CEO2je važna komponenta rijetkih zemaljskih materijala. TheRiječni zemljani element cerijumIma jedinstvenu vanjsku elektroničku strukturu - 4F15D16S2. Njegov poseban sloj 4F može učinkovito skladištiti i otpustiti elektrone, čineći se cerium ionima u državi Valence + 3 Valence. Stoga, CEO2 materijali imaju više rupa za kisik i imaju odličnu sposobnost skladištenja i otpuštanja kisika. Međusobna pretvorba CE (III) i CE (IV) takođe enduje direktore CEO2 sa jedinstvenim katalitičkim mogućnostima oksidacije. U usporedbi s rasutim materijalima, Nano CEO2, kao novi tip anorganskih materijala, dobio je široku pažnju zbog visokog specifičnog površine, odlične sposobnosti za pohranu i oslobađanje kisika, redox performansi i visoke temperaturne sposobnosti difuzije u obliku kisike i visoke temperature brzog difuzijskog difuzije. Trenutno postoji veliki broj izvještaja o istraživanjima i srodne aplikacije koristeći Nano CEO2 kao katalizatori, katalizator ili aditive, aktivne komponente i adsorbenti.
1. Način pripreme nanometraCerium oksid
Trenutno su zajedničke metode pripreme za Nano Ceria uglavnom uključuju hemijsku metodu i fizičku metodu. Prema različitim hemijskim metodama, hemijske metode mogu se podijeliti u metodu oborina, hidrotermalna metoda, solvotermalna metoda, metoda Sol Gel, metoda mikroemulzije i metoda elektrodelošenja; Fizička metoda je uglavnom metoda brušenja.
1.1 Metoda brušenja
Metoda brušenja za pripremu Nano Ceria općenito koristi brušenje pijeska, što ima prednosti niskog troška, ekološke ljubaznosti, brzine brzog obrade i snažne sposobnosti za obradu. Trenutno je najvažnija metoda obrade u Industriji Nano Ceria. Na primjer, priprema praha za poliranje nano cerijum oksid uglavnom prihvaća kombinaciju kalciniranja i brušenja pijeska, a sirovine od katalizatora za denitraža na bazi cerijum također se miješaju za prethodni tretman ili tretiraju nakon kalcine. Koristeći različite veličine čestica omjera brušenja perla, Nano Ceria s D50 u rasponu od desetina do stotina nanometara može se dobiti podešavanjem.
1.2 Način oborina
Metoda padavina odnosi se na način pripreme čvrstog praha prema količini, odvajanjem, pranjem, sušenjem, sušenjem i kalkaniranje sirovina otopinih u odgovarajućim otapalima. Metoda padavina široko se koristi u pripremi rijetkih zemaljskih i dopiranih nanomaterijala, s prednostima kao što su jednostavan proces pripreme, visoke efikasnosti i niskih troškova. To je obično korištena metoda za pripremu Nano Ceria i njegovih kompozitnih materijala u industriji. Ova metoda može pripremiti Nano Ceria s različitim morfologijom i veličinom čestice promjenom temperature količine materijala, brzine pH itd. Uobičajene metode oslanjaju se na padavine CERUIM IORS-a iz amonijaka koji proizlazi na UREA raspadaju se, a priprema Nano Ceria Microsfere kontroliraju citratni joni. Alternativno, cerijum ioni mogu se oboriti o OH - generiranim iz hidrolize natrijum-citrata, a zatim inkubirane i kalcibirane za pripremu pahuljica poput nano CERIA mikrosfere.
1.3 Hidrotermalne i solvotermalne metode
Ove dvije metode odnose se na način pripreme proizvoda sa visokom temperaturom i reakcijom visokog pritiska na kritičnoj temperaturi u zatvorenom sistemu. Kada je reakcijsko otapalo voda, naziva se hidrotermalnom metodom. U skladu s tim, kada je reakcijski otapalo organsko otapalo, on se naziva solvotermalna metoda. Sintetizirane nano čestice imaju visoku čistoću, dobru disperziju i ujednačene čestice, posebno nano pudere sa različitim morfologijama ili izloženim posebnim kristalnim licima. Otopite cerijum-hlorid u destiliranoj vodi, promiješajte i dodajte otopinu natrijum hidroksida. Reagirajte hidrotermalni na 170 ℃ za 12 sati za pripremu nanoroda cerijum oksid sa izloženim (111) i (110) kristalnim avionima. Podešavanjem reakcijskih uslova, udio (110) kristalnih aviona u izloženim kristalnim avionima može se povećati, dodatno poboljšati njihovu katalitičku aktivnost. Podešavanje reakcijskog i površinskog liganda mogu proizvesti i čestice nano ceria posebnom hidrofiličnošću ili lipofiličnošću. Na primjer, dodavanje acetatnih jona u vodenu fazu mogu pripremiti monodiže hidrofilne nanočestice cerium oksida u vodi. Odabirom ne-polarnog otapala i uvođenjem oleinske kiseline kao liganda tokom reakcije, monodibre lipofilske ceria nanočestice mogu se pripremiti u ne-polarnim organskim otapalima. (Vidi sliku 1)
Slika 1 Monodisperse sferično nano ceria i nano ceria u obliku štapa
1.4 Sol gel metoda
Sol gel metoda je metoda koja koristi neke ili više spojeva kao prekursore, provodi kemijske reakcije poput hidrolize u tekućoj fazi da bi se formiralo SOL, a zatim oblikova gel nakon starenja, a konačno su suđe i pripremili ultraferne pudere. Ova metoda je posebno pogodna za pripremu visokog komponenta nanomaterijal nanomaterijala nanomaterijama, poput cerijum gvožđe, cerijum titanijum, cerijum cirkonijum i ostale kompozitne nano okside, koje su prijavljene u mnogim izvještajima.
1.5 Ostale metode
Pored gore navedenih metoda, postoji i metoda mikro-losion, metoda mikrovalne sinteze, metoda elektrodepozicije, metoda sagorijevanja plazme, metoda membranske elektrolize u plazmi, metoda membrane iona i mnoge druge metode membrane. Ove metode imaju veliki značaj za istraživanje i primjenu Nano Ceria.
Primjena dvosmjerne cerij oksida u pročišćavanju vode
Cerijum je najobičniji element među retkim zemljanim elementima, sa niskim cijenama i širokim primjenama. Nanometar Ceria i njegovi kompoziti privukli su veliku pažnju na polju obrade vode zbog visokog specifičnog površine, visoke katalitičke aktivnosti i odlične strukturne stabilnosti.
2.1 PrimjenaNano cerijum oksidU pročišćavanju vode pomoću adsorpcije
Posljednjih godina, s razvojem industrija, kao što su elektronička industrija, velika količina otpadnih voda koja sadrži zagađivače poput teških metalnih jona i jona fluora. Čak i u koncentracijama praćenja može prouzrokovati značajne štete vodenim organizmima i ljudskom životnom okruženju. Uobičajeno korištene metode uključuju oksidaciju, flotaciju, reverzu osmozu, adsorpciju, nanofiltraciju, biosorpciju itd. Među njima, adsorpcija tehnologija često se usvaja zbog jednostavnog rada, niskog troška i visoke efikasnosti za tretman. Nano CEO2 materijali imaju visoku specifičnu površinu i visoku površinu kao Adsorbents, a postojalo je mnogo izvještaja o sintezi poroznog Nano-ovog generalnog direktora2 i njegovih kompozitnih materijala s različitim morfologijama za Adsorb i uklanjanje štetnih jona iz vode.
Istraživanje je pokazalo da Nano Ceria ima snažan adsorpcijski kapacitet za f - u vodi pod slabim kiselim uvjetima. U rješenju s početnom koncentracijom f - od 100 mg / l i pH = 5-6, adsorpcijski kapacitet za F - iznosi 23 mg / g, a brzina uklanjanja F - iznosi 85,6%. Nakon što ga učitate na poliakrilsku kiselinu silu (količina utovara: 0,25g / g), sposobnost uklanjanja F - može dostići preko 99% prilikom liječenja ravnopravne zapremine od 100 mg / L od F - vodene otopine; Prilikom obrade 120 puta više od glasnoće, više od 90% f - može se ukloniti. Kada se koristi za adsorbiranje fosfata i jodata, adsorpcijski kapacitet može dostići preko 100 mg / g pod odgovarajućim optimalnim adsorpcijskim stanjem. Rabljeni materijal može se ponovo upotrijebiti nakon jednostavnog ponavljanja i neutralizacije, što ima visoke ekonomske koristi.
Mnogo je studija o adsorpciji i liječenju toksičnih teških metala kao što su arsen, hrom, kadmij i vodstvo pomoću Nano Ceria i njegovih kompozitnih materijala. Optimalni adsorpcijski pH varira za teške metalne jone sa različitim valencijama. Na primjer, slab alkalni uvjet s neutralnom pristrasom ima najbolje adsorpcijsko stanje za (III), dok se optimalno adsorpcijsko stanje za kao (V) postiže pod slabim kiselim uvjetima, gdje se adsorpcijski kapacitet može dostići preko 110 mg / g u oba uvjeta. Sveukupno, optimizirana sinteza Nano Ceria i njegovih kompozitnih materijala može postići visoku adsorpciju i stope uklanjanja za razne teške metalne jone u širokom pH rasponu.
S druge strane, nanomaterijali zasnovane na cerijerama takođe imaju izvanredne performanse u adsorbirajućoj organima u otpadnoj vodi, Kongo crveno, itd. Nano Ceria Porozne sfere, posebno u uklanjanju organskih boja, posebno u uklanjanju Konga Crvenog, sa adsorpcijskim kapacitetom 942.7mg / G u 60 minuta.
2.2 Primjena Nano Ceria u naprednom procesu oksidacije
Predlaže se napredni proces oksidacije (AOP za kratak) za poboljšanje postojećeg anhidroznog sustava liječenja. Napredni proces oksidacije, poznat i kao tehnologija duboke oksidacije, karakterizira proizvodnja hidroksil radikala (· oh), superoksidni radikal (· O2 -), singletski kisik, itd. Snažnoj oksidacijskoj sposobnosti. Prema reakcijskim uvjetima visoke temperature i pritiska, struja, zvuk, lagano zračenje, katalizator itd. Prema različitim načinima stvaranja slobodnih radikala i reakcijskih uvjeta, katalitičko vlažno oksidaciju, oksidaciju ozona, elektrohemijsku oksidaciju, itd. (Vidi sliku 2).
Slika 2 Kombinacija klasifikacije i tehnologije naprednog procesa oksidacije
Nano CeriaJe li heterogena katalizator koji se obično koristi u naprednom procesu oksidacije. Zbog brzog pretvorbe između CE3 + i CE4 + i efekta brzog smanjenja oksidacije koji je donio apsorpcijom i otpuštanju kisika, Nano Ceria ima dobru katalitičku sposobnost. Kada se koristi kao katalizator promotor, to takođe može efikasno poboljšati katalitičku sposobnost i stabilnost. Kad se Nano Ceria i njegovi kompozitni materijali koriste kao katalizatori, katalitička svojstva uvelike se razlikuju od morfologije, veličine čestica i izloženim kristalnim avionima, koji su ključni faktori koji utječu na njihovu performanse i primjenu. Općenito se vjeruje da su manji čestice i veće specifične površine, što je odgovarajuće aktivno mjesto i jače katalitičke sposobnosti. Katalitička sposobnost izložene kristalne površine, od jake do slabe, nalazi se redoslijedom (100) kristalne površine> (110) kristalne površine> (111) kristalna površina, a odgovarajuća stabilnost je suprotna.
Cerijum oksid je poluvodički materijal. Kad se nanometro cerijum oksid ozračenim fotonima, energijom većim od GAP-a opsega, valentne trake su uzbuđeni, a pojavljuje se ponašanje prelaznog rekombinacije. Ovo ponašanje će promovirati stopu konverzije CE3 + i CE4 +, što rezultira jakom fotokatalitičkom aktivnošću Nano Ceria. Fotokataliza može postići direktnu degradaciju organske materije bez sekundarnog zagađenja, tako da je njegova primjena najrazvijenija tehnologija na polju Nano Ceria u AOP-u. Trenutno je glavni fokus na liječenju katalitičkog razgradnje azo boja, fenola, klorobenzena i farmaceutske otpadne vode koristeći katalizatore s različitim morfologijama i kompozitnim kompozicijama. Prema izvještaju, pod optimizovanim metodom sinteze katalizatora i katalitičkim modelima, kapacitet degradacije ovih tvari može dostići više od 80%, a kapacitet uklanjanja ukupnog organskog ugljika (TOC) može dostići više od 40%.
Nano cerijum oksidna katalizacija za degradaciju organskih zagađivača poput ozona i vodika peroksida još je jedna široko proučena tehnologija. Slično je fotokataliza, također se fokusira na sposobnost Nano Ceria s različitim morfologijama ili kristalnim avionima i različitim kompozitnim katalitičkim oksidantima zasnovanim na cerium za oksidiranje i uklanjanje organskih zagađivača. U takvim reakcijama katalizatori mogu katalizirati proizvodnju velikog broja aktivnih radikala iz ozonskog ili vodikovog peroksida, koji napadaju organske zagađivače i postižu efikasnije oksidativne sposobnosti degradacije. Zbog uvođenja oksidanata u reakciji, mogućnost uklanjanja organskih spojeva uvelike je poboljšana. U većini reakcija, konačna stopa uklanjanja ciljne tvari može doći ili pristupiti 100%, a brzina uklanjanja TOC-a je takođe veća.
U elektrokatalitičkoj naprednoj oksidaciji, svojstva anodnog materijala sa visokim evolucijom o kisiku određuju selektivnost elektrokatalitičke napredne oksidacijske metode za liječenje organskih zagađivača. Katodni materijal važan je faktor koji određuje proizvodnju H2O2, a proizvodnja H2O2 određuje efikasnost elektrokatalitičke napredne oksidacije za liječenje organskih zagađivača. Studija elektroda modifikacije materijala pomoću Nano Ceria dobila je široku pažnju i domaće i međunarodno. Istraživači uglavnom uvode nano cerijum oksid i njegove kompozitne materijale kroz različite hemijske metode za izmjenu različitih materijala elektrode, poboljšavaju svoju elektrohemijsku aktivnost i na taj način povećavaju elektrokatalitičku aktivnost i završnu brzinu uklanjanja.
Mikrovalna pećnica i ultrazvuk su često važne pomoćne mjere za gore navedene katalitičke modele. Preuzimanje ultrazvučne pomoći kao primer, koristeći zvučne valove vibracija sa frekvencijama većim od 25kHz u sekundi, milioni izuzetno malih mjehurića generiraju se u rješenju formuliranim sa posebno dizajniranim sredstvom za čišćenje. Ove male mjehuriće, tijekom brze kompresije i širenja, stalno stvaraju mjehuriće implozije, omogućavajući materijali za brzo razmjenu i difuziju na površini katalizatora, često eksponencijalno poboljšanje katalitičke efikasnosti.
3 Zaključak
Nano Ceria i njegovi kompozitni materijali mogu se efikasno liječiti ionima i organskim zagađivačima u vodi i imati važan potencijal aplikacije u budućim poljima za pročišćavanje vode. Međutim, većina istraživanja je i dalje u laboratorijskoj fazi, a kako bi se postigla brza primjena u tretmanu vode u budućnosti, još uvijek treba hitno riješiti sljedeća pitanja:
(1) relativno visoki troškovi pripreme NanoaCEO2Na bazi materijala ostaje važan faktor u velikoj većini njihovih primjena u pročišćavanju vode, koji su još u laboratorijskoj fazi istraživanja. Istraživanje jeftinih, jednostavnih i efikasnih metoda pripreme koje mogu regulirati morfologiju i veličinu Nano-ovog materijala zasnovanih na izvršnostima i dalje je fokus istraživanja.
(2) Zbog male veličine čestica nano-ceo2 materijala zasnovane na eticklingu i regeneraciji nakon upotrebe također su važni faktori koji ograničavaju njihovu primjenu. Kompozit od materijala za smole ili magnetni materijali bit će ključni smjer istraživanja za njegovu tehnologiju pripreme i recikliranja materijala.
(3) Razvoj zajedničkog procesa između materijalne tehnologije za prečišćavanje vode na Uno-u i tradicionalnoj tehnologiji za pročišćavanje kanalizacije uvelike će promovirati primjenu materijalne katalitičke tehnologije zasnovane na Uno-u nano.
(4) Još uvijek postoji ograničena istraživanja o toksičnosti materijala na bazi Nano2, a njihovo utjelovljenje na okoliš i mehanizam toksičnosti u sustavima za pročišćavanje vode još nisu određeni. Stvarni proces obrade kanalizacije često uključuje suživot više zagađivača, a koegzistički zagađivači će međusobno komunicirati i na taj način mijenjajući površinske karakteristike i potencijalnu toksičnost nanomaterijala. Stoga postoji hitna potreba za provođenjem više istraživanja o povezanim aspektima.
Pošta: May-22-2023