Pag-andam sa Nano Cerium Oxide ug ang Paggamit Niini sa Pagtambal sa Tubig

CeO2mao ang usa ka importante nga bahin sa talagsaon nga yuta nga mga materyales. Angtalagsaon nga elemento sa yuta seriumadunay usa ka talagsaon nga gawas nga electronic nga istruktura - 4f15d16s2. Ang espesyal nga 4f layer niini epektibo nga makatipig ug makapagawas sa mga electron, nga maghimo sa mga cerium ions nga molihok sa +3 valence state ug +4 valence state. Busa, ang mga materyales sa CeO2 adunay daghang mga lungag sa oksiheno, ug adunay maayo kaayo nga abilidad sa pagtipig ug pagpagawas sa oksiheno. Ang us aka pagkakabig sa Ce (III) ug Ce (IV) naghatag usab sa mga materyales sa CeO2 nga adunay talagsaon nga katakus sa pag-oksihenasyon-pagminus sa catalytic. Kung itandi sa daghang mga materyales, ang nano CeO2, ingon usa ka bag-ong tipo sa dili organikong materyal, nakadawat kaylap nga atensyon tungod sa taas nga espesipikong lugar sa nawong, maayo kaayo nga pagtipig sa oxygen ug abilidad sa pagpagawas, conductivity sa oxygen ion, redox performance, ug taas nga temperatura nga paspas nga pagsabwag sa bakante sa oxygen. abilidad. Sa pagkakaron adunay daghan nga mga taho sa panukiduki ug may kalabutan nga mga aplikasyon nga naggamit sa nano CeO2 isip mga catalyst, catalyst carriers o additives, aktibong sangkap, ug adsorbents.

1. Pamaagi sa pag-andam sa nanometercerium oxide

Sa pagkakaron, ang kasagarang mga pamaagi sa pagpangandam alang sa nano ceria nag-una naglakip sa kemikal nga pamaagi ug pisikal nga pamaagi. Sumala sa lain-laing mga kemikal nga mga pamaagi, kemikal nga mga pamaagi mahimong bahinon ngadto sa ulan nga pamaagi, hydrothermal nga pamaagi, solvothermal pamaagi, sol gel nga pamaagi, microemulsion pamaagi ug electrodeposition pamaagi; Ang pisikal nga paagi mao ang panguna nga paagi sa paggaling.

 
1.1 Pamaagi sa paggaling

Ang pamaagi sa paggaling alang sa pag-andam sa nano ceria sa kasagaran naggamit sa paggaling sa balas, nga adunay mga bentaha sa mubu nga gasto, pagkamahigalaon sa kalikopan, paspas nga tulin sa pagproseso, ug kusog nga abilidad sa pagproseso. Kini karon ang labing hinungdanon nga pamaagi sa pagproseso sa industriya sa nano ceria. Pananglitan, ang pag-andam sa nano cerium oxide polishing powder sa kasagaran nagsagop sa usa ka kombinasyon sa calcination ug sand grinding, ug ang mga hilaw nga materyales sa cerium based denitration catalysts gisagol usab alang sa pre-treatment o pagtratar human sa calcination gamit ang sand grinding. Pinaagi sa paggamit sa lain-laing mga gidak-on sa balas grinding bead ratios, nano ceria uban sa D50 gikan sa napulo ngadto sa gatusan ka mga nanometer mahimong makuha pinaagi sa adjustment.

 
1.2 Pamaagi sa ulan

Ang pamaagi sa ulan nagtumong sa pamaagi sa pag-andam sa solid powder pinaagi sa ulan, pagbulag, paghugas, pagpauga, ug calcination sa mga hilaw nga materyales nga natunaw sa angay nga mga solvent. Ang pamaagi sa pag-ulan kaylap nga gigamit sa pag-andam sa talagsaon nga yuta ug doped nanomaterials, nga adunay mga bentaha sama sa yano nga proseso sa pag-andam, taas nga kahusayan, ug mubu nga gasto. Usa kini ka kasagarang gigamit nga pamaagi sa pag-andam sa nano ceria ug sa mga composite nga materyales niini sa industriya. Kini nga pamaagi makaandam sa nano ceria nga adunay lain-laing morpolohiya ug gidak-on sa partikulo pinaagi sa pagbag-o sa temperatura sa ulan, konsentrasyon sa materyal, pH nga bili, katulin sa pag-ulan, katulin sa pagpalihok, template, ug uban pa. ug ang pag-andam sa nano ceria microspheres kontrolado sa citrate ions. Sa laing bahin, ang mga cerium ions mahimong ma-precipitate sa OH - nga namugna gikan sa hydrolysis sa sodium citrate, ug dayon i-incubate ug calcined aron maandam ang flake sama sa nano ceria microspheres.

 
1.3 Hydrothermal ug solvothermal nga mga pamaagi

Kini nga duha ka mga pamaagi nagtumong sa pamaagi sa pag-andam sa mga produkto pinaagi sa taas nga temperatura ug taas nga presyur nga reaksyon sa kritikal nga temperatura sa usa ka sirado nga sistema. Sa diha nga ang reaksyon solvent mao ang tubig, kini gitawag hydrothermal nga pamaagi. Sa susama, kung ang reaksyon nga solvent usa ka organikong solvent, gitawag kini nga solvothermal nga pamaagi. Ang synthesized nano nga mga partikulo adunay taas nga kaputli, maayo nga pagkatibulaag ug uniporme nga mga partikulo, ilabi na ang mga nano powder nga adunay lain-laing mga morphologies o gibutyag espesyal nga kristal nga mga nawong. Dissolve cerium chloride sa distilled nga tubig, pagpalihok ug pagdugang sodium hydroxide solusyon. I-react ang hydrothermal sa 170 ℃ sulod sa 12 ka oras aron maandam ang cerium oxide nanorods nga adunay nahayag nga (111) ug (110) nga kristal nga mga eroplano. Pinaagi sa pag-adjust sa mga kondisyon sa reaksyon, ang proporsyon sa (110) nga kristal nga mga eroplano sa gibutyag nga kristal nga mga eroplano mahimong madugangan, dugang nga pagpausbaw sa ilang catalytic nga kalihokan. Ang pag-adjust sa reaksyon nga solvent ug surface ligand makahimo usab og nano ceria particles nga adunay espesyal nga hydrophilicity o lipophilicity. Pananglitan, ang pagdugang sa acetate ions sa tubig nga bahin makaandam sa monodisperse hydrophilic cerium oxide nanoparticle sa tubig. Pinaagi sa pagpili sa non-polar solvent ug pagpaila sa oleic acid isip ligand atol sa reaksyon, ang monodisperse lipophilic ceria nanoparticle mahimong maandam sa non-polar organic solvents. (Tan-awa ang Figure 1)

Figure 1 Monodisperse spherical nano ceria ug rod-shaped nano ceria

1.4 Sol gel nga pamaagi

Ang pamaagi sa sol gel usa ka pamaagi nga naggamit sa pipila o daghang mga compound ingon mga pasiuna, nagpahigayon mga kemikal nga reaksyon sama sa hydrolysis sa likido nga hugna aron maporma ang sol, ug dayon nagporma og gel pagkahuman sa pagkatigulang, ug sa katapusan gipauga ug mga calcines aron maandam ang mga ultrafine nga pulbos. Ang kini nga pamaagi labi ka angay alang sa pag-andam sa labi ka nagkatibulaag nga multi-component nano ceria composite nanomaterial, sama sa cerium iron, cerium titanium, cerium zirconium ug uban pang mga composite nano oxides, nga gitaho sa daghang mga taho.

 
1.5 Ubang mga pamaagi

Gawas pa sa mga pamaagi sa ibabaw, adunay usab micro lotion nga pamaagi, microwave synthesis nga pamaagi, electrodeposition nga pamaagi, plasma flame combustion method, ion-exchange membrane electrolysis method ug daghan pang mga pamaagi. Kini nga mga pamaagi adunay dako nga kahulogan alang sa panukiduki ug paggamit sa nano ceria.

 
Paggamit sa 2-nanometer cerium oxide sa pagtambal sa tubig

Ang Cerium mao ang labing abunda nga elemento taliwala sa talagsaon nga mga elemento sa yuta, nga adunay ubos nga presyo ug lapad nga aplikasyon. Ang nanometer ceria ug ang mga komposisyon niini nakadani ug daghang atensyon sa natad sa pagtambal sa tubig tungod sa ilang taas nga espesipikong lugar sa nawong, taas nga kalihokan sa catalytic ug maayo kaayo nga kalig-on sa istruktura.

 
2.1 Paggamit saNano Cerium Oxidesa Water Treatment pinaagi sa Adsorption Method

Sa bag-ohay nga mga tuig, sa pag-uswag sa mga industriya sama sa industriya sa elektroniko, daghang mga basura nga adunay sulud nga mga hugaw sama sa mga bug-at nga metal nga mga ion ug mga fluorine ion ang gipagawas. Bisan sa mga pagsubay nga konsentrasyon, kini mahimong hinungdan sa dakong kadaot sa mga organismo sa tubig ug sa palibot sa kinabuhi sa tawo. Ang kasagarang gigamit nga mga pamaagi naglakip sa oksihenasyon, flotation, reverse osmosis, adsorption, nanofiltration, biosorption, ug uban pa. Ang mga materyales sa Nano CeO2 adunay taas nga espesipikong lugar sa nawong ug taas nga kalihokan sa nawong ingon mga adsorbents, ug adunay daghang mga taho sa synthesis sa porous nano CeO2 ug ang mga composite nga materyales niini nga adunay lainlaing mga morpolohiya aron ma-adsorb ug makuha ang makadaot nga mga ion gikan sa tubig.

Gipakita sa panukiduki nga ang nano ceria adunay kusog nga kapasidad sa adsorption alang sa F - sa tubig ubos sa huyang nga acidic nga mga kondisyon. Sa usa ka solusyon nga adunay inisyal nga konsentrasyon sa F - sa 100mg/L ug pH=5-6, ang adsorption kapasidad alang sa F - mao ang 23mg/g, ug ang pagtangtang rate sa F - mao ang 85.6%. Human sa pagkarga niini ngadto sa usa ka polyacrylic acid resin bola (loading kantidad: 0.25g/g), ang pagtangtang abilidad sa F - mahimong moabot sa ibabaw sa 99% sa diha nga pagtratar sa usa ka patas nga gidaghanon sa 100mg/L sa F - tubigon nga solusyon; Kung giproseso ang 120 ka beses ang gidaghanon, labaw pa sa 90% sa F - mahimong makuha. Kung gigamit sa pag-adsorb sa phosphate ug iodate, ang kapasidad sa adsorption mahimong moabot sa 100mg/g ubos sa katugbang nga kamahinungdanon nga adsorption state. Ang gigamit nga materyal mahimong magamit pag-usab human sa yano nga desorption ug neutralization nga pagtambal, nga adunay taas nga mga benepisyo sa ekonomiya.

Adunay daghang mga pagtuon sa adsorption ug pagtambal sa makahilo nga bug-at nga mga metal sama sa arsenic, chromium, cadmium, ug lead gamit ang nano ceria ug ang mga composite nga materyales niini. Ang labing maayo nga adsorption pH magkalainlain alang sa bug-at nga metal nga mga ion nga adunay lainlaing mga estado sa valence. Pananglitan, ang huyang nga alkaline nga kondisyon nga adunay neutral nga bias adunay labing maayo nga adsorption state alang sa As (III), samtang ang kamalaumon nga adsorption state alang sa As (V) makab-ot ubos sa huyang nga acidic nga kondisyon, diin ang adsorption nga kapasidad mahimong moabot sa 110mg/g ubos sa duha. mga kondisyon. Sa kinatibuk-an, ang na-optimize nga synthesis sa nano ceria ug ang mga komposit nga materyales mahimo’g makab-ot ang taas nga rate sa adsorption ug pagtangtang alang sa lainlaing mga bug-at nga metal nga ion sa usa ka halapad nga hanay sa pH.

Sa laing bahin, ang cerium oxide based nanomaterials usab adunay talagsaong performance sa adsorbing organics sa wastewater, sama sa acid orange, rhodamine B, Congo red, ug uban pa. kapasidad sa adsorption sa pagtangtang sa mga organikong tina, ilabi na sa pagtangtang sa pula nga Congo, nga adunay kapasidad sa adsorption nga 942.7mg/g sa 60 minuto.

 
2.2 Paggamit sa nano ceria sa Advanced nga proseso sa oksihenasyon

Ang abante nga proseso sa oksihenasyon (AOPs alang sa mubo) gisugyot aron mapaayo ang naglungtad nga anhydrous treatment system. Ang advanced nga proseso sa oksihenasyon, nailhan usab nga teknolohiya sa lawom nga oksihenasyon, gihulagway sa paghimo sa hydroxyl radical (· OH), superoxide radical (· O2 -), singlet oxygen, ug uban pa nga adunay kusog nga abilidad sa oksihenasyon. Ubos sa reaksyon nga mga kondisyon sa taas nga temperatura ug pressure, elektrisidad, tingog, kahayag irradiation, catalyst, ug uban pa Sumala sa lain-laing mga paagi sa pagmugna free radicals ug reaksyon kondisyon, sila mahimong bahinon ngadto sa photochemical oxidation, catalytic basa nga oksihenasyon, sonochemistry oxidation, ozone oxidation, electrochemical oxidation, Fenton oxidation, ug uban pa (tan-awa ang Figure 2).

Figure 2 Klasipikasyon ug Kombinasyon sa Teknolohiya sa Advanced nga proseso sa oksihenasyon

Nano nga ceriausa ka heterogeneous catalyst nga sagad gigamit sa Advanced nga proseso sa oksihenasyon. Tungod sa paspas nga pagkakabig tali sa Ce3 + ug Ce4 + ug ang paspas nga pagkunhod sa oksihenasyon nga epekto nga gidala sa pagsuyup ug pagpagawas sa oxygen, ang nano ceria adunay maayo nga katakus sa catalytic. Kung gigamit ingon usa ka tigpasiugda sa katalista, mahimo usab nga epektibo nga mapauswag ang katakus ug kalig-on sa catalytic. Kung ang nano ceria ug ang mga composite nga materyales niini gigamit ingon nga mga catalyst, ang mga catalytic nga mga kabtangan magkalainlain sa morpolohiya, gidak-on sa partikulo, ug nahayag nga mga eroplano nga kristal, nga hinungdanon nga mga hinungdan nga nakaapekto sa ilang pasundayag ug aplikasyon. Gituohan sa kadaghanan nga ang gagmay nga mga partikulo ug labi ka dako ang piho nga lugar sa nawong, labi ka katugbang nga aktibo nga lugar, ug labi ka kusog ang katakus sa catalytic. Ang catalytic nga abilidad sa gibutyag nga kristal nga nawong, gikan sa lig-on ngadto sa huyang, anaa sa han-ay sa (100) kristal nga nawong> (110) kristal nawong> (111) kristal nawong, ug ang katugbang nga kalig-on mao ang atbang.

Ang cerium oxide usa ka semiconductor nga materyal. Kung ang nanometer cerium oxide gi-irradiated sa mga photon nga adunay kusog nga mas taas kaysa sa gintang sa banda, ang mga electron sa valence band nahinam, ug ang pagbag-o sa pagbag-o nga pamatasan mahitabo. Kini nga pamatasan magpasiugda sa rate sa pagkakabig sa Ce3 + ug Ce4 +, nga moresulta sa kusog nga kalihokan sa photocatalytic sa nano ceria. Makab-ot sa photocatalysis ang direkta nga pagkadaot sa organikong butang nga wala’y sekondaryang polusyon, busa ang aplikasyon niini mao ang labing gitun-an nga teknolohiya sa natad sa nano ceria sa mga AOP. Sa pagkakaron, ang nag-unang pokus mao ang catalytic degradation nga pagtambal sa mga azo dyes, phenol, chlorobenzene, ug pharmaceutical wastewater gamit ang mga catalyst nga adunay lain-laing mga morphologies ug composite compositions. Sumala sa taho, ubos sa optimized catalyst synthesis method ug catalytic model nga mga kondisyon, ang degradation nga kapasidad niini nga mga substansya kasagarang moabot sa labaw sa 80%, ug ang pagtangtang sa kapasidad sa Total organic carbon (TOC) mahimong moabot sa labaw sa 40%.

Ang nano cerium oxide catalysis alang sa pagkadaot sa mga organikong pollutant sama sa ozone ug hydrogen peroxide maoy lain nga kaylap nga gitun-an nga teknolohiya. Sama sa photocatalysis, nagtutok usab kini sa abilidad sa nano ceria nga adunay lain-laing morphologies o crystal planes ug lain-laing cerium based composite catalytic oxidants sa pag-oxidize ug pag-degrade sa mga organic pollutants. Sa ingon nga mga reaksyon, ang mga catalyst mahimo nga mag-catalyze sa henerasyon sa daghang mga aktibo nga radical gikan sa ozone o hydrogen peroxide, nga moatake sa mga organikong pollutant ug makab-ot ang labi ka episyente nga mga kapabilidad sa pagkadaot sa oxidative. Tungod sa pagpaila sa mga oxidant sa reaksyon, ang abilidad sa pagtangtang sa mga organikong compound labi nga gipauswag. Sa kadaghanan nga mga reaksyon, ang katapusan nga rate sa pagtangtang sa target nga substansiya mahimong moabot o moduol sa 100%, ug ang TOC nga rate sa pagtangtang mas taas usab.

Sa electrocatalytic advanced oxidation method, ang mga kabtangan sa anode nga materyal nga adunay taas nga oxygen evolution overpotential nagtino sa selectivity sa electrocatalytic advanced oxidation method alang sa pagtambal sa mga organikong pollutant. Ang cathode nga materyal usa ka importante nga butang nga nagtino sa produksyon sa H2O2, ug ang produksyon sa H2O2 nagtino sa kahusayan sa electrocatalytic advanced oxidation nga pamaagi alang sa pagtambal sa mga organikong pollutant. Ang pagtuon sa pagbag-o sa materyal sa electrode gamit ang nano ceria nakadawat kaylap nga atensyon sa lokal ug internasyonal. Ang mga tigdukiduki nag-una nga gipaila ang nano cerium oxide ug ang mga komposit nga materyales niini pinaagi sa lainlaing mga pamaagi sa kemikal aron mabag-o ang lainlaing mga materyales sa electrode, mapaayo ang ilang kalihokan sa electrochemical, ug sa ingon nagdugang ang kalihokan sa electrocatalytic ug katapusan nga rate sa pagtangtang.

Ang microwave ug ultrasound kasagarang importante nga auxiliary nga mga lakang para sa mga catalytic nga modelo sa ibabaw. Ang pagkuha sa ultrasonic nga tabang ingon usa ka pananglitan, gamit ang vibration sound waves nga adunay mga frequency nga mas taas kaysa 25kHz matag segundo, milyon-milyon nga labi ka gagmay nga mga bula ang nahimo sa usa ka solusyon nga giporma sa usa ka espesyal nga gidisenyo nga ahente sa paglimpyo. Kini nga gagmay nga mga bula, sa panahon sa paspas nga pag-compress ug pagpalapad, kanunay nga nagpatunghag bubble implosion, nga nagtugot sa mga materyales nga dali nga magbinayloay ug magsabwag sa ibabaw sa catalyst, nga kanunay nga nagpauswag sa pagkaayo sa catalytic.

 
3 Konklusyon

Ang Nano ceria ug ang mga composite nga materyales niini epektibong makatratar sa mga ion ug mga organikong hugaw sa tubig, ug adunay importanteng potensyal nga magamit sa umaabot nga mga umahan sa pagtambal sa tubig. Bisan pa, kadaghanan sa panukiduki naa pa sa yugto sa laboratoryo, ug aron makab-ot ang paspas nga aplikasyon sa pagtambal sa tubig sa umaabot, ang mga musunud nga isyu kinahanglan pa nga matubag dayon:

(1) Ang medyo taas nga gasto sa pag-andam sa nanoCeO2base nga mga materyales nagpabilin nga usa ka importante nga butang sa kadaghanan sa ilang mga aplikasyon sa tubig treatment, nga anaa pa sa laboratory research stage. Ang pagsuhid sa mubu nga gasto, yano ug epektibo nga mga pamaagi sa pag-andam nga makakontrol sa morpolohiya ug gidak-on sa nano nga CeO2 nga mga materyales nga gibase sa usa ka pokus sa panukiduki.

(2) Tungod sa gamay nga gidak-on sa partikulo sa nano CeO2 nga mga materyales nga nakabase, ang mga isyu sa pag-recycle ug pagbag-o pagkahuman sa paggamit hinungdanon usab nga mga hinungdan nga naglimite sa ilang aplikasyon. Ang komposisyon niini nga adunay mga materyales nga resin o magnetic nga materyales mahimong usa ka hinungdanon nga direksyon sa panukiduki alang sa pag-andam sa materyal ug teknolohiya sa pag-recycle.

(3) Ang pag-uswag sa usa ka hiniusang proseso tali sa nano CeO2 nga nakabase sa materyal nga teknolohiya sa pagtambal sa tubig ug sa tradisyonal nga teknolohiya sa pagtambal sa sewage makapauswag pag-ayo sa paggamit sa nano CeO2 nga nakabase sa materyal nga catalytic nga teknolohiya sa natad sa pagtambal sa tubig.

(4) Adunay pa limitado nga panukiduki bahin sa pagkahilo sa nano CeO2 nga mga materyales nga nakabase, ug ang ilang pamatasan sa kinaiyahan ug mekanismo sa pagkahilo sa mga sistema sa pagtambal sa tubig wala pa matino. Ang aktuwal nga proseso sa pagtambal sa sewage sagad naglakip sa coexistence sa daghang mga pollutant, ug ang coexisting pollutants makig-interact sa usag usa, sa ingon mausab ang mga kinaiya sa nawong ug potensyal nga toxicity sa nanomaterials. Busa, adunay dinalian nga panginahanglan sa paghimo ug dugang nga panukiduki bahin sa mga may kalabotan nga aspeto.