CEO2važna je komponenta rijetkih zemaljskih materijala. ARijetka Zemljina element cerijumima jedinstvenu vanjsku elektroničku strukturu - 4F15D16S2. Njegov poseban sloj 4F može učinkovito pohraniti i oslobađati elektrone, čineći ioni cerijskih iona u stanju+3 valencije i+4 valentno stanje. Stoga CEO2 materijali imaju više rupa s kisikom i imaju izvrsnu sposobnost skladištenja i oslobađanja kisika. Uzajamna pretvorba CE (III) i CE (IV) također obdaruje CEO2 materijale s jedinstvenim katalitičkim sposobnostima oksidacije. U usporedbi s skupnim materijalima, nano CEO2, kao nova vrsta anorganskog materijala, privukla je široku pažnju zbog svoje visoke specifične površine, izvrsne sposobnosti skladištenja i oslobađanja kisika, vodljivosti iona kisika, redoks performansi i brzih difuzijskih sposobnosti slobodnog mjesta za kisik. Trenutno postoji veliki broj izvješća o istraživanju i srodnih aplikacija koje koriste Nano CEO2 kao katalizatore, nosači katalizatora ili aditivi, aktivne komponente i adsorbents.
1. Način pripreme nanometracerijski oksid
Trenutno, uobičajene metode pripreme za nano ceria uglavnom uključuju kemijsku metodu i fizičku metodu. Prema različitim kemijskim metodama, kemijske metode mogu se podijeliti u metodu oborina, hidrotermalnu metodu, solvotermalnu metodu, metodu sol gela, metodu mikroemulzije i metodu elektrodepozicije; Fizička metoda je uglavnom metoda brušenja.
1.1 Metoda mljevenja
Metoda mljevenja za pripremu nano cerije uglavnom koristi mljevenje pijeska, što ima prednosti niskih troškova, okolišne prijateljske, brze brzine obrade i snažne sposobnosti obrade. Trenutno je najvažnija metoda obrade u industriji Nano Ceria. Na primjer, priprema praha za poliranje nano cerium oksida uglavnom prihvaća kombinaciju kalcinacije i mljevenja pijeska, a sirovine denitracijske katalizatore na bazi cerije također su pomiješane za prethodno liječenje ili tretirani nakon kalcinacije pomoću mljevenja pijeska. Korištenjem različitih omjera zrnca za brušenje pijeska veličine čestica, nano ceria s D50 u rasponu od desetaka do stotina nanometara može se dobiti podešavanjem.
1.2 Metoda oborina
Metoda oborina odnosi se na metodu pripreme čvrstog praha oborinama, odvajanjem, pranjem, sušenjem i kalcinacijom sirovina otopljenih u odgovarajućim otapalima. Metoda oborina široko se koristi u pripremi rijetke zemlje i dopiranih nanomaterijala, s prednostima poput jednostavnog postupka pripreme, visoke učinkovitosti i niskih troškova. To je najčešće korištena metoda za pripremu nano cerije i njegovih kompozitnih materijala u industriji. Ova metoda može pripremiti nano ceria s različitom morfologijom i veličinom čestica promjenom temperature oborina, koncentracije materijala, vrijednosti pH, brzine oborina, brzine miješanja, predloška itd. Uobičajene metode oslanjaju se na taloženje cerijskih iona iz amonijaka generiranog dekompozicijom uree, a priprema nano cerijskih mikrosfera kontrolira se citrata. Alternativno, cerijski ioni mogu se taložiti OH -generiranim iz hidrolize natrijevog citrata, a zatim inkubirani i kalcinirani da pripreme pahuljicu poput nano cerijskih mikrosfera.
1.3 Hidrotermalne i solvotermalne metode
Ove dvije metode odnose se na metodu pripreme proizvoda visokotemperaturom i reakcijom visokog pritiska na kritičnoj temperaturi u zatvorenom sustavu. Kad je reakcijsko otapalo vodu, naziva se hidrotermalnom metodom. U skladu s tim, kada je reakcijsko otapalo organsko otapalo, to se naziva solvotermalna metoda. Sintetizirane nano čestice imaju visoku čistoću, dobru disperziju i ujednačene čestice, posebno nano prah s različitim morfologijama ili izložena posebna kristalna lica. Otopite cerijski klorid u destiliranoj vodi, miješajte i dodajte otopinu natrijevog hidroksida. React hidrotermalno u 170 ℃ u trajanju od 12 sati kako biste pripremili nanorode cerijskog oksida s izloženim (111) i (110) kristalnim ravninama. Podešavanjem reakcijskih uvjeta može se povećati udio (110) kristalnih ravnina u izloženim kristalnim ravninama, dodatno povećavajući njihovu katalitičku aktivnost. Podešavanje reakcijskog otapala i površinskih liganda također može proizvesti nano cerijske čestice s posebnom hidrofilnošću ili lipofilnošću. Na primjer, dodavanje iona acetata u vodenu fazu može pripremiti monodisperzne nanočestice hidrofilnog cerijskog oksida u vodi. Odabirom nepolarnog otapala i uvođenjem oleinske kiseline kao liganda tijekom reakcije, monodisperzne lipofilne nanočestice ceria mogu se pripremiti u nepolarnim organskim otapalima. (Vidi sliku 1)
Slika 1. Monodisperzni sferna nano ceria i nano ceria u obliku štapa
1.4 METODA SOL GEL
Metoda SOL gela je metoda koja koristi neke ili nekoliko spojeva kao prekursore, provodi kemijske reakcije poput hidrolize u tekućoj fazi kako bi formirala SOL, a zatim formira gel nakon starenja, a na kraju suše i kalcine za pripremu ultrafinih prahova. Ova je metoda posebno prikladna za pripremu visoko raspršenih multikomponentnih nano cerijskih kompozitnih nanomaterijala, kao što su cerijski željezo, cerijski titanij, cerijski cirkonij i drugi kompozitni nano oksidi, koji su zabilježeni u mnogim izvješćima.
1.5 Ostale metode
Pored gore navedenih metoda, postoje i metoda mikrovalnog losiona, metoda sinteze mikrovalne pećnice, metoda elektrodepozicije, metoda izgaranja plazme plamena, metoda elektrolize membrane ionske izmjene i mnoge druge metode. Ove metode imaju veliki značaj za istraživanje i primjenu nano cerije.
Primjena 2-nanometrijskog cerijskog oksida u liječenju vode
Cerium je najzastupljeniji element među rijetkim zemaljskim elementima, s niskim cijenama i širokim primjenama. Nanometar Ceria i njegovi kompoziti privukli su veliku pažnju u području obrade vode zbog svoje visoke specifične površine, visoke katalitičke aktivnosti i izvrsne strukturne stabilnosti.
2.1 PrimjenaNano cerijski oksidU obradi vode pomoću adsorpcijske metode
Posljednjih godina, s razvojem industrija poput industrije elektronike, otpuštena je velika količina otpadnih voda koja sadrži zagađivače poput iona teških metala i iona fluora. Čak i u koncentracijama u tragovima, može nanijeti značajnu štetu vodenim organizmima i okruženju ljudskog života. Uobičajene metode uključuju oksidaciju, flotaciju, reverznu osmozu, adsorpciju, nanofiltraciju, biosorpciju itd. Među njima se adsorpcijska tehnologija često usvaja zbog jednostavnog rada, niskih troškova i velike učinkovitosti liječenja. Nano CEO2 materijali imaju visoku specifičnu površinu i visoku površinsku aktivnost kao adsorbens, a bilo je mnogo izvještaja o sintezi poroznog nano CEO2 i njegovih kompozitnih materijala s različitim morfologijama za adsorb i uklanjanje štetnih iona iz vode.
Istraživanje je pokazalo da nano ceria ima snažnu adsorpcijsku sposobnost za F - u vodi u slabim kiselim uvjetima. U otopini s početnom koncentracijom F - od 100 mg/l i pH = 5-6, Adsorpcijski kapacitet za F - je 23 mg/g, a stopa uklanjanja F - je 85,6%. Nakon učitavanja na kuglu od smole od poliakrilne kiseline (količina opterećenja: 0,25 g/g), sposobnost uklanjanja F - može dostići preko 99% pri tretmanju jednakih volumena od 100 mg/L otopine F -vodene otopine; Kada se obradi 120 puta od volumena, više od 90% F - može se ukloniti. Kada se koristi za adsorb fosfat i jodat, adsorpcijski kapacitet može dostići više od 100 mg/g pod odgovarajućim optimalnim adsorpcijskim stanjem. Korišteni materijal može se ponovo upotrijebiti nakon jednostavnog tretmana desorpcije i neutralizacije, što ima velike ekonomske koristi.
Mnogo je studija o adsorpciji i liječenju toksičnih teških metala poput arsena, kroma, kadmija i olova pomoću nano cerije i njegovih kompozitnih materijala. Optimalni pH adsorpcije varira za ione teških metala s različitim stanjima valenciranja. Na primjer, slabo alkalno stanje s neutralnom pristranosti ima najbolje adsorpcijsko stanje za AS (iii), dok se optimalno adsorpcijsko stanje za AS (v) postiže u slabim kiselim uvjetima, gdje adsorpcijski kapacitet može dostići više od 110 mg/g u oba uvjeti. Općenito, optimizirana sinteza nano cerije i njegovih kompozitnih materijala može postići visoku stopu adsorpcije i uklanjanja za različite ione teških metala u širokom rasponu pH.
S druge strane, nanomaterijali na bazi cerijskog oksida također imaju izvanredne performanse u adsorbirajućim organskim vodama u otpadnim vodama, kao što su kiselina narančasta, rodamin B, Kongo crvena itd. Na primjer, u postojećim prijavljenim slučajevima, nano cerijske porozne sfere pripremljene elektrokemijskim metodama imaju visoku adsorpcijsku sposobnost obnove Organskog Dyes 942.7mg/g u 60 minuta.
2.2 Primjena nano cerije u naprednom procesu oksidacije
Predlaže se napredni proces oksidacije (zakratko AOPS) za poboljšanje postojećeg sustava bezvodnog liječenja. Napredni proces oksidacije, poznat i kao tehnologija duboke oksidacije, karakterizira proizvodnja hidroksilnog radikala (· OH), superoksid radikal (· O2 -), singletni kisik itd. S jakom oksidacijskom sposobnošću. U reakcijskim uvjetima visoke temperature i tlaka, električne energije, zvuka, zračenja svjetlosti, katalizatora itd. Prema različitim načinima stvaranja slobodnih radikala i reakcijskih uvjeta, oni se mogu podijeliti u fotokemijsku oksidaciju, katalitičku mokro oksidaciju, oksidaciju sonokemije, oksidaciju ozona, elektrokemijska oksidacija, itd. (Vidimo se, itd.
Slika 2 Klasifikacija i tehnološka kombinacija procesa naprednog oksidacije
Nano ceriaje heterogeni katalizator koji se obično koristi u naprednom procesu oksidacije. Zbog brze pretvorbe između CE3+i CE4+i brzog efekta smanjenja oksidacije uzrokovanog apsorpcijom i oslobađanjem kisika, nano ceria ima dobru katalitičku sposobnost. Kada se koristi kao promotor katalizatora, također može učinkovito poboljšati katalitičku sposobnost i stabilnost. Kada se nano ceria i njegovi kompozitni materijali koriste kao katalizatori, katalitička svojstva uvelike se razlikuju s morfologijom, veličinom čestica i izloženim kristalnim ravninama, koji su ključni čimbenici koji utječu na njihovu izvedbu i primjenu. Općenito se vjeruje da što su manje čestice i što je veća specifična površina, to je odgovarajuće aktivno mjesto i jača je katalitička sposobnost. Katalitička sposobnost izložene kristalne površine, od jake do slabe, u redoslijedu (100) kristalne površine> (110) kristalne površine> (111) kristalne površine, a odgovarajuća stabilnost je suprotna.
Cerijski oksid je poluvodički materijal. Kad se nanometar cerijski oksid ozrači fotonima s energijom većim od razmaka opsega, valentni pojas elektroni su uzbuđeni i događa se ponašanje prijelazne rekombinacije. Ovo će ponašanje promovirati stopu pretvorbe CE3+i CE4+, što će rezultirati snažnom fotokatalitičkom aktivnošću nano cerije. Fotokataliza može postići izravnu degradaciju organske tvari bez sekundarnog zagađenja, tako da je njegova primjena najproumirana tehnologija na području nano cerije u AOPS -u. Trenutno je glavni fokus na liječenju katalitičke razgradnje azo boja, fenola, klorobenzena i farmaceutskih otpadnih voda pomoću katalizatora s različitim morfologijama i kompozitnim sastavima. Prema izvješću, prema optimiziranoj metodi sinteze katalizatora i uvjetima katalitičkog modela, kapacitet degradacije ovih tvari općenito može doseći više od 80%, a kapacitet uklanjanja ukupnog organskog ugljika (TOC) može dostići više od 40%.
Nano cerium oksid kataliza za razgradnju organskih zagađivača poput ozona i vodikovog peroksida je još jedna široko proučena tehnologija. Slično kao u fotokatalizi, ona se također fokusira na sposobnost nano cerija s različitim morfologijama ili kristalnim ravninama i različitim kompozitnim katalitičkim oksidansima na osnovi oksidiranja i razgradnje organskih zagađivača. U takvim reakcijama katalizatori mogu katalizirati stvaranje velikog broja aktivnih radikala iz ozona ili vodikovog peroksida, koji napadaju organske zagađivače i postižu učinkovitije oksidativne mogućnosti razgradnje. Zbog uvođenja oksidansa u reakciji, sposobnost uklanjanja organskih spojeva uvelike se pojačava. U većini reakcija konačna brzina uklanjanja ciljne tvari može doseći ili pristupiti 100%, a stopa uklanjanja TOC -a je također veća.
U elektrokatalitičkoj naprednoj metodi oksidacije, svojstva anodnog materijala s prekomjernom evolucijom visoke evolucije kisika određuju selektivnost elektrokatalitičke metode napredne oksidacije za liječenje organskih zagađivača. Katodni materijal važan je čimbenik koji određuje proizvodnju H2O2, a proizvodnja H2O2 određuje učinkovitost elektrokatalitičke metode napredne oksidacije za liječenje organskih zagađivača. Studija modifikacije materijala elektroda pomoću nano cerije privukla je široku pažnju kako u zemlji i u inozemstvu. Istraživači uglavnom unose nano cerium oksid i njegove kompozitne materijale kroz različite kemijske metode za modificiranje različitih materijala za elektrode, poboljšavaju njihovu elektrokemijsku aktivnost i na taj način povećavaju elektrokatalitičku aktivnost i konačnu brzinu uklanjanja.
Mikrovalna pećnica i ultrazvuk često su važne pomoćne mjere za gore navedene katalitičke modele. Uzimajući ultrazvučnu pomoć kao primjer, koristeći vibracijske zvučne valove s frekvencijama većim od 25 kHz u sekundi, milijuni izuzetno malih mjehurića generiraju se u otopini formuliranom s posebno dizajniranim sredstvima za čišćenje. Ovi mali mjehurići, tijekom brzog kompresije i širenja, neprestano stvaraju imploziju mjehurića, omogućujući materijalima da brzo razmjenjuju i difuziraju na površini katalizatora, često eksponencijalno poboljšavajući katalitičku učinkovitost.
3 Zaključak
Nano Ceria i njegovi kompozitni materijali mogu učinkovito liječiti ione i organske zagađivače u vodi i imati važan potencijal primjene u budućim poljima za obradu vode. Međutim, većina je istraživanja još uvijek u laboratorijskoj fazi, a za postizanje brze primjene u obradi vode u budućnosti, sljedeća pitanja i dalje trebaju hitno riješiti:
(1) relativno visoki troškovi pripreme nanoCEO2Materijali koji se temelje i dalje je važan čimbenik u velikoj većini njihovih primjena u obradi vode, koje su još uvijek u fazi laboratorijskog istraživanja. Istraživanje jeftinih, jednostavnih i učinkovitih metoda pripreme koje mogu regulirati morfologiju i veličinu materijala zasnovanih na CEO2 CEO2 i dalje je fokus istraživanja.
(2) Zbog male veličine čestica materijala na temelju nano CEO2, pitanja recikliranja i regeneracije nakon uporabe također su važni čimbenici koji ograničavaju njihovu primjenu. Kompozit od nje s materijalima od smole ili magnetskim materijalima bit će ključni istraživački smjer za njegovu tehnologiju pripreme i recikliranja materijala.
(3) Razvoj zajedničkog procesa između materijalne tehnologije za pročišćavanje vode na temelju CEO2 i tradicionalne tehnologije za obradu kanalizacije uvelike će promovirati primjenu materijalne tehnologije temeljene na CEO2 u području obrade vode.
(4) Još uvijek postoje ograničena istraživanja o toksičnosti materijala temeljenih na Nano CEO2, a njihovo mehanizam ponašanja u okolišu i toksičnosti u sustavima za obradu vode još nisu određeni. Stvarni postupak obrade kanalizacije često uključuje suživot više zagađivača, a koegzistirajući zagađivači će međusobno komunicirati, mijenjajući na taj način površinske karakteristike i potencijalnu toksičnost nanomaterijala. Stoga postoji hitna potreba za provođenjem više istraživanja o povezanim aspektima.
Vrijeme posta: svibanj-22-2023