CeO2estas grava komponanto de raraj teraj materialoj. Laelemento de rara tero ceriohavas unikan eksteran elektronikan strukturon - 4f15d16s2. Ĝia speciala 4f-tavolo povas efike stoki kaj liberigi elektronojn, igante ceriajn jonojn konduti en la +3 valenta stato kaj +4 valenta stato. Tial, CeO2-materialoj havas pli da oksigentruoj, kaj havas bonegan kapablon stoki kaj liberigi oksigenon. La reciproka konvertiĝo de Ce (III) kaj Ce (IV) ankaŭ dotas CeO2-materialojn per unikaj oksigen-reduktaj katalizaj kapabloj. Kompare kun pograndaj materialoj, nano CeO2, kiel nova speco de neorganika materialo, ricevis vastan atenton pro sia alta specifa surfacareo, bonega oksigena stokado kaj liberiga kapablo, oksigenjona kondukteco, redox-agado kaj alt-temperatura rapida oksigena vaka disvastigo. kapableco. Nuntempe ekzistas granda nombro da esplorraportoj kaj rilataj aplikoj uzantaj nano-CeO2 kiel katalizilojn, katalizilportaĵojn aŭ aldonaĵojn, aktivajn komponentojn kaj adsorbantojn.
1. Prepara metodo de nanometroceria oksido
Nuntempe, la komunaj preparmetodoj por nanocerio ĉefe inkluzivas kemian metodon kaj fizikan metodon. Laŭ malsamaj kemiaj metodoj, kemiaj metodoj povas esti dividitaj en precipita metodo, hidrotermika metodo, solvoterma metodo, solĝelo metodo, mikroemulsion metodo kaj elektrodemetado metodo; La fizika metodo estas ĉefe la muelanta metodo.
1.1 Muelanta metodo
La muelanta metodo por prepari nanocerio ĝenerale uzas sablon muelantan, kiu havas la avantaĝojn de malalta kosto, ekologia amikeco, rapida pretiga rapideco kaj forta pretigkapablo. Ĝi estas nuntempe la plej grava pretigmetodo en la nanoceria industrio. Ekzemple, la preparado de nanoceria oksida polura pulvoro ĝenerale adoptas kombinaĵon de kalcinado kaj sablo-muelado, kaj la krudaĵoj de cerio-bazitaj denitraj kataliziloj ankaŭ estas miksitaj por antaŭtraktado aŭ traktataj post kalcinado uzante sablomueladon. Uzante malsamajn partiklograndecan sablon muelantajn bildproporciojn, nanocerio kun D50 intervalanta de dekoj ĝis centoj da nanometroj povas esti akirita per alĝustigo.
1.2 Precipita metodo
La precipita metodo rilatas al la metodo de preparado de solida pulvoro per precipitaĵo, apartigo, lavado, sekigado kaj kalcinado de krudaĵoj solvita en taŭgaj solviloj. La precipita metodo estas vaste uzata en la preparado de maloftaj teroj kaj dopitaj nanomaterialoj, kun avantaĝoj kiel simpla preparprocezo, alta efikeco kaj malalta kosto. Ĝi estas ofte uzata metodo por preparado de nanocerio kaj ĝiaj kunmetitaj materialoj en industrio. Ĉi tiu metodo povas prepari nanocerion kun malsama morfologio kaj partiklograndeco ŝanĝante la precipitaĵtemperaturon, materialan koncentriĝon, pH-valoron, precipitaĵrapidecon, kirantan rapidon, ŝablonon, ktp. Oftaj metodoj dependas de la precipitaĵo de ceriojonoj el amoniako generita per ureomalkomponaĵo, kaj la preparado de nanoceria mikrosferoj estas kontrolita de citrato jonoj. Alternative, ceriojonoj povas esti precipititaj per OH - generitaj de la hidrolizo de natria citrato, kaj tiam kovataj kaj kalcinitaj por prepari flokon kiel nanoceria mikrosferoj.
1.3 Hidrotermikaj kaj solvotermaj metodoj
Ĉi tiuj du metodoj rilatas al la metodo de preparado de produktoj per alt- kaj altprema reago ĉe kritika temperaturo en fermita sistemo. Kiam la reakcia solvilo estas akvo, ĝi nomiĝas hidrotermika metodo. Ekvivalente, kiam la reakcia solvilo estas organika solvilo, ĝi estas nomita solvoterma metodo. La sintezitaj nanopartikloj havas altan purecon, bonan disvastigon kaj unuformajn partiklojn, precipe la nanopulvoroj kun malsamaj morfologioj aŭ elmontritaj specialaj kristalaj vizaĝoj. Solvu cerian kloridon en distilita akvo, movu kaj aldonu natrian hidroksidan solvon. Reagi hidrotermal je 170 ℃ dum 12 horoj por prepari cerioksidajn nanobatojn kun elmontritaj (111) kaj (110) kristalaj aviadiloj. Ĝustigante la reagkondiĉojn, la proporcio de (110) kristalaviadiloj en la senŝirmaj kristalaviadiloj povas esti pliigita, plue plifortigante ilian katalizan agadon. Alĝustigi la reakcian solvilon kaj surfacajn perantojn ankaŭ povas produkti nanoceriajn partiklojn kun speciala hidrofileco aŭ lipofileco. Ekzemple, aldoni acetatjonojn al la akva fazo povas prepari monodispersajn hidrofilajn ceriooksidnanopartiklojn en akvo. Elektante nepolusan solvilon kaj enkondukante oleikacidon kiel Peranto dum la reago, monodispersaj lipofilaj ceriananopartikloj povas esti preparitaj en ne-polusaj organikaj solviloj. (Vidu figuron 1)
Figuro 1 Monodisperse sfera nanocerio kaj bastonforma nanoceria
1.4 Sola ĝelo-metodo
La metodo de solĝelo estas metodo, kiu uzas kelkajn aŭ plurajn kunmetaĵojn kiel antaŭulojn, faras kemiajn reagojn kiel hidrolizon en la likva fazo por formi sulon, kaj poste formas ĝelon post maljuniĝo, kaj finfine sekiĝas kaj kalcinas por prepari ultrafajnajn pulvorojn. Ĉi tiu metodo estas precipe taŭga por prepari tre disvastigitajn multi-komponentajn nano-ceria-kunmetitajn nanomaterialojn, kiel ceria fero, ceria titanio, ceria zirkonio kaj aliaj kunmetitaj nanooksidoj, kiuj estis raportitaj en multaj raportoj.
1.5 Aliaj metodoj
Krom ĉi-supraj metodoj, ekzistas ankaŭ mikro-locio-metodo, mikroonda sinteza metodo, elektro-demetado-metodo, plasmo-flama brulmetodo, jona interŝanĝo-membrana elektrolizo-metodo kaj multaj aliaj metodoj. Ĉi tiuj metodoj havas grandan signifon por la esplorado kaj apliko de nanocerio.
Apliko de 2-nanometra ceria rusto en akvopurigado
Cerio estas la plej abunda elemento inter raraj teraj elementoj, kun malaltaj prezoj kaj larĝaj aplikoj. Nanometro-cerio kaj ĝiaj kunmetaĵoj altiris multe da atento en la kampo de akvopurigado pro sia alta specifa surfacareo, alta kataliza agado kaj bonega struktura stabileco.
2.1 Apliko deNano-ceria oksidoen Akvotraktado per Adsorba Metodo
En la lastaj jaroj, kun la disvolviĝo de industrioj kiel la elektronika industrio, granda kvanto da kloakaĵo enhavanta malpurigaĵojn kiel ekzemple pezmetalaj jonoj kaj fluoraj jonoj estis eligita. Eĉ ĉe spuraj koncentriĝoj, ĝi povas kaŭzi gravan damaĝon al akvaj organismoj kaj la homa vivmedio. Ofte uzataj metodoj inkluzivas oksidadon, flosadon, inversan osmozon, adsorbadon, nanofiltradon, biosorbadon, ktp. Inter ili, adsorba teknologio ofte estas adoptita pro sia simpla funkciado, malalta kosto kaj alta traktado-efikeco. Nano CeO2-materialoj havas altan specifan surfacareon kaj altan surfacan aktivecon kiel adsorbantoj, kaj ekzistas multaj raportoj pri la sintezo de pora nano CeO2 kaj ĝiaj kunmetitaj materialoj kun malsamaj morfologioj por adsorbi kaj forigi damaĝajn jonojn el akvo.
Esplorado montris, ke nanocerio havas fortan adsorbadkapaciton por F - en akvo sub malfortaj acidaj kondiĉoj. En solvaĵo kun komenca koncentriĝo de F - de 100mg/L kaj pH=5-6, la adsorba kapablo por F - estas 23mg/g, kaj la foriga indico de F - estas 85,6%. Post ŝarĝo de ĝi sur poliakrila acida rezina pilko (ŝarĝa kvanto: 0,25 g/g), la foriga kapablo de F - povas atingi pli ol 99% kiam oni traktas egalan volumon de 100 mg/L de F - akva solvaĵo; Prilaborante 120 fojojn la volumeno, pli ol 90% de F - povas esti forigita. Se uzata por adsorbi fosfaton kaj jodaton, la adsorba kapablo povas atingi pli ol 100 mg/g sub la responda optimuma adsorba stato. La uzita materialo povas esti reuzita post simpla malsorbado kaj neŭtraliga traktado, kiu havas altajn ekonomiajn avantaĝojn.
Ekzistas multaj studoj pri la adsorbado kaj traktado de toksaj pezmetaloj kiel ekzemple arseniko, kromo, kadmio, kaj plumbo uzante nanocerion kaj ĝiajn kunmetitajn materialojn. La optimuma adsorbada pH varias por pezmetaljonoj kun malsamaj valentaj statoj. Ekzemple, la malforta alkala kondiĉo kun neŭtrala biaso havas la plej bonan adsorbadstaton por As (III), dum la optimuma adsorbadstato por As (V) estas atingita sub malfortaj acidaj kondiĉoj, kie la adsorbadkapacito povas atingi pli ol 110mg/g sub ambaŭ. kondiĉoj. Ĝenerale, la optimumigita sintezo de nanocerio kaj ĝiaj kunmetitaj materialoj povas atingi altajn adsorbadon kaj forigon de diversaj pezmetalaj jonoj en larĝa pH-gamo.
Aliflanke, nanomaterialoj bazitaj en cerio-oksido ankaŭ havas elstaran rendimenton en adsorbado de organikoj en kloakaĵo, kiel acida oranĝo, rodamino B, Kongo-ruĝo, ktp. Ekzemple, en ekzistantaj raportitaj kazoj, nanoceria poraj sferoj preparitaj per elektrokemiaj metodoj havas altan. adsorbadkapacito en la forigo de organikaj tinkturfarboj, precipe en la forigo de Kongo-ruĝo, kun adsorbadkapacito de 942,7 mg/g en 60 minutoj.
2.2 Apliko de nanocerio en Altnivela oksigenadprocezo
Altnivela oksigenadprocezo (mallonge AOPoj) estas proponita por plibonigi la ekzistantan anhidran kuracsistemon. Altnivela oxidada procezo, ankaŭ konata kiel profunda oxidada teknologio, estas karakterizita per la produktado de hidroksila radikalo (· OH), superoksida radikalo (· O2 -), singleta oksigeno ktp kun forta oxidada kapablo. Sub la reakciaj kondiĉoj de alta temperaturo kaj premo, elektro, sono, malpeza surradiado, katalizilo, ktp. Laŭ la malsamaj manieroj generi liberajn radikalojn kaj reagokondiĉojn, ili povas esti dividitaj en fotokemian oxidadon, katalizan malsekan oxidadon, sonokemian oxidadon, ozono. oksidado, elektrokemia oksidado, Fenton-oksidado, ktp. (vidu Figuro 2).
Figuro 2 Klasifiko kaj Teknologio Kombinaĵo de Altnivela oxidadprocezo
Nano ceriaestas heterogena katalizilo ofte uzita en Altnivela oksigenadprocezo. Pro la rapida konvertiĝo inter Ce3+ kaj Ce4+ kaj la rapida oksigen-redukta efiko kaŭzita de oksigensorbado kaj liberigo, nanocerio havas bonan katalizan kapablon. Kiam ĝi estas uzata kiel katalizila iniciatinto, ĝi ankaŭ povas efike plibonigi katalizan kapablon kaj stabilecon. Kiam nanocerio kaj ĝiaj kunmetitaj materialoj estas utiligitaj kiel kataliziloj, la katalizaj trajtoj varias multe laŭ la morfologio, partiklograndeco, kaj senŝirmaj kristalaj aviadiloj, kiuj estas ŝlosilaj faktoroj influantaj ilian efikecon kaj aplikon. Estas ĝenerale kredite ke ju pli malgrandaj la partikloj kaj des pli granda la specifa surfacareo, des pli responda aktiva loko, kaj des pli forta la kataliza kapablo. La kataliza kapablo de la elmontrita kristala surfaco, de forta ĝis malforta, estas en la ordo de (100) kristala surfaco>(110) kristala surfaco>(111) kristala surfaco, kaj la responda stabileco estas kontraŭa.
Ceria rusto estas semikondukta materialo. Kiam nanometra ceriooksido estas surradiita per fotonoj kun energio pli alta ol la bendinterspaco, la valentbendaj elektronoj estas ekscititaj, kaj la transira rekombinigokonduto okazas. Ĉi tiu konduto antaŭenigos la konvertan indicon de Ce3+ kaj Ce4+, rezultigante fortan fotokatalizan agadon de nanocerio. Fotokatalizo povas atingi rektan degeneron de organika materio sen sekundara poluo, do ĝia apliko estas la plej studita teknologio en la kampo de nanocerio en AOPoj. Nuntempe, la ĉefa fokuso estas sur la kataliza degenertraktado de azofarboj, fenolo, klorobenzeno, kaj farmacia kloakaĵo uzante katalizilojn kun malsamaj morfologioj kaj kunmetaĵoj. Laŭ la raporto, sub la optimumigita katalizila sintezo-metodo kaj kataliza modelo-kondiĉoj, la degradadkapablo de ĉi tiuj substancoj ĝenerale povas atingi pli ol 80%, kaj la foriga kapablo de Tuta organika karbono (TOC) povas atingi pli ol 40%.
Nanoceria oksidkatalizo por la degenero de organikaj malpurigaĵoj kiel ekzemple ozono kaj hidrogena peroksido estas alia vaste studita teknologio. Simila al fotokatalizo, ĝi ankaŭ temigas la kapablon de nanocerio kun malsamaj morfologioj aŭ kristalaj aviadiloj kaj malsamaj ceriobazitaj kunmetitaj katalizaj oksidantoj por oksigeni kaj degradi organikajn malpurigaĵojn. En tiaj reagoj, kataliziloj povas katalizi la generacion de granda nombro da aktivaj radikaluloj el ozono aŭ hidrogena peroksido, kiuj atakas organikajn malpurigaĵojn kaj atingas pli efikajn oksidativan degradajn kapablojn. Pro la enkonduko de oksidantoj en la reago, la kapablo forigi organikajn substancojn multe plifortiĝas. En la plej multaj reagoj, la fina forigofteco de la celsubstanco povas atingi aŭ alproksimiĝi al 100%, kaj la TOC-forigprocento ankaŭ estas pli alta.
En la elektrokataliza progresinta oksigenada metodo, la propraĵoj de la anoda materialo kun alta oksigena evoluado superpotenco determinas la selektivecon de la elektrokataliza altnivela oksigenada metodo por traktado de organikaj malpurigaĵoj. La katoda materialo estas grava faktoro determinanta la produktadon de H2O2, kaj la produktado de H2O2 determinas la efikecon de la elektrokataliza progresinta oksidiĝa metodo por traktado de organikaj malpurigaĵoj. La studo de elektroda materialmodifo uzanta nanocerion ricevis ĝeneraligitan atenton kaj nacie kaj internacie. Esploristoj ĉefe enkondukas nanocerian oksidon kaj ĝiajn kunmetitajn materialojn per malsamaj kemiaj metodoj por modifi malsamajn elektrodmaterialojn, plibonigi sian elektrokemian agadon, kaj tiel pliigi elektrokatalizan agadon kaj finan forigon.
Mikroondoj kaj ultrasono ofte estas gravaj helpaj rimedoj por ĉi-supraj katalizaj modeloj. Prenante ultrasonan helpon kiel ekzemplon, uzante vibrajn sonondojn kun frekvencoj pli altaj ol 25kHz por sekundo, milionoj da ekstreme malgrandaj vezikoj estas generitaj en solvo formulita per speciale desegnita puriĝa agento. Tiuj malgrandaj vezikoj, dum rapida kunpremado kaj vastiĝo, konstante produktas vezikimplodon, permesante al materialoj rapide interŝanĝi kaj difuzigi sur la katalizilsurfaco, ofte eksponente plibonigante katalizan efikecon.
3 Konkludo
Nano-cerio kaj ĝiaj kunmetitaj materialoj povas efike trakti jonojn kaj organikajn malpurigaĵojn en akvo, kaj havas gravan aplikan potencialon en estontaj akvopurigkampoj. Tamen, plej multaj esploroj ankoraŭ estas en la laboratoriostadio, kaj por atingi rapidan aplikon en akvopurigado en la estonteco, la sekvaj aferoj ankoraŭ devas esti urĝe traktitaj:
(1) La relative alta preparkosto de nanoCeO2bazitaj materialoj restas grava faktoro en la vasta plimulto de iliaj aplikoj en akvopurigado, kiuj ankoraŭ estas en la laboratoria esplorstadio. Esplorado de malmultekostaj, simplaj kaj efikaj preparmetodoj kiuj povas reguligi la morfologion kaj grandecon de nano CeO2 bazitaj materialoj daŭre estas fokuso de esplorado.
(2) Pro la malgranda partikla grandeco de nano CeO2 bazitaj materialoj, la reciklado kaj regenerado problemoj post uzo ankaŭ estas gravaj faktoroj limiganta ilian aplikon. La kunmetaĵo de ĝi kun rezinaj materialoj aŭ magnetaj materialoj estos ŝlosila esplordirekto por ĝia materiala preparado kaj reciklada teknologio.
(3) La disvolviĝo de komuna procezo inter nano CeO2-bazita materiala akvopurigteknologio kaj tradicia akvopurigteknologio multe antaŭenigos la aplikon de nano-bazita materiala katalitika teknologio en la kampo de akvopurigado.
(4) Ankoraŭ estas limigita esplorado pri la tokseco de materialoj bazitaj en nano CeO2, kaj ilia media konduto kaj toksecmekanismo en akvopurigsistemoj ankoraŭ ne estis determinitaj. La fakta akvopurigprocezo ofte implikas la kunekziston de multoblaj malpurigaĵoj, kaj la kunekzistantaj malpurigaĵoj interagos unu kun la alia, tiel ŝanĝante la surfackarakterizaĵojn kaj eblan toksecon de nanomaterialoj. Tial, estas urĝa bezono fari pli da esplorado pri rilataj aspektoj.
Afiŝtempo: majo-22-2023