CEO2a ritkaföldfémi anyagok fontos alkotóeleme. Aritkaföldfémi elem cériumEgyedülálló külső elektronikus struktúrával rendelkezik - 4F15D16S2. Különleges 4F rétege hatékonyan tárolhatja és felszabadíthatja az elektronokat, így a cérium -ionok a+3 valencia állapotban és a+4 valencia állapotban viselkednek. Ezért a CEO2 anyagok több oxigénlyukkal rendelkeznek, és kiválóan képesek az oxigén tárolására és felszabadítására. A CE (III) és a CE (IV) kölcsönös átalakulása a CEO2 anyagokat is egyedi oxidációs-redukciós katalitikus képességekkel biztosítja. Az ömlesztett anyagokkal összehasonlítva a Nano CeO2, mint új típusú szervetlen anyag, széles körű figyelmet kapott a magas specifikus felülete, a kiváló oxigén tárolása és a felszabadulási képesség, az oxigén-ion vezetőképessége, a redox teljesítmény és a magas hőmérsékletű gyors oxigén üresedési képesség miatt. Jelenleg számos kutatási jelentés és kapcsolódó alkalmazás található, amelyek katalizátorként, katalizátor hordozókként vagy adalékanyagként, aktív komponensként és adszorbensként használják a Nano CeO2 -t.
1. A nanométer előkészítési módjacérium -oxid
Jelenleg a nano ceria általános előkészítési módszerei elsősorban a kémiai módszert és a fizikai módszert tartalmazzák. Különböző kémiai módszerek szerint a kémiai módszerek feloszthatók csapadék módszerre, hidrotermális módszerre, szolvotermikus módszerre, szolgél módszerre, mikroemulziós módszerre és elektrodelepítés módszerére; A fizikai módszer elsősorban az őrlési módszer.
1.1 Csiszolási módszer
A nano -ceria előkészítéséhez szükséges csiszolási módszer általában homokcsiszolást használ, amelynek előnyei vannak az alacsony költségek, a környezetbarátság, a gyors feldolgozási sebesség és az erős feldolgozási képesség előnyeivel. Jelenleg ez a legfontosabb feldolgozási módszer a Nano Ceria iparban. Például a nano-cérium-oxid polírozó por előállítása általában a kalcinináció és a homok őrlésének kombinációját alkalmazza, és a cérium alapú denitrációs katalizátorok alapanyagát szintén összekeverik az előkezelés előírása céljából, vagy a kalcinálás után kezelték a homok őrlése után. Különböző részecskeméretű homokcsiszoló gyöngy arányok felhasználásával a D50 -es nano -ceria -t tíz és több száz nanométer között lehet beállítani.
1.2 csapadék módszer
A csapadék módszer arra utal, hogy a szilárd por csapadékkal, elválasztással, mosással, szárítással és a megfelelő oldószerekben oldott nyersanyagok kalcinálásával előállítja. A csapadék módszerét széles körben alkalmazzák a ritkaföldfémek és a doppant nanoanyagok előállításához, olyan előnyökkel, mint az egyszerű előkészítési folyamat, a nagy hatékonyság és az olcsó költségek. Ez egy általánosan használt módszer a nano ceria és annak kompozit anyagának elkészítésére az iparban. Ez a módszer képes előállítani a különböző morfológiával és a részecskemérettel rendelkező nano -ceria -t a csapadékhőmérséklet, az anyagkoncentráció, a pH -érték, a csapadék sebessége, a keverési sebesség, a sablon stb. Megváltoztatásával stb. A gyakori módszerek a karbamid bomlás által generált cerium -ionok csapadékát támaszkodnak, és a nano -ceria mikroszféra -mikroszféra előállítását a citrát -ionok vezérlik. Alternatív megoldásként a cérium -ionok kicsaphatók az OH -val - a nátrium -citrát hidrolíziséből, majd inkubálhatjuk és kalcinálhatjuk, hogy előkészítsék a pelyheket, mint a nano -ceria mikrogömbök.
1.3 Hidrotermikus és szolvotermikus módszerek
Ez a két módszer a termékek magas hőmérsékleten és nagynyomású reakcióval történő előállításának módszerére vonatkozik, zárt rendszerben kritikus hőmérsékleten. Ha a reakció oldószere víz, akkor hidrotermikus módszernek nevezzük. Ennek megfelelően, ha a reakcióoldószer szerves oldószer, akkor szolvotermikus módszernek nevezzük. A szintetizált nano -részecskék magas tisztaságú, jó diszperzióval és egyenletes részecskékkel rendelkeznek, különösen a különböző morfológiákkal vagy kitett speciális kristályfelületekkel rendelkező nano porokkal. Oldjuk fel a cérium -kloridot desztillált vízben, keverjük össze és adjunk hozzá nátrium -hidroxid -oldatot. React hidrotermális reakció 170 ℃ -en 12 órán át, hogy előállítsa a cérium -oxid -nanoródokat kitett (111) és (110) kristály síkokkal. A reakcióviszonyok beállításával a (110) kristálysíkok aránya a kitett kristály síkokban megnövelhető, tovább javítva a katalitikus aktivitást. A reakcióoldószer és a felszíni ligandumok beállítása nano ceria részecskéket is előállíthat, speciális hidrofilitással vagy lipofilitással. Például az acetát -ionok hozzáadása a vizes fázishoz előállíthatja a monodiszperz hidrofil cerium -oxid nanorészecskéket a vízben. A nem poláris oldószer kiválasztásával és az olajsav ligandumként történő bevezetésével a reakció során a monodiszperz lipofil ceria nanorészecskék előállíthatók nem poláris szerves oldószerekben. (Lásd az 1. ábrát)
1. ábra: Monodiszperz gömb alakú nano ceria és rúd alakú nano ceria
1.4 Sol Gel módszer
A Sol Gel módszer olyan módszer, amely néhány vagy több vegyületet használ prekurzorokként, kémiai reakciókat, például hidrolízist végez a folyékony fázisban, hogy szol, majd öregedés után gélt képez, és végül a Drys és a kalcinok ultrafinus porok előállításához. Ez a módszer különösen alkalmas a nagyon diszpergált többkomponensű nano-ceria kompozit nanomatermékek előkészítésére, mint például a Cerium Iron, a Cerium titán, a cerium cirkónium és más kompozit nano-oxidok, amelyekről számos jelentésben beszámoltak.
1.5 Egyéb módszerek
A fenti módszerek mellett vannak mikroválási módszer, mikrohullámú szintézis módszer, elektrodepozíciós módszer, plazma láng égési módszer, ioncserélő membrán elektrolízis módszer és sok más módszer is. Ezek a módszerek nagy jelentőséggel bírnak a nano ceria kutatásában és alkalmazásában.
2-nanométeres cérium-oxid felhasználása vízkezelésben
A cerium a legelterjedtebb elem a ritkaföldfémek elemei között, alacsony árakkal és széles alkalmazásokkal. A nanométeres ceria és kompozitjai nagy figyelmet fordítottak a vízkezelés területén, nagy specifikus felületük, magas katalitikus aktivitásuk és kiváló szerkezeti stabilitásuk miatt.
2.1 ANano cérium -oxidvízkezelésben adszorpciós módszerrel
Az utóbbi években az olyan iparágak fejlesztésével, mint például az elektronikai ipar, nagy mennyiségű szennyvízt tartalmazó szennyező anyagot, például nehézfém -ionokat és fluor -ionokat ürítettek ki. Még nyomkoncentrációk esetén is jelentős károkat okozhat a vízi szervezetek és az emberi életkörnyezet. A leggyakrabban alkalmazott módszerek közé tartozik az oxidáció, a flotáció, a fordított ozmózis, az adszorpció, a nanofiltráció, a biosorpció stb. A Nano CEO2 anyagok nagy specifikus felületű és nagy felületi aktivitással rendelkeznek adszorbensként, és számos jelentés készült a porózus Nano CEO2 és annak kompozit anyagok szintéziséről, amelyek eltérő morfológiával adódnak, és eltávolítják a káros ionokat a vízből.
A kutatások kimutatták, hogy a nano ceria erős adszorpciós képességgel rendelkezik az F -vízben gyenge savas körülmények között. Az F - 100 mg/L és PH = 5-6 kezdeti koncentrációjú oldatban az F -adszorpciós kapacitás 23 mg/g, és az F eltávolítási sebessége 85,6%. Miután betöltöttük egy poliakrilsav -gyanta golyóra (terhelési mennyiség: 0,25 g/g), az F eltávolítási képessége meghaladhatja a 99% -ot, ha azonos térfogatú 100 mg/l F - vizes oldatot kezel; A térfogat 120 -szorosának feldolgozásakor az F több mint 90% -a eltávolítható. A foszfát és a jód adszorbálására használva az adszorpciós kapacitás elérheti a 100 mg/g -t a megfelelő optimális adszorpciós állapotban. A használt anyagot újra felhasználhatjuk az egyszerű deszorpció és a semlegesítés kezelése után, amelynek magas gazdasági előnyei vannak.
Számos tanulmány található a mérgező nehézfémek, például arzén, króm, kadmium és ólom adszorpciójáról és kezeléséről, nano ceria és kompozit anyagok felhasználásával. Az optimális adszorpciós pH eltér a különböző valencia állapotú nehézfémionok esetében. Például, a semleges torzítással rendelkező gyenge lúgos állapotnak a legjobb adszorpciós állapota (III), míg az AS optimális adszorpciós állapotát (V) esetében gyenge savas körülmények között érik el, ahol az adszorpciós kapacitás mindkét körülmények között elérheti a 110 mg/g -t. Összességében a nano ceria és kompozit anyagok optimalizált szintézise magas adszorpciós és eltávolítási sebességet érhet el a különféle nehézfém -ionok számára széles pH -tartományban.
Másrészt a cérium -oxid alapú nanomatermékek kiemelkedő teljesítményt nyújtanak a szennyvíz adszorbeáló szerves anyagában, például sav -narancs, rodamin B, Kongói Red stb., Például a meglévő esetekben a nano -ceria porózus gömbök, amelyeket elektrokémiai módszerekkel készítettek, az adszorpciós kapacitással, az adszorpciós kapacitással, az adszorpciós kapacitással, az adszorpciós kapacitással, az adszorpciós kapacitással, az adszorpciós kapacitással, az adszorpciós kapacitással, az adszorpciós kapacitással, az adszorpciós kapacitással, az adszorpciós kapacitással, az adszorpciós kapacitással. 942,7 mg/g 60 perc alatt.
2.2 Nano -ceria alkalmazása a fejlett oxidációs folyamatban
Javasoljuk a fejlett oxidációs folyamatot (röviden AOP -k) a meglévő vízmentes kezelési rendszer javítására. A fejlett oxidációs folyamatot, más néven mély oxidációs technológiát is ismertek, az erős oxidációs képességgel rendelkező hidroxil -gyök (· OH), szuperoxid -radikális (· O2 -), szingulett oxigén stb. Termelése. A magas hőmérsékleten és nyomáson, az elektromosság, a hang, a fény besugárzása, a katalizátor stb. A reakció körülményei között a szabad gyökök és a reakcióviszonyok generálásának különféle módjai szerint fel lehet osztani fotokémiai oxidációra, katalitikus nedves oxidációra, szonokémiás oxidációra, ózon -oxidációra, elektrokémiai oxidációra, fenton -oxidációra stb.).
2. ábra A fejlett oxidációs folyamat osztályozása és technológiai kombinációja
Nano ceriaegy heterogén katalizátor, amelyet általában a fejlett oxidációs folyamatban használnak. A CE3+és a CE4+közötti gyors átalakulás, valamint az oxigén abszorpció és felszabadulás által okozott gyors oxidációs redukciós hatás miatt a Nano Ceria jó katalitikus képességgel rendelkezik. Ha katalizátor promóterként használják, akkor hatékonyan javíthatja a katalitikus képességet és a stabilitást. Amikor a nano ceria -t és annak kompozit anyagát katalizátorokként használják, a katalitikus tulajdonságok nagyban különböznek a morfológiától, a részecskemérettől és a kitett kristálysíkoktól, amelyek kulcsfontosságú tényezők, amelyek befolyásolják a teljesítményüket és alkalmazást. Általánosságban úgy gondolják, hogy minél kisebb a részecskék és minél nagyobb a specifikus felület, annál inkább a megfelelő aktív hely, és annál erősebb a katalitikus képesség. A kitett kristályfelület katalitikus képessége, erős és gyenge és gyenge, (100) kristályfelület> (110) kristályfelület> (111) kristályfelület sorrendjében van, és a megfelelő stabilitás ellentétes.
A cérium -oxid félvezető anyag. Amikor a nanométeres cérium -oxidot a sávrésnél magasabb energiájú fotonok besugárzik, a valencia sáv elektronok gerjesztik, és az átmeneti rekombinációs viselkedés megtörténik. Ez a viselkedés elősegíti a CE3+és CE4+konverziós sebességét, ami a nano ceria erős fotokatalitikus aktivitását eredményezi. A fotokatalízis elérheti a szerves anyagok közvetlen lebomlását másodlagos szennyezés nélkül, tehát alkalmazása a leginkább vizsgált technológia a Nano Ceria területén az AOP -kban. Jelenleg a fő hangsúly az azo -festékek, a fenol, a klór -benzol és a gyógyszerészeti szennyvíz katalitikus degradációs kezelésére összpontosítva, különböző morfológiákkal és kompozit összetételekkel rendelkező katalizátorok felhasználásával. A jelentés szerint az optimalizált katalizátor szintézis módszer és a katalitikus modell körülményei szerint ezeknek az anyagoknak a lebomlási képessége általában több mint 80%-ot érhet el, és a teljes szerves szén (TOC) eltávolító képessége több mint 40%-ot érhet el.
A nano -cérium -oxid -katalízis a szerves szennyező anyagok, például az ózon és a hidrogén -peroxid lebontásához egy másik széles körben vizsgált technológia. A fotokatalízishez hasonlóan a nano ceria különböző morfológiákkal vagy kristálysíkokkal és különböző cérium alapú katalitikus oxidánsokkal való képességére is összpontosít, hogy oxidálják és lebontják a szerves szennyező anyagokat. Ilyen reakciókban a katalizátorok katalizálhatják számos aktív gyök előállítását ózonból vagy hidrogén -peroxidból, amelyek megtámadják a szerves szennyező anyagokat és elérik a hatékonyabb oxidatív lebomlási képességeket. Az oxidánsok reakcióba történő bevezetése miatt a szerves vegyületek eltávolításának képessége jelentősen javul. A legtöbb reakcióban a céltartalom végleges eltávolítási sebessége elérheti vagy megközelítheti a 100%-ot, és a TOC eltávolítási sebessége is magasabb.
Az elektrokatalitikus fejlett oxidációs módszerben a magas oxigén evolúciós túlpotenciális anód anyag tulajdonságai meghatározzák az elektrokatalitikus fejlett oxidációs módszer szelektivitását a szerves szennyező anyagok kezelésére. A katód anyag fontos tényező, amely meghatározza a H2O2 előállítását, és a H2O2 termelése meghatározza az elektrokatalitikus fejlett oxidációs módszer hatékonyságát a szerves szennyező anyagok kezelésére. Az elektróda anyag módosításának a Nano Ceria alkalmazásával történő tanulmányozása széles körű figyelmet kapott mind belföldön, mind nemzetközi szinten. A kutatók elsősorban a nano -cérium -oxidot és annak kompozit anyagát vezetik be különböző kémiai módszerek révén a különböző elektródaanyagok módosítására, az elektrokémiai aktivitás javítására, és ezáltal növelik az elektrokatalitikus aktivitást és a végső eltávolítási sebességet.
A mikrohullámú és ultrahang gyakran fontos kiegészítő intézkedések a fenti katalitikus modelleknél. Az ultrahangos segítséget példaként tekintve, ha a rezgési hanghullámokat másodpercenként 25 kHz -nél magasabb frekvenciákkal használják, több millió rendkívül kis buborékot generálnak egy speciálisan tervezett tisztítószerrel készített oldatban. Ezek a kis buborékok a gyors kompresszió és a tágulás során folyamatosan buborék -implozációt eredményeznek, lehetővé téve az anyagok számára, hogy a katalizátor felületén gyorsan cseréljenek és diffundáljanak, gyakran exponenciálisan javítva a katalitikus hatékonyságot.
3 következtetés
A Nano Ceria és kompozit anyagok hatékonyan kezelhetik az ionokat és a szerves szennyező anyagokat a vízben, és fontos alkalmazási potenciállal rendelkeznek a jövőbeni vízkezelési területeken. A legtöbb kutatás azonban továbbra is a laboratóriumi szakaszban van, és a vízkezelésben a jövőbeni gyors alkalmazás elérése érdekében a következő kérdéseket még mindig sürgősen meg kell oldani:
(1) A nano viszonylag magas előkészítési költségeCEO2Az alapú anyagok továbbra is fontos tényező a vízkezelésben alkalmazott alkalmazásuk túlnyomó többségében, amelyek még mindig a laboratóriumi kutatási szakaszban vannak. Az olcsó, egyszerű és hatékony előkészítési módszerek feltárása, amelyek szabályozhatják a Nano CEO2 alapú anyagok morfológiáját és méretét, továbbra is a kutatás fókuszában áll.
(2) A Nano CEO2 alapú anyagok kis részecskemérete miatt a használat utáni újrahasznosítási és regenerációs problémák szintén fontos tényezők, amelyek korlátozzák azok alkalmazását. A gyanta anyagokkal vagy mágneses anyagokkal való kompozit kulcsfontosságú kutatási iránya az anyag előkészítésének és újrahasznosítási technológiájának.
(3) A Nano CEO2 alapú anyagkezelő technológia és a hagyományos szennyvízkezelő technológia közötti közös folyamat fejlesztése nagymértékben elősegíti a Nano CEO2 alapú anyagi katalitikus technológia alkalmazását a vízkezelés területén.
(4) A Nano CEO2 alapú anyagok toxicitásáról továbbra is korlátozott kutatások vannak, és a vízkezelő rendszerekben a környezeti viselkedés és a toxicitási mechanizmusokat még nem határozták meg. A tényleges szennyvízkezelési eljárás gyakran magában foglalja a többszörös szennyező anyagok együttélését, és az együttélő szennyező anyagok kölcsönhatásba lépnek egymással, ezáltal megváltoztatva a felületi jellemzőket és a nanoanyagok potenciális toxicitását. Ezért sürgősen szükség van további kutatások elvégzésére a kapcsolódó szempontokról.
A postai idő: május-22-2023