцямі і выкарыстоўваюцца ў каталітычных матэрыялах, фотаэлектрычных матэрыялах, адсарбцыйных матэрыялах і магнітных матэрыялах. Рэдказямельныя мадыфікаваныя мезапорыстыя матэрыялы могуць рэгуляваць уласцівасці кіслаты (шчолачы), павялічваць вакансію кіслароду і сінтэзаваць металічны нанакрышталічны каталізатар з раўнамернай дысперсіяй і стабільным нанаметровым маштабам. Адпаведныя порыстыя матэрыялы і рэдказямельныя элементы могуць палепшыць дысперсію паверхні металічных нанакрышталяў, а таксама стабільнасць і адклад вугляроду стойкасць каталізатараў. У гэтым артыкуле будзе прадстаўлена мадыфікацыя рэдказямельных элементаў і функцыяналізацыя MA для паляпшэння каталітычных характарыстык, тэрмічнай стабільнасці, ёмістасці для захоўвання кіслароду, удзельнай плошчы паверхні і структуры пор.
1 падрыхтоўка МА
1.1 падрыхтоўка носьбіта аксіду алюмінію
Спосаб падрыхтоўкі носьбіта з аксіду алюмінію вызначае размеркаванне яго структуры пор, і яго агульныя метады падрыхтоўкі ўключаюць метад дэгідратацыі псеўдабеміта (PB) і золь-гель метад. Псеўдабеміт (PB) быў упершыню прапанаваны Кальве, і H+ спрыяў пептызацыі для атрымання калоіднага PB γ-AlOOH, які змяшчае прамежкавую ваду, якую кальцыніравалі і абязводжвалі пры высокай тэмпературы з адукацыяй аксіду алюмінію. У залежнасці ад розных відаў сыравіны, яго часта падзяляюць на метад асаджэння, метад карбанізацыі і метад гідролізу спіртам-алюмініем. На калоідную растваральнасць PB ўплывае кристалличность, і яна аптымізуецца з павелічэннем кристалличности, а таксама на яе ўплываюць параметры працоўнага працэсу.
ПБ звычайна рыхтуюць метадам асаджэння. Шчолач дадаюць у раствор алюмінату або кіслату дадаюць у раствор алюмінату і асаджваюць для атрымання гідратаванага аксіду алюмінію (асаджэнне шчолаччу), або кіслату дадаюць у асадак алюмінату для атрымання монагідрату аксіду алюмінію, які затым прамываюць, сушаць і абпальваюць для атрымання ПБ. Метад ападкаў просты ў эксплуатацыі і мае нізкі кошт, які часта выкарыстоўваецца ў прамысловай вытворчасці, але на яго ўплывае мноства фактараў (рн раствора, канцэнтрацыя, тэмпература і г.д.). І гэтыя ўмовы для атрымання часціц з лепшай диспергируемостью з'яўляюцца строгімі. У метадзе карбанізацыі Al(OH)3 атрымліваюць шляхам рэакцыі CO2 і NaAlO2, а PB можна атрымаць пасля старэння. Гэты метад мае такія перавагі, як простая эксплуатацыя, высокая якасць прадукту, адсутнасць забруджвання і нізкі кошт, і можа атрымаць аксід алюмінію з высокай каталітычнай актыўнасцю, выдатнай устойлівасцю да карозіі і высокай удзельнай плошчай паверхні пры нізкіх укладаннях і высокай рэнтабельнасці. Часта выкарыстоўваецца метад гідролізу алкоксида алюмінія для падрыхтоўкі ПБ высокай чысціні. Алкоксид алюмінія гідралізуецца з адукацыяй моногидрата аксіду алюмінія, а затым апрацоўваецца для атрымання PB высокай чысціні, які мае добрую кристалличность, аднастайны памер часціц, канцэнтраванае размеркаванне пор па памеры і высокую цэласнасць сферычных часціц. Аднак працэс складаны, і яго цяжка аднавіць з-за выкарыстання некаторых таксічных арганічных растваральнікаў.
Акрамя таго, неарганічныя солі або арганічныя злучэнні металаў звычайна выкарыстоўваюцца для атрымання папярэднікаў аксіду алюмінію золь-гель метадам, а чыстая вада або арганічныя растваральнікі дадаюцца для падрыхтоўкі раствораў для атрымання золю, які затым гелеобразуется, сушыцца і абсмажваецца. У цяперашні час працэс падрыхтоўкі гліназёму ўсё яшчэ ўдасканальваецца на аснове метаду дэгідратацыі PB, а метад карбанізацыі стаў асноўным метадам прамысловай вытворчасці гліназёму з-за яго эканамічнасці і аховы навакольнага асяроддзя. Гліназём, атрыманы золь-гель метадам, прыцягнуў вялікую ўвагу з-за яго больш раўнамернага размеркавання пор па памеры, што з'яўляецца патэнцыйным метадам, але яго неабходна палепшыць для рэалізацыі прамысловага прымянення.
1.2 Падрыхтоўка да МА
Звычайны гліназём не можа задаволіць функцыянальныя патрабаванні, таму неабходна падрыхтоўка высокапрадукцыйнага МА. Метады сінтэзу звычайна ўключаюць: метад наналіцця з вугляроднай формай у якасці цвёрдага шаблону; Сінтэз SDA: працэс самазборкі, выкліканы выпарэннем (EISA) у прысутнасці мяккіх шаблонаў, такіх як SDA і іншых катыённых, аніённых або неіённых павярхоўна-актыўных рэчываў.
1.2.1 Працэс EISA
Мяккі шаблон выкарыстоўваецца ў кіслых умовах, што дазваляе пазбегнуць складанага і працаёмкага працэсу метаду жорсткай мембраны і можа рэалізаваць бесперапынную мадуляцыю дыяфрагмы. Падрыхтоўка MA з дапамогай EISA прыцягнула вялікую ўвагу з-за сваёй лёгкай даступнасці і ўзнаўляльнасці. Можна прыгатаваць розныя мезопористые структуры. Памер пор MA можна рэгуляваць, змяняючы даўжыню гідрафобнага ланцуга павярхоўна-актыўнага рэчыва або рэгулюючы малярныя суадносіны каталізатара гідролізу і папярэдніка алюмінія ў растворы. Такім чынам, EISA, таксама вядомы як аднастадыйны сінтэз і мадыфікацыя золь-гель метаду высокай паверхні вобласць MA і ўпарадкаваны мезапорысты аксід алюмінію (OMA), быў ужыты да розных мяккіх шаблонаў, такіх як P123, F127, трыэтаналамін (гарбата) і г. д. EISA можа замяніць працэс сумеснай зборкі алюміній-арганічных папярэднікаў, такіх як алкаксіды алюмінія і шаблоны павярхоўна-актыўных рэчываў, звычайна ізапраксід алюмінія і P123, для атрымання мезапорістых матэрыялаў. Паспяховае развіццё працэсу EISA патрабуе дакладнай рэгулявання гідролізу і кінетыка кандэнсацыі, каб атрымаць стабільны золь і дазволіць развіццё мезафазы, утворанай павярхоўна-актыўным рэчывам міцэлы ў разл.
У працэсе EISA выкарыстанне неводных растваральнікаў (напрыклад, этанолу) і арганічных комплексаўтваральнікаў можа эфектыўна запавольваць хуткасць гідролізу і кандэнсацыі алюмінійарганічных папярэднікаў і выклікаць самазборку матэрыялаў OMA, такіх як Al(OR)3 і изопропоксид алюмінія. Аднак у неводных лятучых растваральніках шаблоны павярхоўна-актыўных рэчываў звычайна губляюць сваю гідрафільнасць/гідрафобнасць. Акрамя таго, з-за затрымкі гідролізу і полікандэнсацыі прамежкавы прадукт мае гідрафобныя групы, што абцяжарвае ўзаемадзеянне з шаблонам ПАВ. Толькі калі канцэнтрацыя павярхоўна-актыўнага рэчыва і ступень гідролізу і полікандэнсацыі алюмінія паступова павялічваюцца ў працэсе выпарэння растваральніка, можа адбыцца самазборка шаблону і алюмінія. Такім чынам, многія параметры, якія ўплываюць на ўмовы выпарэння растваральнікаў і рэакцыю гідролізу і кандэнсацыі папярэднікаў, такія як тэмпература, адносная вільготнасць, каталізатар, хуткасць выпарэння растваральніка і г.д., будуць уплываць на канчатковую структуру зборкі. Як паказана на мал. 1, матэрыялы OMA з высокай тэрмічнай стабільнасцю і высокімі каталітычнымі характарыстыкамі былі сінтэзаваны метадам самазборкі, выкліканай сольватэрмічным выпарваннем (SA-EISA). сольватэрмальная апрацоўка спрыяла поўнаму гідролізу папярэднікаў алюмінія з адукацыяй невялікіх кластараў гідраксільных груп алюмінія, што ўзмацняла ўзаемадзеянне паміж павярхоўна-актыўнымі рэчывамі і алюмініем. Двухмерная гексаганальная мезафаза была ўтворана ў працэсе EISA і абпаленая пры 400 ℃ з адукацыяй матэрыялу OMA. У традыцыйным працэсе EISA працэс выпарэння суправаджаецца гідролізам алюмінійарганічнага папярэдніка, таму ўмовы выпарвання аказваюць важны ўплыў на рэакцыю і канчатковую структуру OMA. Этап сольватэрмічнай апрацоўкі спрыяе поўнаму гідролізу папярэдніка алюмінія і стварае часткова кандэнсаваныя кластарныя гідраксільныя групы алюмінія. OMA утвараецца ў шырокім дыяпазоне ўмоў выпарэння. У параўнанні з MA, атрыманым традыцыйным метадам EISA, OMA, атрыманым метадам SA-EISA, мае большы аб'ём пор, лепшую ўдзельную плошчу паверхні і лепшую тэрмічную стабільнасць. У будучыні метад EISA можа быць выкарыстаны для падрыхтоўкі МА са звышвялікай апертурай з высокай хуткасцю пераўтварэння і выдатнай селектыўнасцю без выкарыстання пашыральніка.
Мал. 1 блок-схема метаду SA-EISA для сінтэзу матэрыялаў OMA
1.2.2 іншыя працэсы
Звычайная падрыхтоўка МА патрабуе дакладнага кантролю параметраў сінтэзу для дасягнення выразнай мезопористой структуры, а выдаленне шаблонных матэрыялаў таксама з'яўляецца складанай задачай, што ўскладняе працэс сінтэзу. У цяперашні час у многіх літаратурах паведамляецца аб сінтэзе MA з рознымі шаблонамі. У апошнія гады даследаванні ў асноўным сканцэнтраваны на сінтэзе МА з глюкозай, цукрозай і крухмалам у якасці шаблонаў ізапраксідам алюмінія ў водным растворы. Большасць гэтых матэрыялаў МА сінтэзуюцца з нітрату, сульфату і алкоксида алюмінія ў якасці крыніц алюмінія. MA CTAB таксама можна атрымаць шляхам прамой мадыфікацыі PB у якасці крыніцы алюмінія. MA з рознымі структурнымі ўласцівасцямі, г.зн. Al2O3)-1, Al2O3)-2 і al2o3And мае добрую тэрмічную стабільнасць. Даданне павярхоўна-актыўнага рэчыва не змяняе ўласцівую крышталічную структуру PB, але змяняе рэжым кладкі часціц. Акрамя таго, адукацыя Al2O3-3 утвараецца шляхам адгезіі наначасціц, стабілізаваных арганічным растваральнікам ПЭГ, або агрэгацыі вакол ПЭГ. Аднак размеркаванне пор па памерах Al2O3-1 вельмі вузкае. Акрамя таго, каталізатары на аснове паладыю былі падрыхтаваны з сінтэтычным MA ў якасці носьбіта. У рэакцыі гарэння метану каталізатар, які падтрымліваецца Al2O3-3, паказаў добрыя каталітычныя характарыстыкі.
Упершыню MA з адносна вузкім размеркаваннем пор быў падрыхтаваны з выкарыстаннем таннага і багатага алюмініем чорнага алюмініевага дзындры ABD. Працэс вытворчасці ўключае працэс экстракцыі пры нізкай тэмпературы і нармальным ціску. Цвёрдыя часціцы, якія застаюцца ў працэсе экстракцыі, не будуць забруджваць навакольнае асяроддзе і могуць быць назапашаны з нізкім узроўнем рызыкі або паўторна выкарыстаны ў якасці напаўняльніка або запаўняльніка ў бетоне. Удзельная плошча паверхні сінтэзаванага MA складае 123~162 м2/г, размеркаванне пор па памерах вузкае, радыус піку складае 5,3 нм, а сітаватасць складае 0,37 см3/г. Матэрыял мае нанапамер, а памер крышталя складае каля 11 нм. Цвёрдацельны сінтэз - гэта новы працэс сінтэзу МА, які можна выкарыстоўваць для вытворчасці радыехімічнага абсорбента для клінічнага выкарыстання. Хларыд алюмінія, карбанат амонія і сыравіну з глюкозай змешваюць у малярных суадносінах 1: 1,5: 1,5, і МА сінтэзуюць новай механахімічнай рэакцыяй у цвёрдым стане. Пры канцэнтрацыі131I ў цеплавым акумулятарным абсталяванні агульны выхад131I пасля канцэнтрацыі складае 90 %, а атрыманы раствор131I[NaI] мае высокую канцэнтрацыю радыеактыўнасці (1,7 ТБк/мл), што дазваляе выкарыстоўваць капсулы з вялікай дозай 131I[NaI] для лячэння рака шчытападобнай залозы.
Падводзячы вынік, у будучыні малыя малекулярныя шаблоны таксама могуць быць распрацаваны для пабудовы шматузроўневых упарадкаваных поравых структур, эфектыўнай карэкціроўкі структуры, марфалогіі і хімічных уласцівасцей паверхні матэрыялаў, а таксама стварэння вялікай плошчы паверхні і ўпарадкаванай чарвяточыны MA. Даследуйце танныя шаблоны і крыніцы алюмінія, аптымізуйце працэс сінтэзу, удакладніце механізм сінтэзу і кіруйце працэсам.
Спосаб мадыфікацыі 2 МА
Метады раўнамернага размеркавання актыўных кампанентаў на носьбіце МА ўключаюць насычэнне, in-situ сінтэз, асаджэнне, іённы абмен, механічнае змешванне і плаўленне, сярод якіх найбольш часта выкарыстоўваюцца першыя два.
2.1 метад сінтэзу на месцы
Групы, якія выкарыстоўваюцца ў функцыянальнай мадыфікацыі, дадаюцца ў працэсе падрыхтоўкі МА, каб мадыфікаваць і стабілізаваць структуру шкілета матэрыялу і палепшыць каталітычныя характарыстыкі. Працэс паказаны на малюнку 2. Liu et al. сінтэзаваны Ni/Mo-Al2O3 in situ з P123 у якасці шаблону. Як Ni, так і Mo былі рассеяны ва ўпарадкаваных каналах MA, не разбураючы мезапорістай структуры MA, і каталітычныя характарыстыкі, відавочна, палепшыліся. Прымяненне метаду вырошчвання на месцы на сінтэзаваным гама-al2o3субстраце. У параўнанні з γ-Al2O3, MnO2-Al2O3 мае большую ўдзельную плошчу паверхні і аб'ём пор, а таксама бімадальную мезапорістую структуру з вузкім размеркаваннем пор па памеры. MnO2-Al2O3 мае хуткую хуткасць адсорбцыі і высокую эфектыўнасць для F- і мае шырокі дыяпазон прымянення pH (pH=4~10), які падыходзіць для практычных умоў прамысловага прымянення. Прадукцыйнасць перапрацоўкі MnO2-Al2O3 лепш, чым у γ-Al2O. Неабходна дадаткова аптымізаваць структурную стабільнасць. Падводзячы вынік, матэрыялы з мадыфікацыяй MA, атрыманыя шляхам сінтэзу на месцы, маюць добрую структурную ўпарадкаванасць, моцнае ўзаемадзеянне паміж групамі і носьбітамі аксіду алюмінію, цесную камбінацыю, вялікую загрузку матэрыялу, і іх няпроста выклікаць выпадзенне актыўных кампанентаў у працэсе каталітычнай рэакцыі. , і каталітычныя характарыстыкі значна палепшаны.
Мал. 2. Падрыхтоўка функцыяналізаванага МА шляхам сінтэзу на месцы
2.2 метад насычэння
Апусканне падрыхтаванага МА ў мадыфікаваную групу і атрыманне мадыфікаванага матэрыялу МА пасля апрацоўкі, каб рэалізаваць эфекты каталізу, адсорбцыі і таму падобнае. Цай і інш. падрыхтавалі MA з P123 золь-гель метадам і замачылі яго ў этаноле і растворы тэтраэтыленпентаміну, каб атрымаць мадыфікаваны амінакіслотны матэрыял з высокай адсорбцыйнай здольнасцю. Акрамя таго, Belkacemi і соавт. апускаюць у раствор ZnCl2 з дапамогай таго ж працэсу для атрымання ўпарадкаваных мадыфікаваных матэрыялаў MA, легаваных цынкам. Удзельная плошча паверхні і аб'ём пор складаюць 394 м2/г і 0,55 см3/г адпаведна. У параўнанні з метадам сінтэзу на месцы, метад насычэння мае лепшую дысперсію элементаў, стабільную мезапорістую структуру і добрую адсорбцыйную здольнасць, але сіла ўзаемадзеяння паміж актыўнымі кампанентамі і носьбітам аксіду алюмінія слабая, і на каталітычную актыўнасць лёгка ўмешваюцца знешнія фактары.
3 функцыянальны прагрэс
Сінтэз рэдказямельных MA з асаблівымі ўласцівасцямі з'яўляецца тэндэнцыяй развіцця ў будучыні. У цяперашні час існуе мноства метадаў сінтэзу. Параметры працэсу ўплываюць на прадукцыйнасць МА. Удзельная плошча паверхні, аб'ём пор і дыяметр пор MA можна рэгуляваць у залежнасці ад тыпу шаблону і складу папярэдніка алюмінія. Тэмпература кальцынацыі і канцэнтрацыя палімернага шаблону ўплываюць на ўдзельную паверхню і аб'ём пор MA. Сузукі і Ямауці выявілі, што тэмпература кальцынацыі была павялічана з 500 ℃ да 900 ℃. Дыяфрагму можна павялічыць, а плошчу паверхні можна паменшыць. Акрамя таго, апрацоўка рэдказямельнымі мадыфікацыямі паляпшае актыўнасць, тэрмічную стабільнасць паверхні, структурную стабільнасць і кіслотнасць паверхні матэрыялаў MA ў каталітычным працэсе і адпавядае развіццю функцыяналізацыі MA.
3.1 Адсарбент для дэфтаравання
Фтор у пітной вадзе ў Кітаі сур'ёзна шкодны. Акрамя таго, павелічэнне ўтрымання фтору ў прамысловым растворы сульфату цынку прывядзе да карозіі электроднай пласціны, пагаршэння працоўнага асяроддзя, зніжэння якасці электрычнага цынку і памяншэння колькасці рэцыркуляванай вады ў сістэме вытворчасці кіслаты. і працэс электролізу дымавых газаў у печы з кіпячым пластом абпалу. У цяперашні час метад адсорбцыі з'яўляецца найбольш прывабным сярод распаўсюджаных метадаў мокрага дэфтаравання. Аднак ёсць некаторыя недахопы, такія як нізкая адсарбцыйная здольнасць, вузкі даступны дыяпазон pH, другаснае забруджванне і гэтак далей. Актываваны вугаль, аморфны аксід алюмінію, актываваны аксід алюмінію і іншыя адсарбенты выкарыстоўваліся для дэфтаравання вады, але кошт адсарбентаў высокі, а адсарбцыйная здольнасць F-у нейтральным растворы або высокай канцэнтрацыі нізкая. Актываваны аксід алюмінію стаў найбольш шырока распаўсюджаным. вывучаны адсарбент для выдалення фтору з-за яго высокага сродства і селектыўнасці да фтору пры нейтральным значэнні pH, але ён абмежаваны дрэнным адсорбцыйная здольнасць фтору, і толькі пры pH<6 ён можа мець добрую адсорбцыю фтору. MA прыцягнула шырокую ўвагу ў галіне кантролю забруджвання навакольнага асяроддзя з-за сваёй вялікай удзельнай плошчы паверхні, унікальнага эфекту памеру пор, кіслотна-шчолачнай характарыстыкі, тэрмічнай і механічнай стабільнасці . Кунду і інш. падрыхтаваны МА з максімальнай адсарбцыйнай здольнасцю фтору 62,5 мг/г. Адсарбцыйная здольнасць МА па фтору ў значнай ступені залежыць ад яго структурных характарыстык, такіх як удзельная плошча паверхні, функцыянальныя групы паверхні, памер пор і агульны памер пор. Карэкціроўка структуры і прадукцыйнасці МА з'яўляецца важным спосабам палепшыць яго адсорбцыйныя характарыстыкі.
З-за цвёрдай кіслаты La і цвёрдай асноўнасці фтору існуе моцнае сваяцтва паміж La і іёнамі фтору. У апошнія гады некаторыя даследаванні выявілі, што La ў якасці мадыфікатара можа палепшыць здольнасць адсарбцыі фтору. Аднак з-за нізкай структурнай стабільнасці рэдказямельных адсарбентаў больш рэдказямельных элементаў вымываецца ў раствор, што прыводзіць да другаснага забруджвання вады і шкоды для здароўя чалавека. З іншага боку, высокая канцэнтрацыя алюмінію ў водным асяроддзі з'яўляецца адным з ядаў для здароўя чалавека. Такім чынам, неабходна падрыхтаваць свайго роду кампазітны адсарбент з добрай стабільнасцю і без вымывання або з меншым вымываннем іншых элементаў у працэсе выдалення фтору. МА, мадыфікаваны La і Ce, быў падрыхтаваны метадам насычэння (La/MA і Ce/MA). рэдказямельныя аксіды ўпершыню былі паспяхова загружаны на паверхню MA, якая мела больш высокую прадукцыйнасць дэфтаравання. Асноўнымі механізмамі выдалення фтору з'яўляюцца электрастатычная адсорбцыя і хімічная адсорбцыя, прыцягненне электронаў дадатнага зарада на паверхні і рэакцыя абмену ліганда спалучаецца з павярхоўным гідраксілам, гідраксільная функцыянальная група на паверхні адсарбенту стварае вадародную сувязь з F-, мадыфікацыя La і Ce паляпшае адсарбцыйную здольнасць фтор, La/MA змяшчае больш гідраксільных адсорбцыйных сайтаў, а адсарбцыйная здольнасць F знаходзіцца ў парадку La/MA>Ce/MA>MA. З павелічэннем пачатковай канцэнтрацыі павялічваецца адсарбцыйная здольнасць фтору. Эфект адсорбцыі лепшы, калі pH складае 5~9, і працэс адсорбцыі фтору адпавядае мадэлі ізатэрмічнай адсорбцыі Ленгмюра. Акрамя таго, прымешкі сульфат-іёнаў у гліназёме таксама могуць істотна паўплываць на якасць узораў. Хаця адпаведныя даследаванні рэдказямельнага мадыфікаванага аксіду алюмінія былі праведзены, большасць даследаванняў сканцэнтравана на працэсе адсарбенту, які цяжка выкарыстоўваць у прамысловасці. У будучыні мы можам вывучыць механізм дысацыяцыі комплексу фтору ў растворы сульфату цынку і характарыстыкі міграцыі іёнаў фтору, атрымаць эфектыўны, недарагі і аднаўляльны адсарбент іёнаў фтору для дэфтаравання раствора сульфату цынку ў цынку гідраметалургічная сістэма, а таксама стварыць мадэль кіравання працэсам для апрацоўкі раствора з высокім утрыманнем фтору на аснове рэдказямельных нанаадсарбентаў MA.
3.2 Каталізатар
3.2.1 Сухі рыформінг метану
Рэдказямельныя рэчывы могуць рэгуляваць кіслотнасць (асноўнасць) порыстых матэрыялаў, павялічваць вакансію кіслароду і сінтэзаваць каталізатары з аднастайнай дысперсіяй, нанаметровым маштабам і стабільнасцю. Ён часта выкарыстоўваецца для падтрымкі высакародных і пераходных металаў для каталізацыі метанавання CO2. У цяперашні час рэдказямельныя мадыфікаваныя мезапорыстыя матэрыялы распрацоўваюць у кірунку сухога рыформінгу метану (MDR), фотакаталітычнай дэградацыі ЛОС і ачысткі хваставога газу. У параўнанні з высакароднымі металамі (такімі як Pd, Ru, Rh і г.д.) і іншымі пераходнымі металамі (такімі як Co, Fe і інш.), каталізатар Ni/Al2O3 шырока выкарыстоўваецца з-за яго больш высокай каталітычнай актыўнасці і селектыўнасці, высокай стабільнасці і нізкай кошту для метан. Аднак спяканне і адклад вугляроду наначасціц Ni на паверхні Ni/Al2O3 прыводзяць да хуткай дэзактывацыі каталізатара. Такім чынам, неабходна дадаць паскаральнік, мадыфікаваць носьбіт каталізатара і палепшыць спосаб падрыхтоўкі, каб палепшыць каталітычную актыўнасць, стабільнасць і ўстойлівасць да гарэння. Увогуле, рэдказямельныя аксіды могуць выкарыстоўвацца ў якасці структурных і электронных прамотараў у гетэрагенных каталізатараў, а CeO2 паляпшае дысперсію Ni і змяняе ўласцівасці металічнага Ni праз моцнае ўзаемадзеянне з металічнай апорай.
MA шырока выкарыстоўваецца для павышэння дысперсіі металаў і забеспячэння стрымлівання актыўных металаў для прадухілення іх агламерацыі. La2O3 з высокай ёмістасцю для назапашвання кіслароду павышае ўстойлівасць да вугляроду ў працэсе пераўтварэння, а La2O3 спрыяе дысперсіі Co на мезапорыстым аксідзе алюмінію, які мае высокую актыўнасць рыфармавання і ўстойлівасць. Прамотар La2O3 павялічвае MDR-актыўнасць каталізатара Co/MA, і на паверхні каталізатара ўтвараюцца фазы Co3O4 і CoAl2O4. Аднак высокадысперсны La2O3 мае дробныя зярняты 8-10 нм. У працэсе MDR ўзаемадзеянне на месцы паміж La2O3 і CO2 утварыла мезафазу La2O2CO3, якая выклікала эфектыўнае ліквідацыю CxHy на паверхні каталізатара. La2O3 спрыяе аднаўленню вадароду, забяспечваючы больш высокую шчыльнасць электронаў і павялічваючы вакансію кіслароду ў 10%Co/MA. Даданне La2O3 зніжае відавочную энергію актывацыі спажывання CH4. Такім чынам, каэфіцыент канверсіі CH4 павялічыўся да 93,7% пры 1073K K. Даданне La2O3 палепшыла каталітычную актыўнасць, спрыяла зніжэнню H2, павялічыла колькасць актыўных цэнтраў Co0, утварыла менш адкладзенага вугляроду і павялічыла вакансію кіслароду да 73,3%.
Ce і Pr наносіліся на каталізатары Ni/Al2O3 метадам роўнааб'ёмнай насычэнні ў Li Xiaofeng. Пасля дадання Ce і Pr селектыўнасць да H2 павялічылася, а селектыўнасць да CO паменшылася. MDR, мадыфікаваны Pr, меў выдатную каталітычную здольнасць, і селектыўнасць да H2 павялічылася з 64,5% да 75,6%, у той час як селектыўнасць да CO знізілася з 31,4% Peng Shujing et al. выкарыстоўвалі золь-гель метад, мадыфікаваны Се-мадыфікаваны МА быў падрыхтаваны з ізапрапксіду алюмінія, растваральніка ізапрапанол і гексагідрату нітрату цэрыю. Удзельная паверхня прадукту была крыху павялічана. Даданне Ce паменшыла агрэгацыю стрыжаньпадобных наначасціц на паверхні MA. Некаторыя гідраксільныя групы на паверхні γ-Al2O3 былі ў асноўным пакрытыя злучэннямі Ce. Тэрмічная стабільнасць МА была палепшана, і пасля абпалу пры 1000 ℃ на працягу 10 гадзін не адбылося ператварэння крышталічнай фазы. Wang Baowei et al. падрыхтаваны матэрыял МА CeO2-Al2O4 метадам суасаджэння. CeO2 з кубічнымі малюсенькімі зернямі быў раўнамерна дыспергаваны ў аксіду алюмінію. Пасля падтрымкі Co і Mo на CeO2-Al2O4 узаемадзеянне паміж аксідам алюмінія і актыўным кампанентам Co і Mo было эфектыўна інгібіравана CEO2
Рэдказямельныя прамотары (La, Ce, y і Sm) спалучаюцца з Co/MA каталізатарам для MDR, і працэс паказаны на мал. 3. Рэдказямельныя прамотары могуць палепшыць дысперсію Co на носьбіце MA і інгібіраваць агламерацыю часціц Co. чым меншы памер часціц, тым мацней узаемадзеянне Co-MA, тым мацней каталітычная здольнасць і здольнасць да спякання каталізатара YCo/MA, а таксама станоўчы ўплыў некалькіх прамотараў на актыўнасць MDR і адклады вугляроду. Мал. 4 - гэта HRTEM iMAge пасля лячэння МЛУ пры 1023K, Co2: ch4: N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3,1 на працягу 8 гадзін. Часціцы Co існуюць у выглядзе чорных плям, у той час як носьбіты MA існуюць у выглядзе шэрых, што залежыць ад розніцы шчыльнасці электронаў. на выяве HRTEM з 10%Co/MA (мал. 4b) назіраецца агламерацыя металічных часціц Co на носьбітах ма. YCo/MA мае моцнае ўзаемадзеянне Co-MA, і яго характарыстыкі спякання лепш, чым у іншых каталізатараў. акрамя таго, як паказана на мал. 4b-4f, полыя вугляродныя нанаправады (CNF) вырабляюцца на каталізатары, якія падтрымліваюць кантакт з патокам газу і прадухіляюць дэзактывацыю каталізатара.
Мал. 3 Уплыў дабаўлення рэдказямельных элементаў на фізічныя і хімічныя ўласцівасці і каталітычныя характарыстыкі MDR каталізатара Co/MA
3.2.2 Каталізатар раскіслення
Fe2O3/Meso-CeAl, каталізатар раскіслення на аснове Fe, дапаваны цэрыем, быў атрыманы шляхам акісляльнага дэгідравання 1-бутена з CO2 у якасці мяккага акісляльніка і выкарыстоўваўся ў сінтэзе 1,3-бутадыену (BD). Ce быў высокадысперсным у матрыцы аксіду алюмінію, а Fe2O3/меза быў высокадысперсным. Каталізатар Fe2O3/Meso-CeAl-100 не толькі мае высокадысперсныя віды жалеза і добрыя структурныя ўласцівасці, але таксама мае добрую ёмістасць для захоўвання кіслароду, таму ён мае добрую здольнасць да адсорбцыі і актывацыі CO2. Як паказана на малюнку 5, выявы ПЭМ паказваюць, што Fe2O3/Meso-CeAl-100 з'яўляецца рэгулярным. Гэта паказвае, што чарвякападобная структура канала MesoCeAl-100 друзлая і сітаватая, што спрыяльна для дысперсіі актыўных інгрэдыентаў, у той час як высокадысперсны Ce паспяхова легіраваны ў матрыцы аксіду алюмінія. Каталізатар з высакародных металаў, які адпавядае стандарту звышнізкіх выкідаў аўтамабіляў, мае развітую структуру пор, добрую гідратэрмічную стабільнасць і вялікую ёмістасць для захоўвання кіслароду.
3.2.3 Каталізатар для аўтамабіляў
Pd-Rh падтрымліваў чацвярцічныя рэдказямельныя комплексы на аснове алюмінію AlCeZrTiOx і AlLaZrTiOx для атрымання матэрыялаў аўтамабільнага каталітычнага пакрыцця. Рэдказямельны комплекс Pd-Rh/ALC на аснове мезапорыстага алюмінія можа быць паспяхова выкарыстаны ў якасці каталізатара ачысткі выхлапных газаў аўтамабіляў СПГ з добрай трываласцю, а эфектыўнасць пераўтварэння CH4, асноўнага кампанента выхлапных газаў аўтамабіляў СПГ, дасягае 97,8%. Прымяненне гідратэрмальнага аднаэтапнага метаду для падрыхтоўкі рэдказямельнага кампазітнага матэрыялу для рэалізацыі самазборкі. Былі сінтэзаваны ўпарадкаваныя мезапорістыя папярэднікі з метастабільным станам і высокай агрэгацыяй, і сінтэз RE-Al адпавядаў мадэлі "адзінкі росту злучэння" , рэалізуючы такім чынам ачыстку аўтамабільных выхлапных газаў, усталяваных на посту трохбаковага каталітычнага нейтралізатара.
Мал. 4 Выявы HRTEM ma (a), Co/MA(b), LaCo/MA(c), CeCo/MA(d), YCo/MA(e) і SmCo/MA(f)
Мал. 5 ПЭМ выява (A) і дыяграма элементаў EDS (b,c) Fe2O3/Meso-CeAl-100
3.3 светлавая прадукцыйнасць
Электроны рэдказямельных элементаў лёгка ўзбуджаюцца для пераходу паміж рознымі энергетычнымі ўзроўнямі і выпраменьвання святла. Рэдказямельныя іёны часта выкарыстоўваюцца ў якасці актыватараў для падрыхтоўкі люмінесцэнтных матэрыялаў. Рэдказямельныя іёны можна загрузіць на паверхню полых мікрасфер фасфату алюмінія метадам суасаджэння і метадам іённага абмену, а таксама можна прыгатаваць люмінесцэнтныя матэрыялы AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd). Даўжыня хвалі люмінесцэнтнага выпраменьвання знаходзіцца ў блізкай ультрафіялетавай вобласці. MA вырабляецца ў тонкія плёнкі дзякуючы сваёй інэрцыі, нізкай дыэлектрычнай пранікальнасці і нізкай праводнасці, што робіць яго прыдатным для электрычных і аптычных прыбораў, тонкіх плёнак, бар'ераў, датчыкаў і г.д. выкарыстоўвацца для вызначэння рэакцыі аднамерных фатонных крышталяў, выпрацоўкі энергіі і антыблікавых пакрыццяў. Гэтыя прылады ўяўляюць сабой плёнкі з пэўнай даўжынёй аптычнага шляху, таму неабходна кантраляваць паказчык праламлення і таўшчыню. У цяперашні час дыяксід тытана і аксід цырконія з высокім паказчыкам праламлення і дыяксід крэмнію з нізкім паказчыкам праламлення часта выкарыстоўваюцца для праектавання і стварэння такіх прылад. . Пашыраецца спектр даступнасці матэрыялаў з рознымі хімічнымі ўласцівасцямі паверхні, што дазваляе ствараць перспектыўныя фатонныя сэнсары. Укараненне МА і оксигидроксидных плёнак у распрацоўку аптычных прыбораў дэманструе вялікі патэнцыял, таму што паказчык праламлення падобны да паказчыка дыяксіду крэмнія. Але хімічныя ўласцівасці адрозніваюцца.
3.4 тэрмічная стабільнасць
З павышэннем тэмпературы спяканне сур'ёзна ўплывае на эфект выкарыстання каталізатара MA, удзельная плошча паверхні памяншаецца, і γ-Al2O3 у крышталічнай фазе ператвараецца ў фазы δ і θ да χ. Рэдказямельныя матэрыялы валодаюць добрай хімічнай устойлівасцю і тэрмічнай устойлівасцю, высокай адаптыўнасцю, а таксама лёгкадаступнай і таннай сыравінай. Даданне рэдказямельных элементаў можа палепшыць тэрмічную стабільнасць, устойлівасць да акіслення пры высокіх тэмпературах і механічныя ўласцівасці носьбіта, а таксама адрэгуляваць кіслотнасць паверхні носьбіта. La і Ce з'яўляюцца найбольш часта выкарыстоўванымі і вывучанымі элементамі мадыфікацыі. Лу Вэйгуан і іншыя выявілі, што дабаўленне рэдказямельных элементаў эфектыўна прадухіляе аб'ёмную дыфузію часціц аксіду алюмінію, La і Ce абараняюць гідраксільныя групы на паверхні аксіду алюмінія, перашкаджаюць спяканню і фазавым ператварэнням і памяншаюць шкоду высокай тэмпературы для мезапорыстай структуры . Падрыхтаваны аксід алюмінію па-ранейшаму мае высокую ўдзельную плошчу паверхні і аб'ём пор. Аднак занадта вялікая ці занадта малая колькасць рэдказямельных элементаў знізіць тэрмічную стабільнасць аксіду алюмінія. Лі Яньцю і інш. дадаў 5% La2O3 да γ-Al2O3, што палепшыла тэрмічную стабільнасць і павялічыла аб'ём пор і ўдзельную паверхню носьбіта аксіду алюмінію. Як відаць з малюнка 6, La2O3, дададзены да γ-Al2O3, паляпшае тэрмічную стабільнасць рэдказямельнага кампазітнага носьбіта.
У працэсе легіравання нанавалакністых часціц La ў MA плошча паверхні і аб'ём пор MA-La вышэй, чым у MA, калі тэмпература тэрмічнай апрацоўкі павялічваецца, а легіраванне La аказвае відавочны эфект запаволення спякання пры высокіх тэмпературах. тэмпература. як паказана на мал. 7, з павышэннем тэмпературы La тармозіць рэакцыю росту збожжа і фазавага ператварэння, у той час як мал. 7a і 7c паказваюць назапашванне нана-кудзелістых часціц. на мал. 7b, дыяметр буйных часціц, атрыманых пры абпале пры 1200 ℃, складае каля 100 нм. Гэта азначае значнае спяканне MA. Акрамя таго, у параўнанні з MA-1200, MA-La-1200 не агрэгуе пасля тэрмічнай апрацоўкі. З даданнем La часціцы нанавалакна маюць лепшую здольнасць да спекання. нават пры больш высокай тэмпературы абпалу легіраваны La па-ранейшаму моцна дыспергаваны на паверхні MA. La мадыфікаваны MA можа быць выкарыстаны ў якасці носьбіта каталізатара Pd у рэакцыі акіслення C3H8.
Мал. 6 Структурная мадэль спякання гліназёму з рэдказямельнымі элементамі і без іх
Мал. 7 ПЭМ выявы MA-400 (a), MA-1200 (b), MA-La-400 (c) і MA-La-1200 (d)
4 Заключэнне
Азнаёмлены з ходам падрыхтоўкі і функцыянальнага прымянення рэдказямельных мадыфікаваных МА матэрыялаў. Шырока выкарыстоўваецца рэдказямельны мадыфікаваны МА. Нягледзячы на тое, што было праведзена шмат даследаванняў у галіне каталітычнага прымянення, тэрмічнай устойлівасці і адсорбцыі, многія матэрыялы маюць высокі кошт, нізкую колькасць допінгу, дрэнны парадак і іх цяжка індустрыялізаваць. У далейшым неабходна выканаць наступную працу: аптымізаваць склад і структуру рэдказямельных мадыфікаваных МА, выбраць адпаведны працэс, сустрэць функцыянальнае развіццё; Стварэнне мадэлі кіравання працэсам на аснове функцыянальнага працэсу для зніжэння выдаткаў і рэалізацыі прамысловай вытворчасці; Каб максымізаваць перавагі рэдказямельных рэсурсаў Кітая, мы павінны вывучыць механізм мадыфікацыі рэдказямельных МА, палепшыць тэорыю і працэс падрыхтоўкі рэдказямельных мадыфікаваных МА.
Праект фонду: Агульны інавацыйны праект у галіне навукі і тэхналогій Шэньсі (2011KTDZ01-04-01); Спецыяльны навукова-даследчы праект правінцыі Шэньсі 2019 (19JK0490); Спецыяльны навукова-даследчы праект 2020 г. каледжа Хуацын Сіаньскага ўніверсітэта архітэктуры і тэхналогій (20KY02)
Крыніца: Рэдказямельныя
Час публікацыі: 15 чэрвеня 2021 г