નેનો સીરિયમ ઓક્સાઇડની તૈયારી અને પાણીની સારવારમાં તેનો ઉપયોગ

CeO2દુર્લભ પૃથ્વી સામગ્રીનો એક મહત્વપૂર્ણ ઘટક છે. આદુર્લભ પૃથ્વી તત્વ સેરિયમએક અનન્ય બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું છે - 4f15d16s2. તેનું વિશિષ્ટ 4f સ્તર અસરકારક રીતે ઇલેક્ટ્રોનને સંગ્રહિત અને મુક્ત કરી શકે છે, જેનાથી સેરિયમ આયનો +3 વેલેન્સ સ્ટેટ અને +4 વેલેન્સ સ્ટેટમાં વર્તે છે. તેથી, CeO2 સામગ્રીમાં વધુ ઓક્સિજન છિદ્રો હોય છે, અને તેમાં ઓક્સિજન સંગ્રહિત કરવાની અને છોડવાની ઉત્તમ ક્ષમતા હોય છે. Ce (III) અને Ce (IV) નું પરસ્પર રૂપાંતર પણ અનન્ય ઓક્સિડેશન-ઘટાડાની ઉત્પ્રેરક ક્ષમતાઓ સાથે CeO2 સામગ્રીને સમર્થન આપે છે. જથ્થાબંધ સામગ્રીની તુલનામાં, નેનો CeO2, એક નવા પ્રકારની અકાર્બનિક સામગ્રી તરીકે, તેના ઉચ્ચ વિશિષ્ટ સપાટી વિસ્તાર, ઉત્કૃષ્ટ ઓક્સિજન સંગ્રહ અને પ્રકાશન ક્ષમતા, ઓક્સિજન આયન વાહકતા, રેડોક્સ કામગીરી અને ઉચ્ચ-તાપમાન ઝડપી ઓક્સિજન ખાલી જગ્યાના પ્રસારને કારણે વ્યાપક ધ્યાન મેળવ્યું છે. ક્ષમતા ઉત્પ્રેરક, ઉત્પ્રેરક કેરિયર્સ અથવા એડિટિવ્સ, સક્રિય ઘટકો અને શોષક તરીકે નેનો CeO2 નો ઉપયોગ કરીને હાલમાં મોટી સંખ્યામાં સંશોધન અહેવાલો અને સંબંધિત એપ્લિકેશનો છે.

1. નેનોમીટરની તૈયારી પદ્ધતિસેરિયમ ઓક્સાઇડ

હાલમાં, નેનો સેરિયા માટેની સામાન્ય તૈયારી પદ્ધતિઓમાં મુખ્યત્વે રાસાયણિક પદ્ધતિ અને ભૌતિક પદ્ધતિનો સમાવેશ થાય છે. વિવિધ રાસાયણિક પદ્ધતિઓ અનુસાર, રાસાયણિક પદ્ધતિઓને વરસાદની પદ્ધતિ, હાઇડ્રોથર્મલ પદ્ધતિ, સોલ્વોથર્મલ પદ્ધતિ, સોલ જેલ પદ્ધતિ, માઇક્રોઇમ્યુલેશન પદ્ધતિ અને ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશન પદ્ધતિમાં વિભાજિત કરી શકાય છે; ભૌતિક પદ્ધતિ મુખ્યત્વે ગ્રાઇન્ડીંગ પદ્ધતિ છે.

 
1.1 ગ્રાઇન્ડીંગ પદ્ધતિ

નેનો સેરિયા તૈયાર કરવા માટેની ગ્રાઇન્ડીંગ પદ્ધતિ સામાન્ય રીતે રેતી ગ્રાઇન્ડીંગનો ઉપયોગ કરે છે, જેમાં ઓછી કિંમત, પર્યાવરણીય મિત્રતા, ઝડપી પ્રક્રિયાની ઝડપ અને મજબૂત પ્રક્રિયા કરવાની ક્ષમતાના ફાયદા છે. તે હાલમાં નેનો સેરિયા ઉદ્યોગમાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ પ્રક્રિયા પદ્ધતિ છે. ઉદાહરણ તરીકે, નેનો સેરિયમ ઓક્સાઇડ પોલિશિંગ પાવડરની તૈયારી સામાન્ય રીતે કેલ્સિનેશન અને રેતી ગ્રાઇન્ડિંગના મિશ્રણને અપનાવે છે, અને સેરિયમ આધારિત ડેનિટ્રેશન ઉત્પ્રેરકના કાચા માલને પણ પૂર્વ-સારવાર માટે મિશ્રિત કરવામાં આવે છે અથવા રેતી ગ્રાઇન્ડીંગનો ઉપયોગ કરીને કેલ્સિનેશન પછી સારવાર કરવામાં આવે છે. વિવિધ કણોના કદના રેતી ગ્રાઇન્ડીંગ મણકાના ગુણોત્તરનો ઉપયોગ કરીને, દસથી સેંકડો નેનોમીટર સુધીના D50 સાથે નેનો સેરિયા ગોઠવણ દ્વારા મેળવી શકાય છે.

 
1.2 વરસાદની પદ્ધતિ

વરસાદની પદ્ધતિ એ યોગ્ય દ્રાવકમાં ઓગળેલા કાચા માલના વરસાદ, વિભાજન, ધોવા, સૂકવણી અને કેલ્સિનેશન દ્વારા ઘન પાવડર તૈયાર કરવાની પદ્ધતિનો સંદર્ભ આપે છે. રેર અર્થ અને ડોપ્ડ નેનોમટેરિયલ્સની તૈયારીમાં વરસાદની પદ્ધતિનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે, જેમાં સરળ તૈયારી પ્રક્રિયા, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અને ઓછી કિંમત જેવા ફાયદા છે. તે ઉદ્યોગમાં નેનો સેરિયા અને તેની સંયુક્ત સામગ્રી તૈયાર કરવા માટે સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ છે. આ પદ્ધતિ વરસાદનું તાપમાન, સામગ્રીની સાંદ્રતા, pH મૂલ્ય, વરસાદની ઝડપ, હલાવવાની ગતિ, ટેમ્પલેટ વગેરેને બદલીને વિવિધ આકારવિજ્ઞાન અને કણોના કદ સાથે નેનો સેરિયા તૈયાર કરી શકે છે. સામાન્ય પદ્ધતિઓ યુરિયાના વિઘટન દ્વારા પેદા થતા એમોનિયામાંથી સેરિયમ આયનોના અવક્ષેપ પર આધાર રાખે છે, અને નેનો સેરિયા માઇક્રોસ્ફિયર્સની તૈયારી સાઇટ્રેટ આયનો દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. વૈકલ્પિક રીતે, સેરિયમ આયનો ઓએચ દ્વારા અવક્ષેપિત થઈ શકે છે - સોડિયમ સાઇટ્રેટના હાઇડ્રોલિસિસમાંથી ઉત્પન્ન થાય છે, અને પછી નેનો સેરિયા માઇક્રોસ્ફિયર્સની જેમ ફ્લેક તૈયાર કરવા માટે ઉકાળવામાં આવે છે અને કેલ્સાઇન કરવામાં આવે છે.

 
1.3 હાઇડ્રોથર્મલ અને સોલ્વોથર્મલ પદ્ધતિઓ

આ બે પદ્ધતિઓ બંધ સિસ્ટમમાં નિર્ણાયક તાપમાને ઉચ્ચ-તાપમાન અને ઉચ્ચ-દબાણની પ્રતિક્રિયા દ્વારા ઉત્પાદનો તૈયાર કરવાની પદ્ધતિનો સંદર્ભ આપે છે. જ્યારે પ્રતિક્રિયા દ્રાવક પાણી હોય છે, ત્યારે તેને હાઇડ્રોથર્મલ પદ્ધતિ કહેવામાં આવે છે. અનુરૂપ, જ્યારે પ્રતિક્રિયા દ્રાવક કાર્બનિક દ્રાવક હોય છે, ત્યારે તેને સોલવોથર્મલ પદ્ધતિ કહેવામાં આવે છે. સંશ્લેષિત નેનો કણોમાં ઉચ્ચ શુદ્ધતા, સારી વિક્ષેપ અને એકસમાન કણો હોય છે, ખાસ કરીને નેનો પાઉડરમાં વિવિધ મોર્ફોલોજી હોય છે અથવા વિશિષ્ટ ક્રિસ્ટલ ચહેરાઓ હોય છે. નિસ્યંદિત પાણીમાં સેરિયમ ક્લોરાઇડ ઓગાળો, જગાડવો અને સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ સોલ્યુશન ઉમેરો. એક્સપોઝ્ડ (111) અને (110) ક્રિસ્ટલ પ્લેન સાથે સીરિયમ ઓક્સાઇડ નેનોરોડ્સ તૈયાર કરવા માટે 170 ℃ પર હાઇડ્રોથર્મલ પર 12 કલાક માટે પ્રતિક્રિયા આપો. પ્રતિક્રિયાની સ્થિતિને સમાયોજિત કરીને, ખુલ્લા સ્ફટિક વિમાનોમાં (110) ક્રિસ્ટલ પ્લેનનું પ્રમાણ વધારી શકાય છે, જે તેમની ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિને વધુ વધારી શકે છે. પ્રતિક્રિયા દ્રાવક અને સપાટીના લિગાન્ડ્સને સમાયોજિત કરવાથી ખાસ હાઇડ્રોફિલિસિટી અથવા લિપોફિલિસિટી સાથે નેનો સેરિયા કણો પણ ઉત્પન્ન થઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જલીય તબક્કામાં એસિટેટ આયનો ઉમેરવાથી પાણીમાં મોનોડિસ્પર્સ હાઇડ્રોફિલિક સેરિયમ ઓક્સાઇડ નેનોપાર્ટિકલ્સ તૈયાર થઈ શકે છે. બિન-ધ્રુવીય દ્રાવક પસંદ કરીને અને પ્રતિક્રિયા દરમિયાન લિગાન્ડ તરીકે ઓલિક એસિડનો પરિચય કરીને, બિન-ધ્રુવીય કાર્બનિક દ્રાવકોમાં મોનોડિસ્પર્સ લિપોફિલિક સેરિયા નેનોપાર્ટિકલ્સ તૈયાર કરી શકાય છે. (આકૃતિ 1 જુઓ)

આકૃતિ 1 મોનોડિસ્પર્સ ગોળાકાર નેનો સીરીયા અને સળિયા આકારની નેનો સીરીયા

1.4 સોલ જેલ પદ્ધતિ

સોલ જેલ પદ્ધતિ એ એક પદ્ધતિ છે જે કેટલાક અથવા ઘણા સંયોજનોનો પૂર્વવર્તી તરીકે ઉપયોગ કરે છે, સોલ બનાવવા માટે પ્રવાહી તબક્કામાં હાઇડ્રોલિસિસ જેવી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ કરે છે, અને પછી વૃદ્ધત્વ પછી જેલ બનાવે છે, અને અંતે અલ્ટ્રાફાઇન પાવડર તૈયાર કરવા માટે સૂકાય છે અને કેલ્સિન કરે છે. આ પદ્ધતિ ખાસ કરીને અત્યંત વિખરાયેલા મલ્ટી-કમ્પોનન્ટ નેનો સેરિયા કમ્પોઝિટ નેનોમટેરિયલ્સ તૈયાર કરવા માટે યોગ્ય છે, જેમ કે સેરિયમ આયર્ન, સેરિયમ ટાઇટેનિયમ, સેરિયમ ઝિર્કોનિયમ અને અન્ય સંયુક્ત નેનો ઓક્સાઈડ્સ, જે ઘણા અહેવાલોમાં નોંધવામાં આવ્યા છે.

 
1.5 અન્ય પદ્ધતિઓ

ઉપરોક્ત પદ્ધતિઓ ઉપરાંત, માઇક્રો લોશન પદ્ધતિ, માઇક્રોવેવ સંશ્લેષણ પદ્ધતિ, ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશન પદ્ધતિ, પ્લાઝ્મા ફ્લેમ કમ્બશન પદ્ધતિ, આયન-એક્સચેન્જ મેમ્બ્રેન ઇલેક્ટ્રોલિસિસ પદ્ધતિ અને અન્ય ઘણી પદ્ધતિઓ પણ છે. નેનો સેરિયાના સંશોધન અને ઉપયોગ માટે આ પદ્ધતિઓનું ઘણું મહત્વ છે.

 
વોટર ટ્રીટમેન્ટમાં 2-નેનોમીટર સેરિયમ ઓક્સાઇડનો ઉપયોગ

ઓછી કિંમતો અને વ્યાપક ઉપયોગો સાથે, દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોમાં સીરિયમ સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં જોવા મળતું તત્વ છે. નેનોમીટર સેરિયા અને તેના સંયોજનોએ તેમના ઉચ્ચ વિશિષ્ટ સપાટી વિસ્તાર, ઉચ્ચ ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ અને ઉત્કૃષ્ટ માળખાકીય સ્થિરતાને કારણે જળ શુદ્ધિકરણના ક્ષેત્રમાં ખૂબ ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે.

 
2.1 ની અરજીનેનો સીરિયમ ઓક્સાઇડશોષણ પદ્ધતિ દ્વારા પાણીની સારવારમાં

તાજેતરના વર્ષોમાં, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉદ્યોગ જેવા ઉદ્યોગોના વિકાસ સાથે, ભારે ધાતુના આયનો અને ફ્લોરિન આયનો જેવા પ્રદૂષકો ધરાવતા ગંદાપાણીનો મોટો જથ્થો છોડવામાં આવ્યો છે. ટ્રેસ સાંદ્રતા પર પણ, તે જળચર જીવો અને માનવ જીવંત પર્યાવરણને નોંધપાત્ર નુકસાન પહોંચાડી શકે છે. સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિઓમાં ઓક્સિડેશન, ફ્લોટેશન, રિવર્સ ઓસ્મોસિસ, શોષણ, નેનોફિલ્ટરેશન, બાયોસોર્પ્શન વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. તેમાંથી, શોષણ તકનીક તેના સરળ ઓપરેશન, ઓછી કિંમત અને ઉચ્ચ સારવાર કાર્યક્ષમતાને કારણે ઘણીવાર અપનાવવામાં આવે છે. Nano CeO2 સામગ્રીઓમાં ઉચ્ચ વિશિષ્ટ સપાટી વિસ્તાર અને શોષક તરીકે ઉચ્ચ સપાટીની પ્રવૃત્તિ હોય છે, અને પાણીમાંથી હાનિકારક આયનોને શોષવા અને દૂર કરવા માટે છિદ્રાળુ નેનો CeO2 અને તેની વિવિધ આકારવિજ્ઞાન સાથેની સંયુક્ત સામગ્રીના સંશ્લેષણ અંગે ઘણા અહેવાલો મળ્યા છે.

સંશોધન દર્શાવે છે કે નેનો સેરિયા નબળા એસિડિક સ્થિતિમાં પાણીમાં F - માટે મજબૂત શોષણ ક્ષમતા ધરાવે છે. F - 100mg/L અને pH=5-6 ની પ્રારંભિક સાંદ્રતા સાથેના ઉકેલમાં, F - માટે શોષણ ક્ષમતા 23mg/g છે, અને F - દૂર કરવાનો દર 85.6% છે. તેને પોલિએક્રીલિક એસિડ રેઝિન બોલ (લોડિંગ રકમ: 0.25g/g) પર લોડ કર્યા પછી, F - જલીય દ્રાવણના 100mg/L સમાન વોલ્યુમની સારવાર કરતી વખતે F - ની દૂર કરવાની ક્ષમતા 99% સુધી પહોંચી શકે છે; 120 ગણા વોલ્યુમની પ્રક્રિયા કરતી વખતે, F ના 90% થી વધુ - દૂર કરી શકાય છે. જ્યારે ફોસ્ફેટ અને આયોડેટને શોષવા માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે, ત્યારે અનુરૂપ શ્રેષ્ઠ શોષણ સ્થિતિ હેઠળ શોષણ ક્ષમતા 100mg/g સુધી પહોંચી શકે છે. વપરાયેલી સામગ્રીને સરળ ડિસોર્પ્શન અને ન્યુટ્રલાઇઝેશન ટ્રીટમેન્ટ પછી ફરીથી ઉપયોગમાં લઈ શકાય છે, જેમાં ઉચ્ચ આર્થિક લાભો છે.

નેનો સેરિયા અને તેની સંયુક્ત સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને આર્સેનિક, ક્રોમિયમ, કેડમિયમ અને સીસા જેવી ઝેરી ભારે ધાતુઓના શોષણ અને સારવાર પર ઘણા અભ્યાસો છે. વિવિધ સંયોજક અવસ્થાઓ સાથે ભારે ધાતુના આયનો માટે શ્રેષ્ઠ શોષણ pH બદલાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, તટસ્થ પૂર્વગ્રહ સાથેની નબળી આલ્કલાઇન સ્થિતિ As (III) માટે શ્રેષ્ઠ શોષણ સ્થિતિ ધરાવે છે, જ્યારે As (V) માટે શ્રેષ્ઠ શોષણ સ્થિતિ નબળી એસિડિક સ્થિતિમાં પ્રાપ્ત થાય છે, જ્યાં શોષણ ક્ષમતા બંને હેઠળ 110mg/g સુધી પહોંચી શકે છે. શરતો એકંદરે, નેનો સેરિયા અને તેની સંયુક્ત સામગ્રીઓનું ઑપ્ટિમાઇઝ સંશ્લેષણ વિશાળ pH શ્રેણીમાં વિવિધ ભારે ધાતુના આયનો માટે ઉચ્ચ શોષણ અને દૂર કરવાના દરો પ્રાપ્ત કરી શકે છે.

બીજી તરફ, સીરિયમ ઓક્સાઇડ આધારિત નેનોમટેરિયલ્સ પણ ગંદા પાણીમાં ઓર્ગેનિક્સને શોષવામાં ઉત્કૃષ્ટ કામગીરી ધરાવે છે, જેમ કે એસિડ ઓરેન્જ, રોડામાઇન બી, કોંગો રેડ, વગેરે. ઉદાહરણ તરીકે, હાલના નોંધાયેલા કેસોમાં, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિઓ દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવેલા નેનો સેરિયા છિદ્રાળુ ગોળાઓનું પ્રમાણ વધુ છે. કાર્બનિક રંગોને દૂર કરવામાં શોષણ ક્ષમતા, ખાસ કરીને કોંગો લાલ દૂર કરવામાં, સાથે 60 મિનિટમાં 942.7mg/g ની શોષણ ક્ષમતા.

 
2.2 અદ્યતન ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયામાં નેનો સેરિયાનો ઉપયોગ

અદ્યતન ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા (ટૂંકમાં AOPs) હાલની નિર્જળ સારવાર પ્રણાલીને સુધારવા માટે પ્રસ્તાવિત છે. અદ્યતન ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા, જેને ડીપ ઓક્સિડેશન ટેકનોલોજી તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે મજબૂત ઓક્સિડેશન ક્ષમતા સાથે હાઇડ્રોક્સિલ રેડિકલ (· OH), સુપરઓક્સાઈડ રેડિકલ (· O2 -), સિંગલ ઓક્સિજન વગેરેના ઉત્પાદન દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. ઉચ્ચ તાપમાન અને દબાણ, વીજળી, ધ્વનિ, પ્રકાશ ઇરેડિયેશન, ઉત્પ્રેરક, વગેરેની પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓ હેઠળ. મુક્ત રેડિકલ અને પ્રતિક્રિયાની સ્થિતિ પેદા કરવાની વિવિધ રીતો અનુસાર, તેમને ફોટોકેમિકલ ઓક્સિડેશન, ઉત્પ્રેરક ભીનું ઓક્સિડેશન, સોનોકેમિસ્ટ્રી ઓક્સિડેશન, ઓઝોન વગેરેમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. ઓક્સિડેશન, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઓક્સિડેશન, ફેન્ટન ઓક્સિડેશન, વગેરે. (આકૃતિ જુઓ 2).

આકૃતિ 2 અદ્યતન ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયાનું વર્ગીકરણ અને ટેકનોલોજી સંયોજન

નેનો સીરિયાસામાન્ય રીતે ઉન્નત ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયામાં ઉપયોગમાં લેવાતા વિજાતીય ઉત્પ્રેરક છે. Ce3+ અને Ce4+ વચ્ચે ઝડપી રૂપાંતરણ અને ઓક્સિજન શોષણ અને પ્રકાશન દ્વારા લાવવામાં આવેલી ઝડપી ઓક્સિડેશન-ઘટાડાની અસરને કારણે, નેનો સીરિયામાં સારી ઉત્પ્રેરક ક્ષમતા છે. જ્યારે ઉત્પ્રેરક પ્રમોટર તરીકે ઉપયોગ થાય છે, ત્યારે તે ઉત્પ્રેરક ક્ષમતા અને સ્થિરતાને અસરકારક રીતે સુધારી શકે છે. જ્યારે નેનો સેરિયા અને તેની સંયુક્ત સામગ્રીનો ઉત્પ્રેરક તરીકે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઉદ્દીપક ગુણધર્મો મોર્ફોલોજી, કણોના કદ અને ખુલ્લા ક્રિસ્ટલ પ્લેન્સ સાથે મોટા પ્રમાણમાં બદલાય છે, જે તેમની કામગીરી અને એપ્લિકેશનને અસર કરતા મુખ્ય પરિબળો છે. સામાન્ય રીતે એવું માનવામાં આવે છે કે કણો જેટલા નાના અને ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર જેટલા મોટા હોય, તેટલી વધુ અનુરૂપ સક્રિય સાઇટ અને ઉત્પ્રેરક ક્ષમતા વધુ મજબૂત. ખુલ્લી સ્ફટિક સપાટીની ઉત્પ્રેરક ક્ષમતા, મજબૂતથી નબળી સુધી, (100) સ્ફટિક સપાટી> (110) સ્ફટિક સપાટી> (111) સ્ફટિક સપાટીના ક્રમમાં છે, અને અનુરૂપ સ્થિરતા વિરુદ્ધ છે.

સીરિયમ ઓક્સાઇડ સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી છે. જ્યારે નેનોમીટર સેરિયમ ઓક્સાઇડ બેન્ડ ગેપ કરતા વધુ ઉર્જા સાથે ફોટોન દ્વારા ઇરેડિયેટ થાય છે, ત્યારે વેલેન્સ બેન્ડ ઇલેક્ટ્રોન ઉત્તેજિત થાય છે, અને સંક્રમણ પુનઃસંયોજન વર્તન થાય છે. આ વર્તન Ce3+ અને Ce4+ ના રૂપાંતરણ દરને પ્રોત્સાહન આપશે, જેના પરિણામે નેનો સેરિયાની મજબૂત ફોટોકેટાલિટીક પ્રવૃત્તિ થશે. ફોટોકેટાલિસિસ ગૌણ પ્રદૂષણ વિના કાર્બનિક પદાર્થોના સીધા અધોગતિને પ્રાપ્ત કરી શકે છે, તેથી તેનો ઉપયોગ એઓપીમાં નેનો સેરિયાના ક્ષેત્રમાં સૌથી વધુ અભ્યાસ કરાયેલ તકનીક છે. હાલમાં, મુખ્ય ધ્યાન એઝો ડાયઝ, ફિનોલ, ક્લોરોબેન્ઝીન અને ફાર્માસ્યુટિકલ ગંદાપાણીના ઉત્પ્રેરક અધોગતિની સારવાર પર છે જે વિવિધ મોર્ફોલોજી અને સંયુક્ત રચનાઓ સાથે ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરે છે. અહેવાલ મુજબ, ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ કેટાલિસ્ટ સિન્થેસિસ પદ્ધતિ અને ઉત્પ્રેરક મોડલની સ્થિતિઓ હેઠળ, આ પદાર્થોની અધોગતિ ક્ષમતા સામાન્ય રીતે 80% થી વધુ સુધી પહોંચી શકે છે, અને કુલ કાર્બનિક કાર્બન (TOC) ની દૂર કરવાની ક્ષમતા 40% થી વધુ સુધી પહોંચી શકે છે.

ઓઝોન અને હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ જેવા કાર્બનિક પ્રદૂષકોના અધોગતિ માટે નેનો સેરિયમ ઓક્સાઇડ ઉત્પ્રેરક એ બીજી વ્યાપક રીતે અભ્યાસ કરાયેલ તકનીક છે. ફોટોકેટાલિસિસની જેમ, તે વિવિધ મોર્ફોલોજીસ અથવા ક્રિસ્ટલ પ્લેન અને વિવિધ સેરિયમ આધારિત સંયુક્ત ઉત્પ્રેરક ઓક્સિડન્ટ્સ સાથે નેનો સેરિયાની ક્ષમતા પર પણ ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે જે કાર્બનિક પ્રદૂષકોને ઓક્સિડાઇઝ કરવા અને ડિગ્રેડ કરે છે. આવી પ્રતિક્રિયાઓમાં, ઉત્પ્રેરક ઓઝોન અથવા હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડમાંથી મોટી સંખ્યામાં સક્રિય રેડિકલના ઉત્પાદનને ઉત્પ્રેરિત કરી શકે છે, જે કાર્બનિક પ્રદૂષકો પર હુમલો કરે છે અને વધુ કાર્યક્ષમ ઓક્સિડેટીવ ડિગ્રેડેશન ક્ષમતાઓ હાંસલ કરે છે. પ્રતિક્રિયામાં ઓક્સિડન્ટ્સની રજૂઆતને કારણે, કાર્બનિક સંયોજનોને દૂર કરવાની ક્ષમતામાં મોટા પ્રમાણમાં વધારો થાય છે. મોટાભાગની પ્રતિક્રિયાઓમાં, લક્ષ્ય પદાર્થનો અંતિમ દૂર કરવાનો દર 100% સુધી પહોંચી શકે છે અથવા તેની નજીક પહોંચી શકે છે, અને TOC દૂર કરવાનો દર પણ વધારે છે.

ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક અદ્યતન ઓક્સિડેશન પદ્ધતિમાં, ઉચ્ચ ઓક્સિજન ઉત્ક્રાંતિ સાથેના એનોડ સામગ્રીના ગુણધર્મો કાર્બનિક પ્રદૂષકોની સારવાર માટે ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક અદ્યતન ઓક્સિડેશન પદ્ધતિની પસંદગીને નિર્ધારિત કરે છે. કેથોડ સામગ્રી એ H2O2 ના ઉત્પાદનને નિર્ધારિત કરતું એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે, અને H2O2 નું ઉત્પાદન કાર્બનિક પ્રદૂષકોની સારવાર માટે ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક અદ્યતન ઓક્સિડેશન પદ્ધતિની કાર્યક્ષમતા નક્કી કરે છે. નેનો સેરિયાનો ઉપયોગ કરીને ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી ફેરફારના અભ્યાસને સ્થાનિક અને આંતરરાષ્ટ્રીય સ્તરે વ્યાપક ધ્યાન આપવામાં આવ્યું છે. સંશોધકો મુખ્યત્વે નેનો સેરિયમ ઓક્સાઇડ અને તેની સંયુક્ત સામગ્રીને વિવિધ ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીઓને સંશોધિત કરવા, તેમની વિદ્યુતરાસાયણિક પ્રવૃત્તિમાં સુધારો કરવા અને તે રીતે ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક પ્રવૃત્તિ અને અંતિમ દૂર કરવાના દરમાં વધારો કરવા માટે વિવિધ રાસાયણિક પદ્ધતિઓ દ્વારા રજૂ કરે છે.

ઉપરોક્ત ઉત્પ્રેરક મોડેલો માટે માઇક્રોવેવ અને અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઘણીવાર મહત્વપૂર્ણ સહાયક પગલાં છે. ઉદાહરણ તરીકે અલ્ટ્રાસોનિક સહાયતા લેતા, 25kHz પ્રતિ સેકન્ડ કરતાં વધુ ફ્રીક્વન્સી સાથે વાઇબ્રેશન ધ્વનિ તરંગોનો ઉપયોગ કરીને, ખાસ ડિઝાઇન કરાયેલ સફાઇ એજન્ટ સાથે ઘડવામાં આવેલા સોલ્યુશનમાં લાખો અત્યંત નાના બબલ્સ ઉત્પન્ન થાય છે. આ નાના પરપોટા, ઝડપી સંકોચન અને વિસ્તરણ દરમિયાન, સતત બબલ ઇમ્પ્લોશન ઉત્પન્ન કરે છે, જે સામગ્રીને ઉત્પ્રેરક સપાટી પર ઝડપથી વિનિમય અને ફેલાવવાની મંજૂરી આપે છે, ઘણી વખત ઉત્પ્રેરક કાર્યક્ષમતામાં ઝડપથી સુધારો કરે છે.

 
3 નિષ્કર્ષ

નેનો સેરિયા અને તેની સંયુક્ત સામગ્રી પાણીમાં આયનો અને કાર્બનિક પ્રદૂષકોને અસરકારક રીતે સારવાર કરી શકે છે અને ભવિષ્યમાં જળ શુદ્ધિકરણ ક્ષેત્રોમાં મહત્વપૂર્ણ ઉપયોગની સંભાવના ધરાવે છે. જો કે, મોટા ભાગનું સંશોધન હજુ પણ પ્રયોગશાળાના તબક્કામાં છે, અને ભવિષ્યમાં જળ શુદ્ધિકરણમાં ઝડપી ઉપયોગ હાંસલ કરવા માટે, નીચેના મુદ્દાઓને હજુ પણ તાકીદે સંબોધિત કરવાની જરૂર છે:

(1) નેનોની પ્રમાણમાં ઊંચી તૈયારી ખર્ચCeO2વોટર ટ્રીટમેન્ટમાં તેમની મોટાભાગની એપ્લિકેશનોમાં આધારિત સામગ્રી એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે, જે હજુ પણ પ્રયોગશાળા સંશોધન તબક્કામાં છે. નેનો CeO2 આધારિત સામગ્રીના આકારશાસ્ત્ર અને કદને નિયંત્રિત કરી શકે તેવી ઓછી કિંમતની, સરળ અને અસરકારક તૈયારી પદ્ધતિઓનું અન્વેષણ કરવું એ હજુ પણ સંશોધનનું કેન્દ્ર છે.

(2) નેનો CeO2 આધારિત સામગ્રીના નાના કણોના કદને કારણે, ઉપયોગ પછી રિસાયક્લિંગ અને પુનર્જીવનની સમસ્યાઓ પણ તેમના ઉપયોગને મર્યાદિત કરતા મહત્વપૂર્ણ પરિબળો છે. રેઝિન સામગ્રી અથવા ચુંબકીય સામગ્રી સાથેનું મિશ્રણ તેની સામગ્રીની તૈયારી અને રિસાયક્લિંગ તકનીક માટે મુખ્ય સંશોધન દિશા હશે.

(3) નેનો CeO2 આધારિત મટીરીયલ વોટર ટ્રીટમેન્ટ ટેક્નોલોજી અને પરંપરાગત ગટર શુદ્ધિકરણ ટેક્નોલોજી વચ્ચે સંયુક્ત પ્રક્રિયાના વિકાસથી પાણી શુદ્ધિકરણના ક્ષેત્રમાં નેનો CeO2 આધારિત સામગ્રી ઉત્પ્રેરક તકનીકના ઉપયોગને મોટા પ્રમાણમાં પ્રોત્સાહન મળશે.

(4) નેનો CeO2 આધારિત સામગ્રીની ઝેરી અસર પર હજુ પણ મર્યાદિત સંશોધન છે, અને તેમની પર્યાવરણીય વર્તણૂક અને જળ શુદ્ધિકરણ પ્રણાલીઓમાં ઝેરી અસરની પદ્ધતિ હજુ સુધી નક્કી કરવામાં આવી નથી. વાસ્તવિક ગટર શુદ્ધિકરણ પ્રક્રિયામાં ઘણીવાર બહુવિધ પ્રદૂષકોના સહઅસ્તિત્વનો સમાવેશ થાય છે, અને સહઅસ્તિત્વમાં રહેલા પ્રદૂષકો એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરશે, જેનાથી નેનોમટેરિયલ્સની સપાટીની લાક્ષણિકતાઓ અને સંભવિત ઝેરીતા બદલાશે. તેથી, સંબંધિત પાસાઓ પર વધુ સંશોધન હાથ ધરવાની તાત્કાલિક જરૂર છે.