CEO2з'яўляецца важным кампанентам матэрыялаў рэдкіх Зямлі. АЭлемент рэдкай зямлі цэрыуммае унікальную знешнюю электронную структуру - 4F15D16S2. Яго адмысловы пласт 4F можа эфектыўна захоўваць і выпускаць электроны, прымушаючы іёнаў CERIUM паводзіць сябе ў стане Валентнасці+3 і+4 валентнага стану. Такім чынам, матэрыялы CEO2 маюць больш кіслародных адтулін і маюць выдатную здольнасць захоўваць і выпускаць кісларод. Узаемнае пераўтварэнне CE (III) і CE (IV) таксама надзяляе матэрыялы CEO2 з унікальнымі каталітычнымі магчымасцямі зніжэння акіслення. У параўнанні з аб'ёмнымі матэрыяламі, Nano CEO2, як новы тып неарганічнага матэрыялу, атрымаў шырокую ўвагу з-за высокай спецыфічнай плошчы паверхні, выдатнай здольнасці захоўвання кіслароду і вылучэння, праводнасці кіслароду, акісляльна-аднаўленчай прадукцыйнасці і высокай тэмпературы хуткай дыфузійнай вакансіі. У цяперашні час існуе вялікая колькасць даследаванняў і звязаных з імі прыкладанняў, якія выкарыстоўваюць Nano CeO2 у якасці каталізатараў, носьбітаў каталізатара або дабавак, актыўных кампанентаў і адсарбентаў.
1. Метад падрыхтоўкі нанаметрааксід cerium
У цяперашні час агульныя метады падрыхтоўкі для Nano Ceria ў асноўным ўключаюць хімічны метад і фізічны метад. У адпаведнасці з рознымі хімічнымі метадамі, хімічныя метады можна падзяліць на метад ападкаў, гідратэрмальны метад, метад ральватэрмальнага метаду, метад геля SOL, метад мікраэмульсіі і метад электраабсталявання; Фізічны метад - гэта галоўным чынам метад шліфавання.
1.1 метад шліфавання
Метад шліфавання для падрыхтоўкі Nano Ceria звычайна выкарыстоўвае пяску, які мае перавагі нізкай кошту, прыязнасці навакольнага асяроддзя, хуткай хуткасці апрацоўкі і моцнай здольнасці да апрацоўкі. У цяперашні час гэта найважнейшы метад апрацоўкі ў галіне Nano Ceria. Напрыклад, падрыхтоўка парашка нана-аксіду нана-аксіду звычайна прымае спалучэнне кальцынацыі і шліфавання пяску, а сыравіну каталізатараў дэніціравання на аснове церы таксама змешваюцца для папярэдняй апрацоўкі альбо апрацаванага пасля кальцынацыі пры дапамозе шліфавання пяску. Выкарыстоўваючы розныя суадносіны шарыкаў з пяску з рознымі часціцамі, Nano Ceria з D50, які складаецца з дзясяткаў да сотняў нанаметраў, можна атрымаць за кошт рэгулявання.
1.2 Метад ападкаў
Метад ападкаў абазначае спосаб падрыхтоўкі цвёрдага парашка шляхам ападкаў, аддзялення, мыцця, высыхання і кальцынацыі сыравіны, растворанага ў адпаведных растваральніках. Метад ападкаў шырока выкарыстоўваецца пры падрыхтоўцы рэдкіх Зямлі і легіраваных нанаматэрыялаў, з такімі перавагамі, як просты працэс падрыхтоўкі, высокая эфектыўнасць і нізкая кошт. Гэта звычайна выкарыстоўваецца метад падрыхтоўкі Nano Ceria і яго кампазітных матэрыялаў у прамысловасці. Гэты метад можа падрыхтаваць нана церы з рознай марфалогіяй і памерам часціц, змяняючы тэмпературу ападкаў, канцэнтрацыю матэрыялу, значэнне рН, хуткасць ападкаў, хуткасць памешвання, шаблон і г.д. Агульныя метады абапіраюцца на ападкі іёнаў цэрыя з аміяку, атрыманага пры раскладанні мачавіны, і падрыхтоўка мікрасфераў нана -церия, якія кантралююцца пры дапамозе прыёмаў цытатаў. У якасці альтэрнатывы, іёны CERIUM могуць быць абсаджаны OH - утвараюцца з гідролізу цытрата натрыю, а затым інкубаваны і кальцынаваны для падрыхтоўкі шматкоў, як нана мікрасферы.
1,3 Гідратэрмальныя і растваральныя метады
Гэтыя два метады адносяцца да метаду падрыхтоўкі прадуктаў з дапамогай высокатэмпературнай і высокай ціску пры крытычнай тэмпературы ў закрытай сістэме. Калі растваральнік рэакцыі з'яўляецца вадой, яго называюць гідратэрмальным метадам. Адпаведна, калі растваральнік рэакцыі з'яўляецца арганічным растваральнікам, яго называюць метад ральватэмальнага. Сінтэзаваныя часціцы нана маюць высокую чысціню, добрую дысперсію і раўнамерныя часціцы, асабліва парашкі нана з рознымі марфалогіямі або выкрытыя спецыяльныя крыштальныя грані. Раструйце хларыд церы ў дыстыляванай вадзе, змяшайце і дадайце раствор гідраксіду натрыю. Уступіце ў рэакцыю гідратэрмальнай пры 170 ℃ на працягу 12 гадзін для падрыхтоўкі нанородаў аксіду церы з выкрытымі (111) і (110) крышталямі. Карэкціруючы ўмовы рэакцыі, доля (110) крыштальных плоскасцей у адкрытых крыштальных плоскасцях можа быць павялічана, што яшчэ больш узмацняе іх каталітычную актыўнасць. Рэгуляванне рэакцыі растваральніка і паверхневых лігандаў таксама можа вырабляць часціцы нана церы з асаблівай гідрафільнасцю або ліпафільнасцю. Напрыклад, даданне іёнаў ацэтату ў водную фазу можа прыгатаваць монодисперсированные гідрафільныя наначасціцы аксіду цэрыі ў вадзе. Выбраўшы непалярнага растваральніка і ўводзячы олеінавая кіслата ў якасці ліганда падчас рэакцыі, монодисперсированные ліпафільныя наначасціцы Ceria могуць быць падрыхтаваны ў непалярных арганічных растваральнікаў. (Гл. Малюнак 1)
Малюнак 1 Monodisperse Spherical Nano Ceria і нана ў форме стрыжня
1,4 Сол -гель -метад
Метад Gel Sol - гэта метад, які выкарыстоўвае некаторыя ці некалькі злучэнняў у якасці папярэднікаў, праводзіць хімічныя рэакцыі, такія як гідроліз у вадкім фазе, утвараючы SOL, а затым утварае гель пасля старэння, і, нарэшце, Drys і кальцыны для падрыхтоўкі ультрафінных парашкоў. Гэты метад асабліва падыходзіць для падрыхтоўкі высока дысперсійных шматкампанентных нанаматэрыялаў нана Ceria, такіх як жалеза Cerium, Cerium titanium, Cerium zirconium і іншыя кампазітныя аксіды нана, пра якія паведамлялася ў многіх справаздачах.
1.5 Іншыя метады
У дадатак да вышэйзгаданых метадаў, ёсць таксама метад мікра-ласьёна, метад сінтэзу мікрахвалевага печы, метад электраабсталявання, метад гарэння полымя плазменнага полымя, метад электралізу мембраны іёна і многія іншыя метады. Гэтыя метады маюць вялікае значэнне для даследаванняў і прымянення Nano Ceria.
Прымяненне аксіду церы з 2-нанометра пры ачыстцы вады
Cerium з'яўляецца найбольш распаўсюджаным элементам сярод рэдкіх элементаў Зямлі, з нізкімі коштамі і шырокімі прымяненнямі. Нанаметр Ceria і яго кампазіты прыцягнулі вялікую ўвагу ў галіне ачысткі вады з -за іх высокай спецыфічнай плошчы паверхні, высокай каталітычнай актыўнасці і выдатнай структурнай стабільнасці.
2.1 ПрымяненнеНана аксід цэрыіпры лячэнні вады метадам адсорбцыі
У апошнія гады, з развіццём такіх галін, як прамысловасць электронікі, была выпісана вялікая колькасць сцёкавых вод, якія змяшчаюць забруджвальныя рэчывы, такія як іёны цяжкіх металаў і фтор. Нават пры трасавых канцэнтрацыях гэта можа нанесці значную шкоду водным арганізмам і чалавечым асяроддзем. Звычайна выкарыстоўваюцца метады ўключаюць акісленне, флотацыю, зваротны осмас, адсорбцыю, нанафільтрацыю, біясорбцыю і г.д. Сярод іх тэхналогія адсорбцыі часта прымаецца з -за яго простай працы, нізкай кошту і высокай эфектыўнасці лячэння. Матэрыялы Nano CEO2 маюць высокую спецыфічную плошчу паверхні і высокую павярхоўную актыўнасць у якасці адсарбентаў, і было шмат паведамленняў аб сінтэзе сітаватага Nano CEO2 і яго кампазітных матэрыялаў з рознымі марфалогіямі да адсарба і выдалення шкодных іёнаў з вады.
Даследаванні паказалі, што Nano Ceria мае моцную адсорбцыйную здольнасць F - у вадзе ў слабых кіслых умовах. У растворы з першапачатковай канцэнтрацыяй F - 100 мг/л і рн = 5-6, адсорбцыйная здольнасць для F - 23 мг/г, а хуткасць выдалення F - 85,6%. Пасля загрузкі яго на поліакриловую кіслату смалы (колькасць загрузкі: 0,25 г/г), здольнасць выдалення F - можа дасягаць больш за 99% пры лячэнні роўнага аб'ёму 100 мг/л F - воднага раствора; Пры апрацоўцы ў 120 разоў больш за 90% F - можна выдаліць. Пры выкарыстанні для адсарбу фасфату і ёдату, адсорбцыйная здольнасць можа дасягаць больш за 100 мг/г пры адпаведным аптымальным стане адсорбцыі. Выкарыстаны матэрыял можа быць паўторна выкарыстаны пасля простага лячэння дэсорбцыі і нейтралізацыі, які мае вялікую эканамічную карысць.
Існуе мноства даследаванняў па адсорбцыі і лячэнні таксічных цяжкіх металаў, такіх як мыш'як, хром, кадмій і свінец з выкарыстаннем Nano Ceria і яго кампазітных матэрыялаў. Аптымальная адсорбцыйная рН вар'іруецца ў залежнасці ад іёнаў цяжкіх металаў з рознымі станумі валентнасці. Напрыклад, слабы шчолачны стан з нейтральным зрушэннем мае найлепшы стан адсорбцыі для AS (III), у той час як аптымальны стан адсорбцыі для AS (V) дасягаецца ў слабых кіслых умовах, дзе адсорбцыйная здольнасць можа дасягаць больш за 110 мг/г пры абодвух умовах. У цэлым аптымізаваны сінтэз нана -цериа і яго кампазітныя матэрыялы можа дасягнуць высокай хуткасці адсорбцыі і выдалення для розных іёнаў цяжкіх металаў у шырокім дыяпазоне рН.
On the other hand, cerium oxide based nanomaterials also have outstanding performance in adsorbing organics in wastewater, such as acid orange, rhodamine B, Congo red, etc. For example, in existing reported cases, nano ceria porous spheres prepared by electrochemical methods have high adsorption capacity in the removal of organic dyes, especially in the removal of Congo red, with an adsorption capacity of 942,7 мг/г за 60 хвілін.
2.2 Прымяненне Nano Ceria ў працэсе ўдасканаленага акіслення
Пашыраны працэс акіслення (AOPS коратка) прапануецца палепшыць існуючую бязводную сістэму лячэння. Пашыраны працэс акіслення, таксама вядомы як тэхналогія глыбокага акіслення, характарызуецца выпрацоўкай гідраксільных радыкалаў (· OH), радыкальнай супероксіду (· O2 -), сінглетным кіслародам і г.д. з моцнай здольнасцю да акіслення. Ва ўмовах рэакцыі высокай тэмпературы і ціску, электраэнергіі, гуку, светлавога апрамянення, каталізатара і г.д. У адпаведнасці з рознымі спосабамі атрымання свабодных радыкалаў і ўмоў рэакцыі іх можна падзяліць на фотахімічнае акісленне, акісленне каталітычнага мокрага, гл. Соньхіміі, акіслянне азона, электрахімічнае акішэнне, фентонскі акісленне, эфір (гл. Малюнак 2).
Малюнак 2 Класіфікацыя і тэхналагічная камбінацыя працэсу ўдасканаленага акіслення
Nano ceriaгэта неаднародны каталізатар, які звычайна выкарыстоўваецца ў працэсе прасунутага акіслення. З-за хуткага пераўтварэння паміж CE3+і CE4+і хуткім эфектам зніжэння акіслення, выкліканым паглынаннем кіслароду і вылучэннем, Nano Ceria валодае добрай каталітычнай здольнасцю. Пры выкарыстанні ў якасці прамоўтэра каталізатара ён таксама можа эфектыўна палепшыць каталітычную здольнасць і стабільнасць. Калі Nano Ceria і яго кампазітныя матэрыялы выкарыстоўваюцца ў якасці каталізатараў, каталітычныя ўласцівасці значна адрозніваюцца ад марфалогіі, памеру часціц і выкрытых крыштальных плоскасцей, якія з'яўляюцца ключавымі фактарамі, якія ўплываюць на іх прадукцыйнасць і прымяненне. Звычайна лічыцца, што чым меншыя часціцы і тым больш канкрэтная плошча паверхні, тым больш адпаведны актыўны ўчастак, і тым мацней каталітычная здольнасць. Каталітычная здольнасць адкрытай крышталічнай паверхні, ад моцнай да слабых, знаходзіцца ў парадку (100) крышталічнай паверхні> (110) крышталічнай паверхні> (111) крышталічнай паверхні, і адпаведная стабільнасць процілеглая.
Аксід церы - паўправадніковы матэрыял. Калі аксід нанаметраў CERIUM апрамяняецца фатонамі з энергіяй вышэй, чым зазор, якія ўзбуджаюцца электроны валентнай паласы, і адбываецца паводзіны пераходнага рэкамбінацыі. Такія паводзіны будуць спрыяць хуткасці пераўтварэння CE3+і CE4+, што прывядзе да моцнай фотакаталітычнай актыўнасці Nano Ceria. Фотакаталіз можа дасягнуць прамой дэградацыі арганічных рэчываў без другаснага забруджвання, таму яго прымяненне з'яўляецца найбольш вывучанай тэхналогіяй у галіне Nano Ceria ў AOPS. У цяперашні час асноўная ўвага надаецца лячэнню каталітычнай дэградацыі азо -фарбавальнікаў, фенолу, хлорабензолу і фармацэўтычных сцёкавых вод з выкарыстаннем каталізатараў з рознымі марфалогіямі і кампазіцыйнымі кампазіцыямі. Згодна з дакладам, у адпаведнасці з аптымізаваным метадам сінтэзу каталізатара і ўмовамі каталітычнай мадэлі, здольнасць дэградацыі гэтых рэчываў звычайна можа дасягнуць больш за 80%, а магутнасць выдалення агульнага арганічнага вугляроду (TOC) можа дасягнуць больш за 40%.
Каталіз аксіду нана нано для дэградацыі арганічных забруджвальных рэчываў, такіх як азон і перакіс вадароду, - яшчэ адна шырока вывучаная тэхналогія. Падобна да фотакаталізацыі, ён таксама засяроджаны на здольнасці нана -церы з рознымі марфалогіямі або крыштальнымі плоскасцямі і рознымі кампазітнымі каталітычнымі акісляльнікамі на аснове церыёму для акіслення і дэградацыі арганічных забруджвальных рэчываў. У такіх рэакцыях каталізатары могуць каталізаваць генерацыю вялікай колькасці актыўных радыкалаў з азону або перакісу вадароду, якія атакуюць арганічныя забруджвальныя рэчывы і дасягнуць больш эфектыўных магчымасцей дэградацыі акісляння. З -за ўвядзення акісляльнікаў у рэакцыю магчымасць выдалення арганічных злучэнняў значна ўзмацняецца. У большасці рэакцый канчатковая хуткасць выдалення мэтавага рэчыва можа дасягнуць або наблізіцца да 100%, а хуткасць выдалення TOC таксама вышэй.
У метадзе электракаталітычнага прасунутага акіслення ўласцівасці аноднага матэрыялу з высокай перапатэнцыяльнай эвалюцыяй кіслароду вызначаюць селектыўнасць электракаталітычнага метаду ўдасканалення акіслення для лячэння арганічных забруджвальных рэчываў. Катодны матэрыял з'яўляецца важным фактарам, які вызначае выпрацоўку H2O2, і выпрацоўка H2O2 вызначае эфектыўнасць электракаталітычнага метаду прасунутага акіслення для лячэння арганічных забруджвальных рэчываў. Вывучэнне мадыфікацыі матэрыялаў электрода з выкарыстаннем Nano Ceria атрымала шырокую ўвагу як унутры краіны, так і на міжнародным узроўні. Даследчыкі ў асноўным уводзяць аксід нана і яго кампазітныя матэрыялы з дапамогай розных хімічных метадаў для мадыфікацыі розных матэрыялаў электрода, паляпшэння іх электрахімічнай актыўнасці і тым самым павышаюць электракаталітычную актыўнасць і канчатковую хуткасць выдалення.
Мікрахвалевая печ і ультрагукавое даследаванне часта з'яўляюцца важнымі дапаможнымі мерамі для вышэйзгаданых каталітычных мадэляў. Прымаючы ультрагукавую дапамогу ў якасці прыкладу, выкарыстоўваючы вібрацыйныя гукавыя хвалі з частотамі, якія перавышаюць 25 кГц у секунду, мільёны надзвычай малых бурбалак генеруюцца ў растворы, сфармуляваным са спецыяльна распрацаваным чысткай. Гэтыя невялікія бурбалкі, падчас хуткага сціску і пашырэння, пастаянна вырабляюць імплазію бурбалак, што дазваляе матэрыялам хутка абменьвацца і дыфузіраваць на паверхні каталізатара, часта экспанентна павышаючы каталітычную эфектыўнасць.
3 Заключэнне
Nano Ceria і яго кампазітныя матэрыялы могуць эфектыўна лячыць іёны і арганічныя забруджвальныя рэчывы ў вадзе і мець важны патэнцыял прымянення ў будучых галінах ачысткі вады. Аднак большасць даследаванняў па -ранейшаму знаходзяцца ў лабараторнай стадыі, і для дасягнення хуткага прымянення ў лячэнні вады ў будучыні наступныя пытанні ўсё яшчэ трэба вырашаць:
(1) адносна высокая кошт падрыхтоўкі нанаCEO2На аснове матэрыялаў застаецца важным фактарам пераважнай большасці іх прымянення пры ачыстцы вады, якія ўсё яшчэ знаходзяцца ў этапе лабараторных даследаванняў. Вывучэнне недарагіх, простых і эфектыўных метадаў падрыхтоўкі, якія могуць рэгуляваць марфалогію і памер матэрыялаў, заснаваных на Nano CEO2, па-ранейшаму застаецца ў цэнтры ўвагі даследаванняў.
(2) З -за невялікага памеру часціц матэрыялаў, заснаваных на Nano CEO2, праблемы перапрацоўкі і рэгенерацыі пасля выкарыстання таксама з'яўляюцца важнымі фактарамі, якія абмяжоўваюць іх прымяненне. Кампазіт яго з смалавымі матэрыяламі або магнітнымі матэрыяламі стане ключавым напрамкам даследавання для яе падрыхтоўкі матэрыялаў і тэхналогіі перапрацоўкі.
(3) Распрацоўка сумеснага працэсу паміж тэхналогіяй ачысткі вады на аснове Nano CEO2 і традыцыйнай тэхналогіяй ачысткі каналізацыі значна спрыяе прымяненню каталітычнай тэхналогіі на аснове Nano CEO2 у галіне лячэння вады.
. Фактычны працэс ачысткі каналізацыі часта ўключае ў сябе суіснаванне некалькіх забруджвальных рэчываў, і суіснуючыя забруджвальныя рэчывы будуць узаемадзейнічаць адзін з адным, змяняючы тым самым характарыстыкі паверхні і патэнцыяльную таксічнасць нанаматэрыялаў. Такім чынам, існуе вострая неабходнасць праводзіць дадатковыя даследаванні па адпаведных аспектах.
Час паведамлення: мая-22-2023