CeO2ass e wichtege Bestanddeel vu rare Äerdmaterialien. Déiseelen Äerd Element ceriumhuet eng eenzegaarteg baussenzegen elektronesch Struktur - 4f15d16s2. Seng speziell 4f Schicht kann effektiv Elektronen späicheren a fräisetzen, sou datt Ceriumionen sech am +3 Valenzstaat an +4 Valenzstaat behuelen. Dofir hunn CeO2 Materialien méi Sauerstofflächer, an hunn eng exzellent Fäegkeet Sauerstoff ze späicheren an ze befreien. Déi géigesäiteg Konversioun vu Ce (III) a Ce (IV) gëtt och CeO2 Materialien mat eenzegaartegen Oxidatiounsreduktioun katalytesch Fäegkeeten. Am Verglach mat Bulkmaterialien, Nano CeO2, als eng nei Zort anorganescht Material, huet verbreet Opmierksamkeet kritt wéinst senger héijer spezifescher Uewerfläch, exzellenter Sauerstofflagerung a Verëffentlechungsfäegkeet, Sauerstoffionkonduktivitéit, Redoxleistung, an héijer Temperatur séier Sauerstoffvakanzdiffusioun. Fäegkeet. Et gi momentan eng grouss Zuel vu Fuerschungsberichter a verwandte Applikatiounen, déi Nano CeO2 als Katalysatoren, Katalysatorträger oder Additiv, aktiv Komponenten an Adsorbenten benotzen.
1. Virbereedungsmethod vum NanometerCeriumoxid
Am Moment enthalen déi allgemeng Virbereedungsmethoden fir Nano Ceria haaptsächlech chemesch Method a kierperlech Method. Geméiss verschiddene chemesche Methoden kënnen chemesch Methoden an Nidderschlagsmethod, hydrothermesch Method, solvothermesch Method, Sol-Gel-Methode, Mikroemulsiounsmethod an Elektrodepositiounsmethod opgedeelt ginn; Déi kierperlech Method ass haaptsächlech d'Schleifmethod.
1.1 Schleifmethod
D'Schleifmethod fir Nano Ceria ze preparéieren benotzt allgemeng Sandschleifen, wat d'Virdeeler vu niddrege Käschten, Ëmweltfrëndlechkeet, séier Veraarbechtungsgeschwindegkeet a staark Veraarbechtungsfäegkeet huet. Et ass de Moment déi wichtegst Veraarbechtungsmethod an der Nano Ceria Industrie. Zum Beispill, d'Virbereedung vun Nano Cerium Oxid poléieren Pudder adoptéiert allgemeng eng Kombinatioun vun calcination a Sand Schleifen, an d'Rohmaterialien vun Cerium baséiert Denitratioun Katalysatoren sinn och fir Pre-Behandlung gemëscht oder no calcination mat Sand Schleifen behandelt. Andeems Dir verschidde Partikelgréisst Sand Schleifkugelverhältnisser benotzt, kënnen Nano Ceria mat D50 rangéiert vun Zénger bis Honnerte vun Nanometer duerch Upassung kritt ginn.
1.2 Nidderschlag Method
D'Nidderschlagsmethod bezitt sech op d'Methode fir zolidd Pudder ze preparéieren duerch Nidderschlag, Trennung, Wäschen, Trocknen a Kalzinatioun vu Rohmaterialien, déi an passende Léisungsmëttel opgeléist ginn. D'Nidderschlagsmethod gëtt wäit an der Virbereedung vu rare Äerd an dotéierten Nanomaterialien benotzt, mat Virdeeler wéi einfache Virbereedungsprozess, héich Effizienz a niddrege Käschten. Et ass eng allgemeng benotzt Method fir Nano Ceria a seng Kompositmaterialien an der Industrie ze preparéieren. Dës Method kann Nano Ceria mat ënnerschiddlecher Morphologie a Partikelgréisst virbereeden andeems d'Nidderschlagstemperatur, d'Materialkonzentratioun, de pH-Wäert, d'Nidderschlaggeschwindegkeet, d'Rührgeschwindegkeet, d'Schabloun, etc. an d'Virbereedung vun Nano Ceria Mikrokugel gëtt duerch Zitrat-Ionen kontrolléiert. Alternativ kënnen Ceriumionen duerch OH ausgefällt ginn - generéiert aus der Hydrolyse vum Natriumcitrat, an dann inkubéiert a kalzinéiert fir Flakelen wéi Nano Ceria Mikrosfären ze preparéieren.
1.3 Hydrothermesch a solvothermesch Methoden
Dës zwou Methoden bezéien sech op d'Methode fir Produkter duerch Héichtemperatur- an Héichdrockreaktioun bei kritescher Temperatur an engem zouene System virzebereeden. Wann de Reaktiounsléisungsmëttel Waasser ass, gëtt et hydrothermesch Method genannt. Entspriechend, wann de Reaktiounsléisungsmëttel en organesche Léisungsmëttel ass, gëtt et solvothermesch Method genannt. Déi synthetiséiert Nano-Partikelen hunn héich Rengheet, gutt Dispersioun an eenheetlech Partikelen, besonnesch d'Nano-Pudder mat verschiddene Morphologien oder ausgesat speziellen Kristallsiichter. Ceriumchlorid an destilléiert Waasser opléisen, réieren an Natriumhydroxidléisung addéieren. Reagéiert hydrothermesch bei 170 ℃ fir 12 Stonnen fir Ceriumoxid Nanoroden mat exponéierten (111) an (110) Kristallflächen ze preparéieren. Andeems d'Reaktiounsbedéngungen ugepasst sinn, kann den Undeel vun (110) Kristallflächen an de beliichte Kristallflächen erhéicht ginn, wat hir katalytesch Aktivitéit weider verbessert. Upassung vum Reaktiounsléisungsmëttel an Uewerflächeliganden kënnen och Nano Ceria-Partikel mat spezieller Hydrophilizitéit oder Lipophilizitéit produzéieren. Zum Beispill, d'Addéiere vun Acetationen an d'wässerlech Phase kann monodisperse hydrophile Ceriumoxid Nanopartikel am Waasser virbereeden. Andeems Dir en net-polare Léisungsmëttel auswielen an d'Oleinsäure als Ligand während der Reaktioun aféieren, kënnen monodisperse lipophile Ceria Nanopartikele an net-polare organesche Léisungsmëttel virbereet ginn. (Kuckt Bild 1)
Figur 1 Monodisperse kugelfërmeg Nano Ceria a Staangfërmeg Nano Ceria
1.4 Sol Gel Method
D'Sol Gel Method ass eng Method déi e puer oder e puer Verbindungen als Virgänger benotzt, féiert chemesch Reaktiounen wéi Hydrolyse an der flësseger Phase fir Sol ze bilden, an dann Gel formt nom Alterung, a schliisslech dréchent a kalcinéiert fir ultrafein Puder ze preparéieren. Dës Method ass besonnesch gëeegent fir héich dispergéiert Multi-Komponent Nano Ceria Komposit Nanomaterialien ze preparéieren, wéi Cerium Eisen, Cerium Titan, Cerium Zirkonium an aner Komposit Nanooxiden, déi a ville Berichter gemellt goufen.
1.5 Aner Methoden
Zousätzlech zu den uewe genannte Methoden ginn et och Mikro Lotion Method, Mikrowellsynthesemethod, Elektrodepositionsmethod, Plasma Flam Verbrennungsmethod, Ionenaustausch Membran Elektrolyse Method a vill aner Methoden. Dës Methoden hu grouss Bedeitung fir d'Fuerschung an d'Applikatioun vun Nano Ceria.
Uwendung vun 2-Nanometer Ceriumoxid an der Waasserbehandlung
Cerium ass dat reichst Element ënner seltenen Äerdelementer, mat niddrege Präisser a breet Uwendungen. Nanometer Ceria a seng Kompositen hu vill Opmierksamkeet am Beräich vun der Waasserbehandlung ugezunn wéinst hirer héijer spezifescher Uewerfläch, héijer katalytescher Aktivitéit an exzellenter struktureller Stabilitéit.
2.1 Uwendung vunNano Cerium Oxidan der Waasserbehandlung duerch Adsorptiounsmethod
An de leschte Joeren, mat der Entwécklung vun Industrien wéi d'Elektronik Industrie, ass eng grouss Quantitéit vun Ofwaasser enthale Polluanten wéi Schwéiermetallionen a Fluor-Ionen entlooss ginn. Och a Spuerkonzentratioune kann et e wesentleche Schued fir Waasserorganismen an dem mënschleche Liewensëmfeld verursaachen. Allgemeng benotzt Methoden och Oxidatioun, Flotatioun, ëmgedréint Osmose, Adsorptioun, Nanofiltratioun, Biosorption, etc.. Ënnert hinnen gëtt d'Adsorptiounstechnologie oft ugeholl wéinst senger einfacher Operatioun, niddrege Käschten an héich Behandlungseffizienz. Nano CeO2 Materialien hunn héich spezifesch Uewerfläch an héich Uewerfläch Aktivitéit als adsorbents, an et goufen vill Berichter iwwer d'Synthes vun porösen Nano CeO2 a seng Kompositmaterialien mat verschiddene Morphologien ze adsorbéieren an ewechzehuelen schiedlech Ionen aus Waasser.
Fuerschung huet gewisen datt Nano Ceria eng staark Adsorptiounskapazitéit fir F - am Waasser ënner schwaach sauer Bedéngungen huet. An enger Léisung mat enger initialer Konzentratioun vu F - vun 100mg/L a pH = 5-6 ass d'Adsorptiounskapazitéit fir F - 23mg / g, an d'Entfernungsquote vu F - ass 85,6%. No der Luede et op eng polyacrylic sauerem resin Ball (Luede Betrag: 0,25g / g), d'Entfernung Fähegkeet vun F - kann iwwer 99% erreechen wann e gläiche Volume vun 100mg / L vun F - wässerlech Léisung behandelt; Beim Veraarbechtung vun 120 Mol de Volume, kënne méi wéi 90% F - ewechgeholl ginn. Wann benotzt fir Phosphat an Jodat ze adsorbéieren, kann d'Adsorptiounskapazitéit iwwer 100mg / g ënner dem entspriechende optimalen Adsorptiounszoustand erreechen. Déi benotzt Material kann no einfacher Desorptioun an Neutraliséierungsbehandlung erëmbenotzt ginn, wat héich wirtschaftlech Virdeeler huet.
Et gi vill Studien iwwer d'Adsorptioun an d'Behandlung vu gëftege Schwéiermetaller wéi Arsen, Chrom, Kadmium a Bläi mat Nano Ceria a seng Kompositmaterialien. Den optimalen Adsorptioun pH variéiert fir Schwéiermetallionen mat verschiddene Valenzzoustand. Zum Beispill huet de schwaache alkalesche Conditioun mat neutraler Viraussetzung dee beschten Adsorptiounszoustand fir As (III), während den optimalen Adsorptiounszoustand fir As (V) ënner schwaache sauer Bedéngungen erreecht gëtt, wou d'Adsorptiounskapazitéit ënner béiden iwwer 110mg/g ka erreechen. Konditiounen. Insgesamt kann déi optimiséiert Synthese vun Nano Ceria a seng Kompositmaterialien héich Adsorptiouns- an Entfernungsraten fir verschidde Schwéiermetallionen iwwer e breet pH-Bereich erreechen.
Op der anerer Säit, Ceriumoxid-baséiert Nanomaterialien hunn och aussergewéinlech Leeschtung bei der Adsorptioun vun organeschen Substanzen am Ofwaasser, wéi Sauerorange, Rhodamin B, Kongo-rout, asw. Adsorptiounskapazitéit bei der Entfernung vun organeschen Faarfstoffer, besonnesch bei der Entfernung vum Kongo-Rot, mat enger Adsorptiounskapazitéit vun 942,7mg/g an 60 Minutten.
2.2 Uwendung vun Nano Ceria am Advanced Oxidatiounsprozess
Fortgeschratt Oxidatiounsprozess (AOPs fir kuerz) gëtt proposéiert fir den existente Waasserfräi Behandlungssystem ze verbesseren. Fortgeschratt Oxidatiounsprozess, och bekannt als déif Oxidatiounstechnologie, zeechent sech duerch d'Produktioun vun Hydroxylradikal (· OH), Superoxidradikal (· O2 -), Singlet Sauerstoff, asw mat staarker Oxidatiounsfäegkeet. Ënnert de Reaktiounsbedéngungen vun héijer Temperatur an Drock, Elektrizitéit, Toun, Liichtbestralung, Katalysator, asw. Oxidatioun, elektrochemesch Oxidatioun, Fenton Oxidatioun, etc.. (kuckt Figur 2).
Figur 2 Klassifikatioun an Technologie Kombinatioun vun fortgeschratt oxidation Prozess
Nano Ceriaass en heterogene Katalysator allgemeng am Advanced Oxidatiounsprozess benotzt. Wéinst der séierer Konversioun tëscht Ce3 + a Ce4 + an dem séieren Oxidatiounsreduktiounseffekt, deen duerch Sauerstoffabsorptioun a Verëffentlechung gefouert gëtt, huet Nano Ceria gutt katalytesch Fäegkeet. Wann et als Katalysator Promoteur benotzt gëtt, kann et och effektiv d'katalytesch Fäegkeet a Stabilitéit verbesseren. Wann Nano Ceria a seng Kompositmaterialien als Katalysatoren benotzt ginn, variéieren déi katalytesch Eegeschafte staark mat der Morphologie, der Partikelgréisst an ausgesatem Kristallflächen, déi Schlësselfaktoren sinn, déi hir Leeschtung an Uwendung beaflossen. Et gëtt allgemeng ugeholl datt wat méi kleng d'Partikelen a wat méi grouss d'spezifesch Uewerfläch ass, dest méi entspriechend aktiv Site, a wat méi staark d'katalytesch Fäegkeet ass. D'katalytesch Fäegkeet vun der ausgesater Kristallfläch, vu staark bis schwaach, ass an der Reiefolleg vun (100) Kristallfläch> (110) Kristallfläch> (111) Kristallfläch, an déi entspriechend Stabilitéit ass entgéintgesat.
Ceriumoxid ass e Hallefleitmaterial. Wann Nanometer Ceriumoxid vu Photonen mat Energie méi héich wéi de Bandspalt bestraalt gëtt, ginn d'Valenzbandelektronen opgereegt, an d'Iwwergangsrekombinatiounsverhalen geschitt. Dëst Verhalen wäert d'Konversiounsquote vu Ce3 + a Ce4 + förderen, wat zu enger staarker fotokatalytescher Aktivitéit vun Nano Ceria resultéiert. Photocatalysis kann direkt Degradatioun vun organescher Matière ouni sekundär Pollutioun erreechen, sou ass seng Applikatioun déi meescht studéiert Technologie am Beräich vun Nano Ceria an AOPs. Am Moment ass den Haaptfokus op d'katalytesch Degradatiounsbehandlung vun Azofarben, Phenol, Chlorbenzen a pharmazeutescht Ofwaasser mat Katalysatoren mat verschiddene Morphologien a Komposit Kompositioune. Laut dem Bericht, ënner der optimiséierter Katalysatorsynthesemethod a katalytesche Modellbedéngungen, kann d'Degradatiounskapazitéit vun dëse Substanzen allgemeng méi wéi 80% erreechen, an d'Entfernungskapazitéit vum Total organesche Kuelestoff (TOC) ka méi wéi 40% erreechen.
Nano Ceriumoxid Katalyse fir d'Degradatioun vun organeschen Pollutanten wéi Ozon a Waasserstoffperoxid ass eng aner wäit studéiert Technologie. Ähnlech wéi Photokatalyse konzentréiert se sech och op d'Fäegkeet vun Nano Ceria mat verschiddene Morphologien oder Kristallflächen a verschiddene Cerium-baséiert Komposit katalytesch Oxidanten fir organesch Verschmotzung ze oxidéieren an ze degradéieren. An esou Reaktiounen kënnen Katalysatoren d'Generatioun vun enger grousser Zuel vun aktive Radikalen aus Ozon oder Waasserstoffperoxid katalyséieren, déi organesch Pollutanten attackéieren a méi effizient oxidativ Degradatiounsfäegkeeten erreechen. Wéinst der Aféierung vun Oxidanten an der Reaktioun ass d'Fäegkeet fir organesch Verbindungen ze entfernen staark verbessert. An de meeschte Reaktiounen kann d'endgülteg Entfernungsquote vun der Zilsubstanz 100% erreechen oder erreechen, an den TOC Entfernungsquote ass och méi héich.
An der elektrokatalytescher fortgeschratt Oxidatiounsmethod bestëmmen d'Eegeschafte vum Anodematerial mat héijer Sauerstoffevolutioun Iwwerpotenzial d'Selektivitéit vun der elektrokatalytescher fortgeschratt Oxidatiounsmethod fir d'Behandlung vun organesche Verschmotzungen. D'Kathodematerial ass e wichtege Faktor fir d'Produktioun vun H2O2 ze bestëmmen, an d'Produktioun vun H2O2 bestëmmt d'Effizienz vun der elektrokatalytescher fortgeschratt Oxidatiounsmethod fir d'Behandlung vun organesche Pollutanten. D'Studie vun der Elektrodenmaterialmodifikatioun mat Nano Ceria huet verbreet Opmierksamkeet souwuel national wéi international kritt. Fuerscher féieren haaptsächlech Nano Ceriumoxid a seng Kompositmaterialien duerch verschidde chemesch Methoden fir verschidde Elektrodenmaterialien z'änneren, hir elektrochemesch Aktivitéit ze verbesseren, an doduerch d'elektrokatalytesch Aktivitéit an d'endgülteg Entfernungsrate erhéijen.
Mikrowelle an Ultraschall sinn dacks wichteg Hëllefsmoossnamen fir déi uewe genannte katalytesch Modeller. Huelt d'Ultraschallhëllef als Beispill, mat Schwéngungsschallwellen mat Frequenzen méi héich wéi 25kHz pro Sekonn, ginn Millioune extrem kleng Blasen generéiert an enger Léisung, déi mat engem speziell entwéckelte Botzmëttel formuléiert ass. Dës kleng Blasen, wärend der rapider Kompressioun an der Expansioun, produzéieren dauernd Bubble-Implosioun, wat d'Materialien erlaabt séier austauschen an op der Katalysatorfläch ze diffuséieren, dacks exponentiell d'katalytesch Effizienz verbesseren.
3 Conclusioun
Nano Ceria a seng Kompositmaterialien kënnen effektiv Ionen an organesch Verschmotzung am Waasser behandelen, an hunn e wichtege Applikatiounspotenzial an zukünfteg Waasserbehandlungsfelder. Wéi och ëmmer, déi meescht Fuerschung ass nach ëmmer an der Labostadium, a fir séier Uwendung an der Waasserbehandlung an Zukunft z'erreechen, mussen déi folgend Themen nach dréngend behandelt ginn:
(1) Déi relativ héich Virbereedungskäschte vun NanoCeO2baséiert Material bleift e wichtege Faktor an der grousser Majoritéit vun hiren Uwendungen an der Waasserbehandlung, déi nach ëmmer an der Labofuerschungsstadium sinn. D'Untersuchung vu bëllegen, einfachen an effektiven Virbereedungsmethoden déi d'Morphologie an d'Gréisst vun Nano CeO2 baséiert Materialien reguléiere kënnen ass nach ëmmer e Fokus vun der Fuerschung.
(2) Wéinst der klenger Partikelgréisst vun Nano CeO2 baséiert Materialien, sinn d'Recycling- a Regeneratiounsprobleemer nom Gebrauch och wichteg Faktoren, déi hir Uwendung limitéieren. De Komposit dovun mat Harzmaterialien oder magnetesche Materialien wäert eng Schlësselfuerschungsrichtung fir seng Materialpräparatioun a Recyclingstechnologie sinn.
(3) D'Entwécklung vun engem gemeinsame Prozess tëscht Nano CeO2 baséiert Material Waasser Behandlung Technologie an traditionell Kläranlag Technologie wäert immens der Applikatioun vun Nano CeO2 baséiert Material katalytesch Technologie am Beräich vun Waasser Behandlung förderen.
(4) Et gëtt nach ëmmer limitéiert Fuerschung iwwer d'Toxizitéit vun Nano CeO2 baséiert Materialien, an hiren Ëmweltverhalen an Toxizitéitsmechanismus a Waasserbehandlungssystemer sinn nach net festgeluecht ginn. Den eigentleche Kläranlagprozess implizéiert dacks d'Zesummeliewen vu multiple Pollutanten, an déi coexistéierend Pollutanten interagéieren mateneen, an doduerch d'Uewerflächeeigenschaften a potenziell Toxizitéit vun Nanomaterialien änneren. Dofir ass et en dréngende Bedierfnes fir méi Fuerschung iwwer ähnlech Aspekter auszeféieren.
Post Zäit: Mee-22-2023