CeO2сейрек кездешүүчү материалдардын маанилүү компоненти болуп саналат. Theсейрек кездешүүчү жер элементи церийуникалдуу тышкы электрондук түзүлүшкө ээ - 4f15d16s2. Анын атайын 4f катмары электрондорду эффективдүү сактап жана бошотуп, церий иондорун +3 валенттүүлүк жана +4 валенттүүлүк абалында алып барышы мүмкүн. Ошондуктан, CeO2 материалдары көбүрөөк кычкылтек тешиктери бар, жана кычкылтекти сактоо жана чыгаруу үчүн мыкты жөндөмгө ээ. Се (III) жана Се (IV) өз ара конверсиясы да CeO2 материалдарын уникалдуу кычкылдануу-калыбына келтирүү каталитикалык мүмкүнчүлүктөрүн берет. Жаппай материалдарга салыштырмалуу, нано CeO2, органикалык эмес материалдын жаңы түрү катары, анын өзгөчө бетинин жогорку аянты, кычкылтекти мыкты сактоо жана чыгаруу жөндөмдүүлүгү, кычкылтек ионунун өткөрүмдүүлүгү, редокстук натыйжалуулугу жана жогорку температурадагы кычкылтек боштугунун тез диффузиясы үчүн кеңири көңүл бурган. жөндөмдүүлүк. Учурда нано CeO2ди катализаторлор, катализаторлорду алып жүрүүчүлөр же кошумчалар, активдүү компоненттер жана адсорбенттер катары колдонгон көптөгөн изилдөө отчеттору жана тиешелүү колдонмолор бар.
1. Нанометрди даярдоо ыкмасыцерий оксиди
Азыркы учурда, нано церия үчүн жалпы даярдоо ыкмалары, негизинен, химиялык ыкма жана физикалык ыкманы камтыйт. ар кандай химиялык ыкмалар боюнча, химиялык ыкмаларды бөлүүгө болот тундурма ыкмасы, гидротермикалык ыкма, solvothermal ыкма, sol-gel ыкмасы, microemulsion ыкмасы жана электродепозитив ыкмасы; Физикалык ыкма негизинен майдалоо ыкмасы болуп саналат.
1.1 Майдалоо ыкмасы
Наноцерияны даярдоо үчүн майдалоо ыкмасы көбүнчө кум майдалоону колдонот, анын арзан баасы, экологиялык тазалыгы, тез иштетүү ылдамдыгы жана күчтүү иштетүү жөндөмдүүлүгү артыкчылыктары бар. Учурда бул наноцерия тармагындагы эң маанилүү кайра иштетүү ыкмасы. Мисалы, наноцерий кычкылы жылтыраткыч порошок даярдоо жалпысынан calcination жана кум майдалоонун айкалышын кабыл алат, ал эми cerium негизинде denitration катализаторлор чийки заттар да алдын ала дарылоо үчүн аралаштырылган же кум майдалоо аркылуу calcination кийин мамиле. Ар кандай бөлүкчөлөрдүн өлчөмүндөгү кум майдалоочу мончоктордун катышын колдонуу менен, D50 менен нано церияны ондогон нанометрден жүздөгөн нанометрге чейин тууралоо аркылуу алууга болот.
1.2 Жаан-чачын ыкмасы
Тундуруу ыкмасы деп тиешелүү эриткичтерде эриген чийки заттарды тумоо, бөлүү, жуу, кургатуу жана кальцинациялоо жолу менен катуу порошокту даярдоо ыкмасын билдирет. Жаандандыруу ыкмасы сейрек кездешүүчү жана кошулма наноматериалдарды даярдоодо кеңири колдонулат, анын жөнөкөй даярдоо процесси, жогорку эффективдүүлүгү жана арзандыгы сыяктуу артыкчылыктары бар. Бул өнөр жайда нано церия жана анын композиттик материалдарын даярдоо үчүн кеңири колдонулган ыкма. Бул ыкма жаан-чачындын температурасын, материалдык концентрациясын, рН маанисин, жаан-чачындын ылдамдыгын, аралаштыруу ылдамдыгын, шаблонду, ж.б. өзгөртүү жолу менен ар кандай морфологиясы жана бөлүкчөлөрүнүн өлчөмү менен нано церияны даярдай алат. Common методдор карбамиддин ажыроосунда пайда болгон аммиактан церий иондорунун чөгүшүнө таянат, жана нано церия микросфераларын даярдоо цитрат иондору тарабынан башкарылат. Же болбосо, церий иондору натрий цитратынын гидролизинен пайда болгон OH менен тундурулушу мүмкүн, андан кийин наноцерия микросфералары сыяктуу кабыктарды даярдоо үчүн инкубацияланат жана кальциленет.
1.3 Гидротермикалык жана солвотермикалык ыкмалар
Бул эки ыкма жабык системада критикалык температурада жогорку температурадагы жана жогорку басымдагы реакция менен продуктуларды даярдоо ыкмасына тиешелүү. Реакция эриткичи суу болгондо, ал гидротермикалык ыкма деп аталат. Тиешелүү түрдө реакция эриткич органикалык эриткич болгондо, ал солвотермикалык ыкма деп аталат. Синтезделген нано бөлүкчөлөр жогорку тазалыкка, жакшы дисперстүүлүккө жана бирдей бөлүкчөлөргө, өзгөчө ар кандай морфологияга же ачык кристалл беттери бар нано порошокторго ээ. Церий хлориди дистилденген сууда эритип, аралаштырып, натрий гидроксидинин эритмесин кошобуз. Ачык (111) жана (110) кристаллдык тегиздиктери бар церий оксидинин нанородуктарын даярдоо үчүн 170 ℃ температурада 12 саат бою гидротермалдык реакцияга кириңиз. Реакция шарттарын жөнгө салуу менен ачык кристаллдык тегиздиктеги (110) кристаллдык тегиздиктердин үлүшүн көбөйтүүгө, алардын каталитикалык активдүүлүгүн андан ары жогорулатууга болот. Реакция эриткичти жана беттик лиганддарды тууралоо, ошондой эле өзгөчө гидрофилдүүлүк же липофилдүүлүк менен нано церия бөлүкчөлөрүн чыгара алат. Мисалы, суу фазасына ацетат иондорун кошуу сууда монодисперстүү гидрофилдүү церий оксидинин нанобөлүкчөлөрүн даярдай алат. Полярдуу эмес эриткичти тандап алуу жана реакциянын жүрүшүндө лиганд катары олеин кислотасын киргизүү жолу менен полярдуу эмес органикалык эриткичтерде монодисперстүү липофилдүү церия нанобөлүкчөлөрүн даярдоого болот. (1-сүрөттү караңыз)
1-сүрөт Монодисперстүү сфералык наноцерия жана таякча түрүндөгү наноцерия
1.4 Sol гель ыкмасы
Соль гель ыкмасы – бул кээ бир же бир нече кошулмаларды прекурсорлор катары колдонгон, суюк фазада гидролиз сыяктуу химиялык реакцияларды жүргүзүп, золь пайда кылган, андан кийин карыгандан кийин гелди пайда кылган, акырында кургатып, кальцинациялап, өтө майда порошокторду даярдаган ыкма. Бул ыкма, өзгөчө, көптөгөн отчеттордо билдирилген церий темир, церий титан, церий цирконий жана башка курама нанооксиддер сыяктуу жогорку дисперстүү көп компоненттүү нано-церия композиттик наноматериалдарды даярдоо үчүн ылайыктуу.
1.5 Башка ыкмалар
Жогорудагы ыкмалардан тышкары, микро лосьон ыкмасы, микротолкундуу синтез ыкмасы, электродепозиция ыкмасы, плазмалык жалындын күйүү ыкмасы, ион алмашуучу мембраналык электролиз ыкмасы жана башка көптөгөн ыкмалар бар. Бул ыкмалар наноцерияны изилдөө жана колдонуу үчүн чоң мааниге ээ.
Сууну тазалоодо 2-нанометрдик церий кычкылын колдонуу
Церий сейрек кездешүүчү элементтердин арасында эң кеңири таралган элемент болуп саналат, баасы төмөн жана кеңири колдонулушу менен. Нанометрдик цериялар жана анын композиттери жогорку спецификалык беттик аянты, жогорку каталитикалык активдүүлүгү жана эң сонун структуралык туруктуулугу менен сууну тазалоо тармагында көп көңүл бурган.
2.1 КолдонууНаноцерий оксидиАдсорбциялык метод менен сууну тазалоо
Акыркы жылдары, электроника өнөр жайы сыяктуу тармактардын өнүгүшү менен, оор металл иондору жана фтор иондору сыяктуу булгоочу заттарды камтыган көп сандагы агынды суулар агызылды. Ал тургай, изи концентрациясында, ал суудагы организмдерге жана адамдын жашоо чөйрөсүнө олуттуу зыян келтириши мүмкүн. Көбүнчө колдонулган ыкмаларга кычкылдануу, флотация, тескери осмос, адсорбция, нанофильтрация, биосорбция ж.б.у.с. кирет. Алардын арасында адсорбция технологиясы көбүнчө анын жөнөкөй иштешине, арзан баасына жана тазалоонун жогорку натыйжалуулугуна байланыштуу кабыл алынат. Nano CeO2 материалдары адсорбенттер катары жогорку спецификалык беттик аянтка жана жогорку беттик активдүүлүккө ээ жана суунун зыяндуу иондорун адсорбциялоо жана алып салуу үчүн ар кандай морфологиядагы порозиялуу nano CeO2 жана анын курама материалдарынын синтези боюнча көптөгөн отчеттор бар.
Изилдөөлөр көрсөткөндөй, нано церия алсыз кислоталык шарттарда сууда F - үчүн күчтүү адсорбция жөндөмдүүлүгүнө ээ. F - 100мг/л жана рН=5-6 баштапкы концентрациясы бар эритмеде F үчүн адсорбция жөндөмдүүлүгү - 23мг/г, ал эми F - 85,6%. Аны полиакрил кислотасынын чайыр тобуна жүктөгөндөн кийин (жүктөө көлөмү: 0,25 г/г), F - суулуу эритмесинин 100 мг/л бирдей көлөмүн иштетүүдө F - 99% дан жогору болушу мүмкүн; 120 эсе көлөмүн иштетүүдө, 90% дан ашык F - алынып салынышы мүмкүн. Фосфатты жана йодду адсорбциялоо үчүн колдонулганда, адсорбция жөндөмдүүлүгү тиешелүү оптималдуу адсорбция абалында 100 мг/гдан ашат. Колдонулган материалды жөнөкөй десорбциялоодон жана нейтралдаштыруудан кийин кайра колдонууга болот, бул жогорку экономикалык пайдага ээ.
Наноцерия жана анын композиттик материалдарын колдонуу менен мышьяк, хром, кадмий жана коргошун сыяктуу уулуу оор металлдарды адсорбциялоо жана дарылоо боюнча көптөгөн изилдөөлөр бар. Оптималдуу адсорбциялык рН ар кандай валенттүүлүк абалдагы оор металл иондору үчүн өзгөрөт. Мисалы, нейтралдуу щелочтук абал As (III) үчүн эң жакшы адсорбция абалына ээ, ал эми As (V) үчүн оптималдуу адсорбциялык абал начар кислоталык шарттарда жетишилет, мында адсорбция жөндөмдүүлүгү экөө тең шартта 110 мг/г жетиши мүмкүн. шарттар. Жалпысынан алганда, наноцериянын оптималдаштырылган синтези жана анын композициялык материалдары рН диапазонунда ар кандай оор металл иондору үчүн жогорку адсорбция жана жок кылуу ылдамдыгына жетише алат.
Башка жагынан алганда, церий кычкылынын негизинде наноматериалдар, ошондой эле, мисалы, кислота кызгылт сары, родамин B, Конго кызыл, ж.б. сыяктуу агынды суулардагы органикалык заттарды адсорбциялоодо мыкты көрсөткүчтөргө ээ. адсорбциялык сыйымдуулук органикалык боёкторду жок кылууда, өзгөчө Конго кызылын кетирүүдө, адсорбциялоо жөндөмдүүлүгү менен 60 мүнөттө 942,7 мг/г.
2.2 Advanced кычкылдануу процессинде наноцерияны колдонуу
Учурдагы суусуз тазалоо системасын жакшыртуу үчүн өркүндөтүлгөн кычкылдануу процесси (кыскача AOPs) сунушталат. Advanced кычкылдануу жараяны, ошондой эле терең кычкылдануу технологиясы катары белгилүү, күчтүү кычкылдануу жөндөмдүүлүгү менен гидроксил радикалы (· OH), супероксиддик радикал (· O2 -), синглет кычкылтек, ж.б. өндүрүү менен мүнөздөлөт. Реакция шарттарында жогорку температура жана басым, электр, үн, жарык нурлануу, катализатор ж. кычкылдануу, электрохимиялык кычкылдануу, фентондук кычкылдануу ж.б. (2-сүрөттү караңыз).
Сүрөт 2 Өркүндөтүлгөн кычкылдануу процессинин классификациясы жана технологиясы
Nano ceriaAdvanced кычкылдануу процессинде кеңири колдонулган гетерогендүү катализатор. Ce3+ жана Ce4+ ортосундагы тез конверсиянын жана кычкылтектин сиңирүү жана бошотуунун натыйжасында пайда болгон тез кычкылдануу-калыбына келтирүү эффектинен улам, наноцерия жакшы каталитикалык жөндөмгө ээ. катализатор промоутер катары колдонулганда, ал ошондой эле натыйжалуу каталитикалык жөндөмдүүлүгүн жана туруктуулугун жакшыртууга болот. Наноцерия жана анын композициялык материалдары катализатор катары колдонулганда, каталитикалык касиеттери морфологияга, бөлүкчөлөрдүн өлчөмүнө жана ачык кристаллдык тегиздиктерге жараша чоң өзгөрөт, бул алардын иштешине жана колдонулушуна таасир этүүчү негизги факторлор. Көбүнчө бөлүкчөлөр канчалык кичине болсо жана спецификалык бетинин аянты чоңураак болсо, ошончолук активдүү аймак ошончолук туура келет жана каталитикалык жөндөмдүүлүгү ошончолук күчтүү болот деп ишенишет. Ачууланган кристалл бетинин каталитикалык жөндөмдүүлүгү күчтүүдөн алсызга карай (100) кристалл бети>(110) кристалл бети>(111) кристалл бетинин тартибинде, ал эми тиешелүү туруктуулугу карама-каршы.
Cerium оксиди жарым өткөргүч материал болуп саналат. Нанометрдик церий оксиди диапазонунан жогору энергиясы бар фотондор менен нурланганда, валенттик тилкедеги электрондор дүүлүгүп, өткөөл рекомбинация жүрүм-туруму пайда болот. Бул жүрүм-турум наноцериянын күчтүү фотокаталитикалык активдүүлүгүнө алып келип, Ce3+ жана Ce4+ конверсиясынын ылдамдыгын жогорулатат. Фотокатализ органикалык заттардын экинчилик булгануусуз түз бузулушуна жетише алат, ошондуктан аны колдонуу АОПтерде наноцерия тармагында эң көп изилденген технология болуп саналат. Азыркы учурда негизги көңүл азо-боёкторду, фенолду, хлорбензолду жана фармацевтикалык агынды сууларды ар кандай морфологиядагы жана композиттик курамдагы катализаторлорду колдонуу менен каталитикалык деградациялык тазалоого бурулууда. Отчетко ылайык, оптималдаштырылган катализатор синтези ыкмасы жана каталитикалык моделдин шарттарында, бул заттардын деградация жөндөмдүүлүгү жалпысынан 80% дан ашат, ал эми жалпы органикалык көмүртектин (TOC) алып салуу кубаттуулугу 40% дан ашат.
Озон жана суутек перекиси сыяктуу органикалык булгоочу заттардын бузулушу үчүн наноцерий кычкылынын катализи дагы бир кеңири изилденген технология болуп саналат. Фотокатализге окшош, ал ошондой эле ар кандай морфологиясы же кристаллдык тегиздиги жана ар кандай церийдин негизиндеги композиттик каталитикалык кычкылдантуучу наноцериянын органикалык булгоочу заттарды кычкылдантуу жана бузуу жөндөмүнө басым жасайт. Мындай реакцияларда катализаторлор озондон же суутек пероксидинен көп сандагы активдүү радикалдардын генерациясын катализдей алат, алар органикалык булгоочу заттарга чабуул жасап, кычкылдануу деградациясынын эффективдүү мүмкүнчүлүктөрүнө жетишет. Реакцияга оксиданттарды киргизүүнүн эсебинен органикалык кошулмаларды жок кылуу жөндөмдүүлүгү абдан жогорулайт. Көпчүлүк реакцияларда максаттуу заттын акыркы алып салуу ылдамдыгы 100% жетиши же жакындашы мүмкүн, ал эми TOC алып салуу ылдамдыгы да жогору.
Электрокаталитикалык өркүндөтүлгөн кычкылдануу методунда кычкылтектин жогорку эволюциясы бар аноддук материалдын касиеттери органикалык булгоочу заттарды тазалоо үчүн электрокаталитикалык өркүндөтүлгөн кычкылдануу ыкмасынын тандалмалыгын аныктайт. Катоддук материал H2O2 өндүрүшүн аныктоочу маанилүү фактор болуп саналат, ал эми H2O2 өндүрүшү органикалык булгоочу заттарды тазалоо үчүн электрокаталитикалык прогрессивдүү кычкылдануу ыкмасынын натыйжалуулугун аныктайт. Наноцерияны колдонуу менен электроддук материалды модификациялоону изилдөөгө ички жана эл аралык деңгээлде кеңири көңүл бурулду. Изилдөөчүлөр, негизинен, ар кандай электрод материалдарын өзгөртүү, алардын электрохимиялык ишин жакшыртуу, жана ошону менен электрокаталитикалык иш жана акыркы алып салуу курсун жогорулатуу үчүн ар кандай химиялык ыкмалар аркылуу нано церий кычкылы жана анын курама материалдарын киргизүү.
Микротолкундар жана УЗИ көп учурда жогоруда каталитикалык моделдер үчүн маанилүү көмөкчү чаралар болуп саналат. Ультрадыбыстык жардамды мисал катары алсак, секундасына 25 кГцден жогору жыштыктагы титирөө үн толкундарын колдонуу менен атайын иштелип чыккан тазалоочу агент менен түзүлгөн эритмеде миллиондогон өтө кичинекей көбүкчөлөр пайда болот. Бул кичинекей көбүкчөлөр тез кысуу жана кеңейүү учурунда дайыма көбүктүн жарылуусун жаратып, материалдардын тез алмашуусуна жана катализатордун бетинде диффузияланышына мүмкүндүк берет, көбүнчө каталитикалык эффективдүүлүктү экспоненциалдуу жогорулатат.
3 Корутунду
Nano ceria жана анын курама материалдары суудагы иондорду жана органикалык булгоочу заттарды натыйжалуу тазалай алат жана келечектеги сууну тазалоо тармактарында колдонуунун маанилүү потенциалына ээ. Бирок, изилдөөлөрдүн көбү лабораториялык стадиясында турат жана келечекте сууну тазалоодо тез колдонууга жетишүү үчүн, төмөнкү маселелер дагы эле тез арада чечилиши керек:
(1) Нанонун салыштырмалуу жогорку даярдоо баасыCeO2негизделген материалдар сууну тазалоодо алардын колдонулушунун басымдуу көпчүлүгүнүн маанилүү фактору бойдон калууда, алар дагы эле лабораториялык изилдөө стадиясында турат. Нано CeO2 негизиндеги материалдардын морфологиясын жана өлчөмүн жөнгө салуучу арзан, жөнөкөй жана эффективдүү даярдоо ыкмаларын изилдөө дагы эле изилдөөнүн чордону болуп саналат.
(2) Нано CeO2 негизиндеги материалдардын кичинекей бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүнөн улам, колдонуудан кийин кайра иштетүү жана регенерациялоо маселелери да аларды колдонууну чектеген маанилүү факторлор болуп саналат. Анын чайыр материалдары же магниттик материалдар менен композициясы анын материалды даярдоо жана кайра иштетүү технологиясы үчүн негизги изилдөө багыты болот.
(3) Нано CeO2 негизиндеги материалды суу тазалоо технологиясы менен канализацияны тазалоонун салттуу технологиясынын ортосундагы биргелешкен процессти иштеп чыгуу сууну тазалоо тармагында нано CeO2 негизиндеги материалдык каталитикалык технологияны колдонууга чоң өбөлгө түзөт.
(4) Нано CeO2 негизиндеги материалдардын уулуулугу боюнча дагы эле чектелген изилдөөлөр бар жана алардын экологиялык жүрүм-туруму жана сууну тазалоо системаларындагы уулуулугунун механизми азырынча аныктала элек. Чыныгы саркынды сууларды тазалоо процесси көп учурда бир нече булгоочу заттардын жанаша жашоону камтыйт жана чогуу жашаган булгоочу заттар бири-бири менен өз ара аракеттенет, ошону менен наноматериалдардын беттик мүнөздөмөлөрүн жана потенциалдуу уулуулугун өзгөртөт. Ошондуктан, тиешелүү аспектилер боюнча көбүрөөк изилдөө жүргүзүү зарыл.
Посттун убактысы: 22-май-2023