CeO2Is comhpháirt thábhachtach d'ábhair tearc-chré. Tá aneilimint tearc-chré ceiriamtá struchtúr leictreonach seachtrach uathúil aige - 4f15d16s2. Is féidir lena ciseal speisialta 4f leictreoin a stóráil agus a scaoileadh go héifeachtach, rud a fhágann go n-iompraíonn iain cheiriam iad féin sa stát +3 valence agus +4 staid valence. Dá bhrí sin, tá níos mó poill ocsaigine ag ábhair CeO2, agus tá cumas den scoth acu ocsaigin a stóráil agus a scaoileadh. Tugann comhshó Ce (III) agus Ce (IV) ábhair CeO2 freisin le cumais chatalaíoch uathúla ocsaídiúcháin-laghdaithe. I gcomparáid le hábhair mórchóir, tá nana CeO2, mar chineál nua ábhar neamhorgánacha, tar éis aird fhorleathan a fháil mar gheall ar a limistéar dromchla ard ar leith, cumas stórála agus scaoileadh ocsaigine den scoth, seoltacht ian ocsaigine, feidhmíocht redox, agus idirleathadh folúntais ocsaigine tapa ard-teocht. cumas. Faoi láthair tá líon mór tuarascálacha taighde agus iarratais ghaolmhara ag baint úsáide as nano CeO2 mar chatalaíoch, iompróirí catalaíoch nó breiseáin, comhpháirteanna gníomhacha, agus adsorbents.
1. Modh ullmhúcháin nanaiméadarocsaíd cheiriam
Faoi láthair, cuimsíonn na modhanna ullmhúcháin coitianta do nano ceria modh ceimiceach agus modh fisiceach go príomha. De réir modhanna ceimiceacha éagsúla, is féidir modhanna ceimiceacha a roinnt ina modh deascadh, modh hidrothermal, modh solvothermal, modh glóthach sol, modh microemulsion agus modh leictrealú; Is é an modh fisiceach den chuid is mó an modh meilt.
1.1 Modh meilt
Úsáideann an modh meilt chun nano ceria a ullmhú go ginearálta meilt gaineamh, a bhfuil na buntáistí a bhaineann le costas íseal, cairdiúlacht don chomhshaol, luas próiseála tapa, agus cumas próiseála láidir. Faoi láthair is é an modh próiseála is tábhachtaí sa tionscal nano ceria. Mar shampla, glacann ullmhú púdar snasta ocsaíd nana-cerium go ginearálta meascán de chailcíniú agus meilt gaineamh, agus déantar amhábhair chatalaíoch dínitriúcháin cerium a mheascadh freisin le haghaidh réamhchóireála nó cóireáilte tar éis calcination ag baint úsáide as meilt gaineamh. Trí úsáid a bhaint as cóimheasa coirníní meilt gainimh de mhéid cáithníní éagsúla, is féidir nano ceria le D50 ó na deich go dtí na céadta nanaiméadar a fháil trí choigeartú.
1.2 Modh frasaíochta
Tagraíonn an modh deascadh don mhodh chun púdar soladach a ullmhú trí dhuascadh, scaradh, níocháin, triomú, agus cailcíniú amhábhar a thuaslagadh i dtuaslagóirí cuí. Úsáidtear an modh deascadh go forleathan in ullmhú na n-ábhar tearc-chré agus dópáilte, agus tá buntáistí aige mar phróiseas ullmhúcháin simplí, ard-éifeachtúlacht agus costas íseal. Is modh a úsáidtear go coitianta é chun nano ceria agus a ábhar ilchodach a ullmhú i dtionscal. Is féidir leis an modh seo nano ceria a ullmhú le moirfeolaíocht éagsúla agus méid na gcáithníní trí athrú ar an teocht deascadh, tiúchan ábhartha, luach pH, luas deascadh, luas stirring, teimpléad, etc. agus tá ullmhú na micrisféar nana-cheria á rialú ag iain chiotráite. De rogha air sin, is féidir le hiain cheiriam a bheith deasctha ag OH - ginte ó hidrealú chiotráite sóidiam, agus ansin iad a ghoradh agus a chailcíniú chun calóg a ullmhú cosúil le micreasféar nana-cheria.
1.3 Modhanna hidriteirmeacha agus solvothermal
Tagraíonn an dá mhodh seo don mhodh chun táirgí a ullmhú trí imoibriú ardteochta agus ardbhrú ag teocht chriticiúil i gcóras dúnta. Nuair is uisce é an tuaslagóir imoibriúcháin, tugtar modh hidrothermal air. Dá réir sin, nuair is tuaslagóir orgánach é an tuaslagóir imoibriúcháin, tugtar modh solvothermal air. Tá ard-íonacht, scaipeadh maith agus cáithníní aonfhoirmeacha ag na nana-cháithníní sintéiseithe, go háirithe na nana-phúdair le moirfeolaíochtaí éagsúla nó aghaidheanna criostail speisialta nochta. Tuaslaig clóiríd cheiriam in uisce driogtha, corraigh agus cuir tuaslagán de hiodrocsaíd sóidiam leis. Imoibríonn hidrothermal ag 170 ℃ ar feadh 12 uair an chloig chun nanorods ocsaíd cerium a ullmhú le plánaí criostail nochta (111) agus (110). Trí na coinníollacha imoibrithe a choigeartú, is féidir an cion de (110) eitleáin criostail sna plánaí criostail nochta a mhéadú, rud a chuireann lena ngníomhaíocht chatalaíoch tuilleadh. Is féidir leis an tuaslagóir imoibrithe agus ligands dromchla a choigeartú freisin cáithníní nano ceria a tháirgeadh a bhfuil hidreafaileacht nó lipophilicity speisialta acu. Mar shampla, trí hiain aicéatáite a chur leis an gcéim uiscí is féidir nanacháithníní ocsaíd cerium hydrophilic monodisperse a ullmhú in uisce. Trí thuaslagóir neamhpholach a roghnú agus aigéad oleic a thabhairt isteach mar ligand le linn an imoibrithe, is féidir monodisperse ceria nanoparticles lipophilic a ullmhú i dtuaslagóirí orgánacha neamhpholacha. (Féach Fíor 1)
Fíor 1 Nana-cheria sféarúil monodisperse agus nana-cheria i gcruth slat
1.4 Modh glóthach Sol
Is modh é an modh glóthach sol a úsáideann roinnt nó roinnt comhdhúile mar réamhtheachtaithe, déanann sé imoibrithe ceimiceacha cosúil le hidrealú sa chéim leachtach chun sol a fhoirmiú, agus ansin glóthach a fhoirmiú tar éis dul in aois, agus ar deireadh triomaíonn agus cailcíní chun púdair ultrafine a ullmhú. Tá an modh seo oiriúnach go háirithe chun nana-ábhair ilchodacha nano ceria il-chomhpháirteacha an-scaipthe a ullmhú, mar shampla iarann cerium, tíotáiniam cerium, siorcóiniam cerium agus nana-ocsaídí ilchodacha eile, a tuairiscíodh i go leor tuarascálacha.
1.5 Modhanna eile
Chomh maith leis na modhanna thuas, tá modh micrea-lóiseanna, modh sintéise micreathonn, modh leictrealú, modh dócháin lasair plasma, modh leictrealú membrane malairte ian agus go leor modhanna eile. Tá tábhacht mhór ag na modhanna seo maidir le taighde agus cur i bhfeidhm nana-cheria.
Feidhm ocsaíd cheiriam 2-nanaiméadar i gcóireáil uisce
Is é cerium an eilimint is flúirseach i measc eilimintí tearc-chré, le praghsanna íseal agus iarratais leathan. Mheall nanaiméadar ceria agus a chomhchodanna go leor aird i réimse na cóireála uisce mar gheall ar a n-achar dromchla ard ar leith, ardghníomhaíocht chatalaíoch agus cobhsaíocht struchtúrach den scoth.
2.1 FeidhmNano Cerium Ocsaídi gCóireáil Uisce trí Mhodh Asaithe
Le blianta beaga anuas, le forbairt tionscail ar nós an tionscal leictreonaic, tá líon mór fuíolluisce ina bhfuil truailleáin cosúil le hiain miotail throma agus iain fluairín scaoilte. Fiú ag rianta comhchruinnithe, is féidir leis dochar suntasach a dhéanamh d'orgánaigh uisceacha agus don chomhshaol daonna. I measc na modhanna a úsáidtear go coitianta tá ocsaídiú, snámhacht, osmosis droim ar ais, asaithe, nanofiltration, bith-ionsú, etc. Ina measc, is minic a ghlactar le teicneolaíocht asaithe mar gheall ar a oibriú simplí, ar chostas íseal, agus ar éifeachtacht ard cóireála. Tá ard-achar dromchla ar leith ag ábhair Nano CeO2 agus ardghníomhaíocht dromchla mar adsorbents, agus tá go leor tuairiscí ann maidir le sintéis na nano CeO2 porous agus a chuid ábhar ilchodach le moirfeolaíochtaí éagsúla chun hiain dhíobhálacha a asú agus a bhaint as uisce.
Tá sé léirithe ag taighde go bhfuil cumas asaithe láidir ag nano ceria do F - in uisce faoi choinníollacha aigéadacha lag. I dtuaslagán le tiúchan tosaigh F - de 100mg/L agus pH = 5-6, is é 23mg/g an cumas asaithe do F - agus is é 85.6% an ráta bainte F -. Tar éis é a luchtú ar liathróid roisín aigéad polyacrylic (méid luchtaithe: 0.25g/g), an cumas a bhaint de F - is féidir teacht ar níos mó ná 99% nuair a chóireáil toirt comhionann de 100mg/L de F - tuaslagán uiscí; Nuair a phróiseáil 120 uair an toirt, níos mó ná 90% de F - is féidir a bhaint. Nuair a úsáidtear é chun fosfáit agus iaidín a asú, is féidir leis an acmhainn asaithe níos mó ná 100mg/g a bhaint amach faoin staid asaithe is fearr is féidir. Is féidir an t-ábhar a úsáidtear a athúsáid tar éis cóireála dí-asú agus neodraithe simplí, a bhfuil buntáistí eacnamaíocha arda aige.
Tá go leor staidéir ar asaithe agus ar chóireáil miotal trom tocsaineach mar arsanaic, cróimiam, caidmiam, agus luaidhe ag baint úsáide as nana ceria agus a ábhair chomhchodacha. Athraíonn an pH asaithe is fearr d'ian miotail throma le stáit éagsúla valence. Mar shampla, tá an riocht asaithe is fearr ag an riocht alcaileach lag le claonadh neodrach le haghaidh As (III), agus baintear amach an stát asaithe is fearr le haghaidh As (V) faoi choinníollacha aigéadacha lag, áit ar féidir leis an acmhainn asaithe a bheith os cionn 110mg/g faoin dá. coinníollacha. Tríd is tríd, is féidir leis an tsintéis optamaithe de nano ceria agus a ábhar ilchodach rátaí arda asaithe agus bainte a bhaint amach d'ian miotail throma éagsúla thar raon pH leathan.
Ar an láimh eile, tá feidhmíocht den scoth ag nana-ábhair atá bunaithe ar ocsaíd cerium freisin maidir le horgánaigh a ionsú i bhfuíolluisce, mar aigéad oráiste, rhodamine B, Chongó dearg, etc. cumas asaithe chun ruaimeanna orgánacha a bhaint, go háirithe maidir le dearg an Chongó a bhaint, le cumas asaithe de 942.7mg/g in 60 nóiméad.
2.2 Feidhmiú nana-cheria sa phróiseas Ard-ocsaídiúcháin
Tá ardphróiseas ocsaídiúcháin (AOPs go gearr) beartaithe chun an córas cóireála ainhidriúil atá ann cheana féin a fheabhsú. Tá próiseas ocsaídiúcháin chun cinn, ar a dtugtar teicneolaíocht ocsaídiúcháin dhomhain, tréithrithe ag táirgeadh radacach hiodrocsaile (· OH), radacach superoxide (· O2 -), ocsaigin singlet, etc. le cumas ocsaídiúcháin láidir. Faoi na coinníollacha imoibrithe teocht ard agus brú, leictreachas, fuaim, ionradaíocht éadrom, catalaíoch, etc De réir na bealaí éagsúla a ghiniúint fréamhacha saor in aisce agus coinníollacha imoibrithe, is féidir iad a roinnt ina ocsaídiú photochemical, ocsaídiú fliuch catalaíoch, ocsaídiú sonochemistry, ózóin. ocsaídiú, ocsaídiú leictriceimiceach, ocsaídiú Fenton, etc. (féach Fíor 2).
Fíor 2 Aicmiú agus Teicneolaíocht Teaglaim den phróiseas ocsaídiúcháin Ard
Nano ceriais catalaíoch ilchineálach é a úsáidtear go coitianta i bpróiseas Ard-ocsaídiúcháin. Mar gheall ar an tiontú tapa idir Ce3+ agus Ce4+ agus an éifeacht ocsaídiúcháin mhear a eascraíonn as ionsú agus scaoileadh ocsaigine, tá cumas catalaíoch maith ag nano ceria. Nuair a úsáidtear é mar thionscnóir catalaíoch, féadann sé cumas agus cobhsaíocht catalaíoch a fheabhsú go héifeachtach freisin. Nuair a úsáidtear nano ceria agus a chuid ábhair chomhchodacha mar chatalaíoch, athraíonn na hairíonna catalaíoch go mór le moirfeolaíocht, méid na gcáithníní, agus eitleáin chriostail nochta, ar príomhfhachtóirí iad a dhéanann difear dá bhfeidhmíocht agus dá gcur i bhfeidhm. Creidtear go ginearálta go bhfuil an níos lú na cáithníní agus an níos mó an t-achar dromchla ar leith, an suíomh gníomhach níos comhréire, agus an níos láidre an cumas catalaíoch. Tá cumas catalaíoch an dromchla criostail nochta, ó láidir go lag, san ord (100) dromchla criostail> (110) dromchla criostail> (111) dromchla criostail, agus tá an cobhsaíocht chomhfhreagrach os coinne.
Is ábhar leathsheoltóra é ocsaíd cheiriam. Nuair a bhíonn ocsaíd cerium nanaiméadar ionradaithe ag fótóin le fuinneamh níos airde ná an bhearna banna, tá na leictreoin banna valence ar bís, agus tarlaíonn an t-iompar recombination trasdula. Cuirfidh an t-iompar seo an ráta comhshó Ce3+ agus Ce4+ chun cinn, agus beidh gníomhaíocht fótacatalytic láidir nana-cheria mar thoradh air. Is féidir le fótacatalysis díghrádú díreach ábhar orgánach a bhaint amach gan truailliú tánaisteach, agus mar sin is é a chur i bhfeidhm an teicneolaíocht is mó a ndéantar staidéar air i réimse na nano ceria in AOPanna. Faoi láthair, tá an príomhfhócas ar chóireáil díghrádaithe catalaíoch ar ruaimeanna azo, feanól, clóiríbeinséin, agus fuíolluisce cógaisíochta ag baint úsáide as catalaíoch le moirfeolaíochtaí éagsúla agus comhdhéanamh ilchodach. De réir na tuarascála, faoin modh sintéise catalaíoch optamaithe agus coinníollacha múnla catalaíoch, is féidir le cumas díghrádaithe na substaintí seo níos mó ná 80% a bhaint amach go ginearálta, agus is féidir le cumas a bhaint iomlán carbóin orgánach (TOC) teacht ar níos mó ná 40%.
Teicneolaíocht eile a ndéantar staidéar forleathan air is ea catalú ocsaíd nana-cheiriam chun truailleáin orgánacha a dhíghrádú ar nós ózóin agus sárocsaíd hidrigine. Cosúil le fótacatalysis, díríonn sé freisin ar chumas na nana ceria le moirfeolaíochtaí nó plánaí criostail éagsúla agus ocsaídeoirí catalaíoch ilchodacha éagsúla atá bunaithe ar cheiriam chun truailleáin orgánacha a ocsaídiú agus a dhíghrádú. I bhfrithghníomhartha den sórt sin, is féidir le catalaíoch giniúint líon mór fréamhacha gníomhacha ó ózóin nó sárocsaíd hidrigine a chatalú, a ionsaíonn truailleáin orgánacha agus a bhaint amach cumais díghrádaithe ocsaídiúcháin níos éifeachtaí. Mar gheall ar thabhairt isteach oxidants san imoibriú, tá an cumas a bhaint comhdhúile orgánacha feabhsaithe go mór. I bhformhór na n-imoibrithe, is féidir leis an ráta a bhaint deiridh den tsubstaint sprioc a bhaint amach nó cur chuige 100%, agus tá an ráta a bhaint TOC níos airde freisin.
Sa mhodh ocsaídiúcháin chun cinn electrocatalytic, cinneann airíonna an ábhair anóid le ró-acmhainneacht éabhlóid ocsaigine ard roghnaíocht an mhodha ocsaídiúcháin chun cinn leictricatalytic chun truailleáin orgánacha a chóireáil. Is fachtóir tábhachtach é an t-ábhar catóide a chinneann táirgeadh H2O2, agus cinneann táirgeadh H2O2 éifeachtacht an mhodh ocsaídiúcháin chun cinn leictricatalytach chun truailleáin orgánacha a chóireáil. Tugadh aird fhorleathan sa bhaile agus go hidirnáisiúnta ar an staidéar ar mhodhnú ábhar leictreoid ag baint úsáide as nano ceria. Tugann taighdeoirí isteach den chuid is mó ocsaíd nano ceiriam agus a chuid ábhair chomhchodacha trí mhodhanna ceimiceacha éagsúla chun ábhair leictreoid éagsúla a mhodhnú, a ngníomhaíocht leictriceimiceach a fheabhsú, agus mar sin méadú ar ghníomhaíocht leictreatatach agus ar an ráta bainte deiridh.
Is minic gur bearta cúnta tábhachtacha iad micreathonn agus ultrafhuaime do na samhlacha catalaíoch thuas. Ag glacadh le cúnamh ultrasonaic mar shampla, ag baint úsáide as tonnta fuaime creathadh le minicíochtaí níos airde ná 25kHz in aghaidh an tsoicind, gintear na milliúin boilgeoga an-bheag i dtuaslagán arna fhoirmiú le gníomhaire glantacháin atá saindeartha. Táirgeann na boilgeoga beaga seo, le linn comhbhrú agus leathnú tapa, pléascadh mboilgeog i gcónaí, rud a ligeann d'ábhair malartú agus idirleathadh go tapa ar dhromchla an chatalaíoch, agus is minic a fheabhsaíonn éifeachtacht chatalaíoch go heaspónantúil.
3 Conclúid
Is féidir le Nano ceria agus a chuid ábhar ilchodach cóireáil éifeachtach a dhéanamh ar iain agus truailleáin orgánacha in uisce, agus tá cumas iarratais tábhachtach acu i réimsí cóireála uisce sa todhchaí. Mar sin féin, tá an chuid is mó taighde fós sa chéim saotharlainne, agus chun cur i bhfeidhm tapa i gcóireáil uisce a bhaint amach sa todhchaí, ní mór aghaidh a thabhairt go práinneach ar na saincheisteanna seo a leanas:
(1) Costas ullmhúcháin sách ard nanaCeO2tá ábhair bhunaithe fós ina fhachtóir tábhachtach i bhformhór mór a n-iarratas i gcóireáil uisce, atá fós ag céim taighde saotharlainne. Tá sé fós ina fhócas taighde iniúchadh a dhéanamh ar mhodhanna ullmhúcháin ar chostas íseal, simplí agus éifeachtach ar féidir leo mhoirfeolaíocht agus méid na n-ábhar atá bunaithe ar nano CeO2 a rialáil.
(2) Mar gheall ar mhéid na gcáithníní beaga d'ábhair atá bunaithe ar nano CeO2, is fachtóirí tábhachtacha iad na saincheisteanna athchúrsála agus athghiniúna tar éis iad a úsáid a chuireann srian lena n-iarratas. Beidh an ilchodach le hábhair roisín nó le hábhair mhaighnéadacha ina phríomhthreo taighde dá theicneolaíocht ullmhúcháin agus athchúrsála ábhar.
(3) Cuirfidh forbairt comhphróisis idir teicneolaíocht cóireála uisce ábhar atá bunaithe ar nano CeO2 agus teicneolaíocht cóireála séarachais traidisiúnta chun cinn go mór cur i bhfeidhm na teicneolaíochta catalaíoch ábhar atá bunaithe ar nano CeO2 i réimse na cóireála uisce.
(4) Tá taighde teoranta fós ar thocsaineacht ábhar atá bunaithe ar nana CeO2, agus níl a n-iompraíocht chomhshaoil agus a meicníocht tocsaineachta i gcórais cóireála uisce cinntithe fós. Is minic go mbíonn cómhaireachtáil il-thruailleán i gceist leis an bpróiseas cóireála séarachais iarbhír, agus idirghníomhóidh na truailleáin chomhchónaitheacha lena chéile, rud a athróidh saintréithe dromchla agus tocsaineacht ionchasach na n-ábhar. Dá bhrí sin, tá géarghá le tuilleadh taighde a dhéanamh ar ghnéithe gaolmhara.
Am postála: Bealtaine-22-2023