CeO2газрын ховор материалын чухал бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Theгазрын ховор элемент цериумөвөрмөц гадна электрон бүтэцтэй - 4f15d16s2. Түүний тусгай 4f давхарга нь электроныг үр дүнтэй хадгалж, ялгаруулж, церийн ионуудыг +3 валентийн төлөвт, +4 валентийн төлөвт байлгадаг. Тиймээс CeO2 материалууд нь илүү их хүчилтөрөгчийн нүхтэй бөгөөд хүчилтөрөгчийг хадгалах, ялгаруулах маш сайн чадвартай байдаг. Ce (III) ба Ce (IV) -ийн харилцан хувиргалт нь CeO2 материалыг исэлдэлтийг бууруулах өвөрмөц катализаторын чадвартай болгодог. Бөөн материалтай харьцуулахад нано CeO2 нь шинэ төрлийн органик бус материал болох өндөр хувийн гадаргуутай, хүчилтөрөгчийг маш сайн хадгалах, ялгаруулах чадвар, хүчилтөрөгчийн ионы дамжуулалт, исэлдүүлэх чадвар, өндөр температурт хүчилтөрөгчийн сул тархалт зэргээрээ олны анхаарлыг татсан. чадвар. Одоогоор нано CeO2-ийг катализатор, катализатор тээвэрлэгч эсвэл нэмэлт бодис, идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсэг, шингээгч болгон ашигладаг олон тооны судалгааны тайлан, холбогдох програмууд байдаг.
1. Нанометрийг бэлтгэх аргацерийн исэл
Одоогийн байдлаар наноцери бэлтгэх нийтлэг аргууд нь химийн болон физикийн аргыг голчлон агуулдаг. Химийн янз бүрийн аргуудын дагуу химийн аргуудыг хур тунадасны арга, гидротермаль арга, solvothermal арга, соль гель арга, микроэмульсийн арга, электрод буулгах арга гэж хувааж болно; Физик арга нь голчлон нунтаглах арга юм.
1.1 Нунтаглах арга
Нано цериа бэлтгэх нунтаглах арга нь ерөнхийдөө элс нунтаглах аргыг ашигладаг бөгөөд энэ нь хямд өртөгтэй, байгаль орчинд ээлтэй, хурдан боловсруулах хурдтай, боловсруулах чадвар сайтай давуу талтай. Энэ нь одоогоор нано цериа үйлдвэрлэлийн хамгийн чухал боловсруулах арга юм. Жишээлбэл, наноцерийн ислийн өнгөлгөөний нунтаг бэлтгэх нь ерөнхийдөө шохойжуулах, элс нунтаглах аргыг хослуулан хэрэглэдэг бөгөөд цери дээр суурилсан денитрацийн катализаторын түүхий эдийг мөн элс нунтаглах замаар урьдчилан боловсруулах эсвэл шохойжуулсны дараа боловсруулдаг. Төрөл бүрийн ширхэгийн хэмжээтэй элс нунтаглах ирмэгийн харьцааг ашиглан тохируулгын тусламжтайгаар хэдэн арваас хэдэн зуун нанометрийн D50 бүхий нано цериаг гаргаж авах боломжтой.
1.2 Хур тунадасны арга
Тунадасжуулах арга гэдэг нь зохих уусгагчд ууссан түүхий эдийг тунадасжуулах, ялгах, угаах, хатаах, шохойжуулах замаар хатуу нунтаг бэлтгэх аргыг хэлнэ. Хур тунадасны аргыг газрын ховор элемент болон нэмэлт наноматериал бэлтгэхэд өргөн ашигладаг бөгөөд бэлтгэх үйл явц энгийн, үр ашиг өндөр, зардал багатай зэрэг давуу талтай. Энэ нь нано цериа болон түүний нийлмэл материалыг үйлдвэрлэлд бэлтгэхэд түгээмэл хэрэглэгддэг арга юм. Энэ арга нь хур тунадасны температур, материалын концентраци, рН-ийн утга, хур тунадасны хурд, хутгах хурд, загвар гэх мэтийг өөрчлөх замаар өөр өөр морфологи, ширхэгийн хэмжээтэй нано цери бэлтгэх боломжтой. Нийтлэг аргууд нь мочевин задралаас үүссэн аммиакаас церийн ионуудын хур тунадас, мөн нано цериа бичил бөмбөрцөг бэлтгэх нь цитрат ионоор хянагддаг. Эсвэл натрийн цитратын гидролизээс үүссэн OH-оор церийн ионуудыг тунадасжуулж, дараа нь нано цериа бичил бөмбөрцөг шиг ширхэгтэй болгохын тулд инкубаци хийж, шохойжуулж болно.
1.3 Гидротермаль ба солвотермаль аргууд
Эдгээр хоёр арга нь хаалттай систем дэх чухал температурт өндөр температур ба өндөр даралтын урвалаар бүтээгдэхүүн бэлтгэх аргыг хэлдэг. Урвалын уусгагч нь ус байвал гидротермаль арга гэж нэрлэдэг. Үүний дагуу урвалын уусгагч нь органик уусгагч байх үед үүнийг solvothermal арга гэж нэрлэдэг. Синтезжүүлсэн нано хэсгүүд нь өндөр цэвэршилттэй, сайн тархалттай, жигд хэсгүүд, ялангуяа өөр өөр морфологи бүхий нано нунтаг эсвэл тусгай талст нүүртэй байдаг. Цэрийн хлоридыг нэрмэл усанд уусгаж, хутгаж, натрийн гидроксидын уусмал нэмнэ. 170 ℃ температурт 12 цагийн турш гидротермаль урвалд оруулж, ил (111) ба (110) болор хавтгайтай церийн ислийн наноодуудыг бэлтгэнэ. Урвалын нөхцөлийг тохируулснаар ил болор хавтгайд (110) талст хавтгайн эзлэх хувийг нэмэгдүүлж, катализаторын идэвхийг улам сайжруулж болно. Урвалын уусгагч болон гадаргуугийн лигандыг тохируулах нь тусгай гидрофил эсвэл липофиль шинж чанартай нано цериа тоосонцор үүсгэж болно. Жишээлбэл, усан фаз руу ацетат ионыг нэмснээр усан дахь монодисперс гидрофилик церийн ислийн нано хэсгүүдийг бэлтгэх боломжтой. Туйл бус уусгагчийг сонгож, урвалын явцад олейны хүчлийг лиганд болгон оруулснаар монодисперс липофилийн цэрийн нано хэсгүүдийг туйлшралгүй органик уусгагчид бэлтгэж болно. (1-р зургийг үз)
Зураг 1 Монодисперс бөмбөрцөг нано цериа ба саваа хэлбэртэй нано цериа
1.4 Соль гельний арга
Соль гелийн арга нь зарим буюу хэд хэдэн нэгдлүүдийг урьдал бодис болгон ашиглаж, шингэн үе шатанд гидролиз зэрэг химийн урвал явуулж, хөгшрөлтийн дараа гель үүсгэн, эцэст нь хатааж, кальцинжуулж хэт нарийн нунтаг бэлтгэдэг арга юм. Энэ арга нь маш их тархсан олон бүрэлдэхүүн хэсэгтэй нано цериа нийлмэл наноматериал, тухайлбал церийн төмөр, титан цери, циркони болон бусад нийлмэл нано исэл бэлтгэхэд тохиромжтой бөгөөд олон тайланд дурдсан байдаг.
1.5 Бусад аргууд
Дээрх аргуудаас гадна микро лосьоны арга, бичил долгионы синтезийн арга, электрод буулгах арга, плазмын дөл шатаах арга, ион солилцооны мембран электролизийн арга болон бусад олон аргууд байдаг. Эдгээр аргууд нь нано цериаг судлах, хэрэглэхэд ихээхэн ач холбогдолтой юм.
Ус цэвэршүүлэхэд 2 нанометрийн церийн ислийг хэрэглэх
Церий бол газрын ховор элементийн дунд хамгийн элбэг байдаг элемент бөгөөд хямд үнэ, өргөн хэрэглээтэй. Нанометрийн цериа ба түүний нийлмэл материалууд нь өндөр хувийн гадаргуугийн талбай, өндөр каталитик идэвхжил, бүтцийн маш сайн тогтвортой байдлын улмаас ус цэвэршүүлэх салбарт олны анхаарлыг татсаар ирсэн.
2.1-ийн хэрэглээНаноцерийн исэлin Adsorption аргаар ус цэвэршүүлэх
Сүүлийн жилүүдэд электроникийн үйлдвэрлэл зэрэг салбар хөгжихийн хэрээр хүнд металлын ион, фторын ион зэрэг бохирдуулагч бодис агуулсан бохир ус их хэмжээгээр гадагшилсаар байна. Хэдийгээр ул мөрийн концентрацитай байсан ч энэ нь усны организм болон хүний амьдрах орчинд ихээхэн хор хөнөөл учруулж болзошгүй юм. Түгээмэл хэрэглэгддэг аргуудад исэлдүүлэх, флотаци, урвуу осмос, шингээлт, нано шүүлтүүр, биосорбци гэх мэт аргууд багтана.Тэдгээрийн дотор энгийн ажиллагаатай, зардал багатай, цэвэршүүлэх үр ашиг өндөртэй тул шингээх технологийг ихэвчлэн ашигладаг. Нано CeO2 материалууд нь шингээгчийн хувьд өндөр өвөрмөц гадаргуугийн талбайтай, гадаргуугийн өндөр идэвхжилтэй байдаг бөгөөд сүвэрхэг нано CeO2 болон түүний нийлмэл материалыг янз бүрийн морфологитойгоор нийлэгжүүлж, уснаас хортой ионуудыг шингээж, зайлуулдаг талаар олон мэдээллүүд гарсан.
Нано цериа нь сул хүчиллэг нөхцөлд усанд F -ийг шингээх чадвар сайтай болохыг судалгаагаар тогтоожээ. F - 100 мг/л, рН=5-6 анхны концентрацитай уусмалд F - шингээх чадвар 23 мг/г, F - 85,6% байна. Полиакрилийн хүчлийн давирхайн бөмбөлөгт (ачих хэмжээ: 0.25 г/г) ачаалсны дараа F - усан уусмалын 100 мг/л хэмжээтэй тэнцүү хэмжээгээр боловсруулахад F - 99% -иас дээш гарах боломжтой; Эзлэхүүнийг 120 дахин их хэмжээгээр боловсруулахад F - 90% -иас илүүг арилгах боломжтой. Фосфат ба иодыг шингээхэд хэрэглэх үед шингээх чадвар нь тохирох оновчтой шингээлтийн төлөвт 100 мг/г хүрэх боломжтой. Ашигласан материалыг энгийн десорбци, саармагжуулах эмчилгээний дараа дахин ашиглах боломжтой бөгөөд эдийн засгийн өндөр үр өгөөжтэй.
Хүнцэл, хром, кадми, хар тугалга зэрэг хортой хүнд металлыг нано цериа болон түүний нийлмэл материалыг ашиглан шингээх, боловсруулах талаар олон судалгаа хийсэн. Өөр өөр валентын төлөвтэй хүнд металлын ионуудын хувьд хамгийн оновчтой шингээлтийн рН өөр өөр байдаг. Жишээлбэл, төвийг сахисан хэвийсэн сул шүлтлэг байдал нь As (III)-ийн хамгийн сайн шингээлтийн төлөвтэй байдаг бол As (V)-ийн оновчтой шингээлтийн төлөв нь сул хүчиллэг нөхцөлд хүрдэг бөгөөд шингээх чадвар нь хоёуланд нь 110 мг/г хүрэх боломжтой байдаг. нөхцөл. Ерөнхийдөө нано цериа болон түүний нийлмэл материалын оновчтой синтез нь рН-ийн өргөн хүрээний янз бүрийн хүнд металлын ионуудыг шингээх, зайлуулах өндөр хурдыг бий болгодог.
Нөгөөтэйгүүр, церийн исэлд суурилсан наноматериалууд нь хүчиллэг жүрж, родамин В, Конго улаан гэх мэт бохир ус дахь органик бодисыг шингээх гайхалтай гүйцэтгэлтэй байдаг. Жишээлбэл, одоогийн мэдээлэгдсэн тохиолдлуудад цахилгаан химийн аргаар бэлтгэсэн нано цериа сүвэрхэг бөмбөрцөг нь өндөр агууламжтай байдаг. органик будагч бодисыг зайлуулах, ялангуяа Конго улааныг арилгахад шингээх чадвар, шингээх чадвар 60 минутын дотор 942.7 мг/г.
2.2 Нарийвчилсан исэлдэлтийн процесст нано цериа хэрэглэх
Одоо байгаа усгүй цэвэршүүлэх системийг сайжруулахын тулд дэвшилтэт исэлдэлтийн процессыг (богинохондоо AOPs) санал болгож байна. Гүн исэлдэлтийн технологи гэж нэрлэгддэг дэвшилтэт исэлдэлтийн процесс нь хүчтэй исэлдэх чадвартай гидроксил радикал (· OH), хэт исэлийн радикал (· O2 -), сингл хүчилтөрөгч гэх мэтийг үйлдвэрлэдэгээрээ онцлог юм. Өндөр температур, даралт, цахилгаан, дуу чимээ, гэрлийн цацраг, катализатор гэх мэт урвалын нөхцөлд Чөлөөт радикал үүсгэх янз бүрийн арга зам, урвалын нөхцлийн дагуу тэдгээрийг фотохимийн исэлдэлт, каталитик нойтон исэлдэлт, sonochemistry исэлдэлт, озон гэж хувааж болно. исэлдэлт, цахилгаан химийн исэлдэлт, Фентон исэлдэлт гэх мэт (Зураг 2-ыг үз).
Зураг 2 Нарийвчилсан исэлдэлтийн процессын ангилал ба технологийн хослол
Нано цериань дэвшилтэт исэлдэлтийн процесст өргөн хэрэглэгддэг гетероген катализатор юм. Ce3+, Ce4+-ийн хооронд хурдан хувирч, хүчилтөрөгч шингээх, ялгаруулах замаар исэлдэлтийг багасгах үр нөлөө нь хурдан явагддаг тул наноцери нь катализаторын сайн чадвартай байдаг. Катализаторын дэмжигч болгон ашиглахад катализаторын чадвар, тогтвортой байдлыг үр дүнтэй сайжруулдаг. Нано цериа болон түүний нийлмэл материалыг катализатор болгон ашиглах үед катализаторын шинж чанар нь морфологи, бөөмийн хэмжээ, ил гарсан талст хавтгай зэргээс ихээхэн ялгаатай байдаг нь тэдгээрийн гүйцэтгэл, хэрэглээнд нөлөөлдөг гол хүчин зүйлүүд юм. Бөөмс нь жижиг, тодорхой гадаргуугийн талбай их байх тусам идэвхтэй газар нь харгалзах тусам катализаторын чадвар илүү хүчтэй байдаг гэж ерөнхийд нь үздэг. Ил гарсан талст гадаргуугийн катализаторын чадвар нь хүчтэйгээс сул хүртэл (100) болор гадаргуу>(110) болор гадаргуу>(111) болор гадаргуу гэсэн дарааллаар байх ба харгалзах тогтвортой байдал нь эсрэгээрээ байна.
Церийн исэл нь хагас дамжуулагч материал юм. Нанометрийн церийн оксидыг зурвасын зайнаас өндөр энергитэй фотоноор цацруулах үед валентийн зурвасын электронууд өдөөгдөж, шилжилтийн рекомбинацын үйл ажиллагаа үүснэ. Энэ зан үйл нь Ce3+ба Ce4+-ийн хувиргах хурдыг нэмэгдүүлж, нано цериагийн хүчтэй фотокаталитик идэвхийг бий болгоно. Фотокатализ нь органик бодисыг хоёрдогч бохирдолгүйгээр шууд задлах боломжтой тул түүний хэрэглээ нь AOP-ийн нано цериагийн чиглэлээр хамгийн их судлагдсан технологи юм. Одоогийн байдлаар янз бүрийн морфологи, нийлмэл найрлагатай катализатор ашиглан азо будагч бодис, фенол, хлорбензол, эмийн хаягдал усыг каталитик задралын аргаар боловсруулахад гол анхаарлаа хандуулж байна. Уг тайланд дурдсанаар, катализаторын синтезийн оновчтой арга, катализаторын загварын нөхцөлд эдгээр бодисын задралын хүчин чадал ерөнхийдөө 80% -иас дээш, нийт органик нүүрстөрөгчийг (TOC) зайлуулах хүчин чадал 40% хүрч болно.
Озон, устөрөгчийн хэт исэл зэрэг органик бохирдуулагчийг задлах наноцерийн ислийн катализ нь өргөнөөр судлагдсан өөр нэг технологи юм. Фотокатализтай адилаар энэ нь янз бүрийн морфологи эсвэл болор хавтгай, өөр өөр цери дээр суурилсан нийлмэл катализаторын исэлдүүлэгчид бүхий нано цериуудын органик бохирдуулагчийг исэлдүүлэх, задлах чадварт анхаарлаа хандуулдаг. Ийм урвалын үед катализаторууд нь озон эсвэл устөрөгчийн хэт исэлээс олон тооны идэвхтэй радикалуудыг үүсгэж, органик бохирдуулагчид довтолж, исэлдэлтийн задралын илүү үр дүнтэй чадварыг бий болгодог. Урвалд исэлдүүлэгч бодисууд орж ирснээр органик нэгдлүүдийг зайлуулах чадвар ихээхэн нэмэгддэг. Ихэнх урвалын хувьд зорилтот бодисыг зайлуулах эцсийн түвшин 100% хүрч эсвэл ойртож болох ба TOC зайлуулах түвшин мөн өндөр байдаг.
Электрокаталитик исэлдэлтийн дэвшилтэт аргын хувьд хүчилтөрөгчийн хэт их хувьсалт бүхий анод материалын шинж чанар нь органик бохирдуулагчийг цэвэрлэхэд электрокаталитик дэвшилтэт исэлдэлтийн аргын сонгомол чанарыг тодорхойлдог. Катодын материал нь H2O2-ийн үйлдвэрлэлийг тодорхойлдог чухал хүчин зүйл бөгөөд H2O2-ийн үйлдвэрлэл нь органик бохирдуулагчийг цэвэрлэх электрокаталитик дэвшилтэт исэлдэлтийн аргын үр ашгийг тодорхойлдог. Нано цериа ашиглан электродын материалын өөрчлөлтийг судлах нь дотоод болон олон улсын хэмжээнд өргөн хүрээтэй анхаарал хандуулж байна. Судлаачид наноцерийн исэл ба түүний нийлмэл материалыг янз бүрийн химийн аргаар нэвтрүүлж, янз бүрийн электродын материалыг өөрчлөх, тэдгээрийн цахилгаан химийн идэвхийг сайжруулж, улмаар электрокаталитик идэвхжил, эцсийн зайлуулах хурдыг нэмэгдүүлдэг.
Бичил долгионы болон хэт авиан нь ихэвчлэн дээрх катализаторын загваруудад чухал туслах арга хэмжээ болдог. Хэт авианы тусламжийг жишээ болгон авч үзвэл, секундэд 25 кГц-ээс дээш давтамжтай чичиргээт дууны долгионыг ашиглан тусгайлан боловсруулсан цэвэрлэгээний бодисоор боловсруулсан уусмалд сая сая маш жижиг бөмбөлөгүүд үүсдэг. Эдгээр жижиг бөмбөлгүүд нь хурдацтай шахагдаж, тэлэлтийн үед бөмбөлгийн дэлбэрэлт үүсгэдэг бөгөөд энэ нь катализаторын гадаргуу дээр материалыг хурдан солилцож, тархах боломжийг олгодог бөгөөд ихэвчлэн катализаторын үр ашгийг экспоненциалтайгаар сайжруулдаг.
3 Дүгнэлт
Нано цериа болон түүний нийлмэл материалууд нь усан дахь ион болон органик бохирдуулагчийг үр дүнтэй цэвэрлэж чаддаг бөгөөд ирээдүйн ус цэвэршүүлэх салбарт ашиглах чухал ач холбогдолтой юм. Гэсэн хэдий ч ихэнх судалгаа лабораторийн шатандаа байгаа бөгөөд ирээдүйд ус цэвэршүүлэх ажилд хурдан ашиглахын тулд дараахь асуудлуудыг яаралтай шийдвэрлэх шаардлагатай байна.
(1) Нано бэлтгэх харьцангуй өндөр зардалCeO2Эдгээр материалууд нь лабораторийн судалгааны шатандаа байгаа ус цэвэршүүлэх дийлэнх хэрэглээний чухал хүчин зүйл хэвээр байна. Нано CeO2 дээр суурилсан материалын морфологи, хэмжээг зохицуулж чадах хямд өртөгтэй, энгийн бөгөөд үр дүнтэй бэлтгэх аргуудыг судлах нь судалгааны анхаарлын төвд байсаар байна.
(2) Нано CeO2 дээр суурилсан материалын жижиг хэсгүүдийн хэмжээнээс шалтгаалан ашиглалтын дараа дахин боловсруулах, нөхөн сэргээх асуудал нь тэдгээрийн хэрэглээг хязгаарладаг чухал хүчин зүйлүүд юм. Үүнийг давирхайн материал эсвэл соронзон материалтай хослуулах нь материал бэлтгэх, дахин боловсруулах технологийн судалгааны гол чиглэл болно.
(3) Нано CeO2 дээр суурилсан материаллаг ус цэвэршүүлэх технологи болон бохир ус цэвэрлэх уламжлалт технологи хоёрын хамтарсан үйл явцыг хөгжүүлэх нь ус цэвэршүүлэх салбарт нано CeO2 дээр суурилсан материалын катализаторын технологийг ашиглахад ихээхэн түлхэц болно.
(4) Нано CeO2 дээр суурилсан материалын хоруу чанарын талаарх судалгаа хязгаарлагдмал хэвээр байгаа бөгөөд тэдгээрийн байгаль орчны зан байдал, ус цэвэршүүлэх систем дэх хоруу чанарын механизм хараахан тогтоогдоогүй байна. Бодит бохир ус цэвэрлэх үйл явц нь ихэвчлэн олон тооны бохирдуулагч бодисууд зэрэгцэн оршдог бөгөөд нэг дор оршдог бохирдуулагчид хоорондоо харилцан үйлчилж, улмаар наноматериалуудын гадаргуугийн шинж чанар, болзошгүй хоруу чанарыг өөрчилдөг. Иймд холбогдох тал дээр илүү их судалгаа хийх зайлшгүй шаардлага байна.
Шуудангийн цаг: 2023 оны 5-р сарын 22-ны хооронд