Fost ossidi mhux siliċi, l-alumina għandha proprjetajiet mekkaniċi tajbin, reżistenza għat-temperatura għolja u reżistenza għall-korrużjoni, filwaqt li l-alumina mesoporuża (MA) għandha daqs tal-pori aġġustabbli, erja tal-wiċċ speċifika kbira, volum kbir ta 'pori u spiża baxxa ta' produzzjoni, li tintuża ħafna fil-katalisi, rilaxx ikkontrollat tad-droga, adsorbiment u oqsma oħra, bħal qsim, hydrocracking u hydrodesulfurization ta 'materja prima tal-pitrolju.L-alumina mikroporuża tintuża komunement fl-industrija, iżda se taffettwa direttament l-attività tal-alumina, il-ħajja tas-servizz u s-selettività tal-katalizzatur. Pereżempju, fil-proċess tal-purifikazzjoni tal-egżost tal-karozzi, is-sustanzi li jniġġsu depożitati mill-addittivi taż-żejt tal-magna se jiffurmaw kokk, li jwassal għall-imblukkar tal-pori tal-katalizzatur, u b'hekk titnaqqas l-attività tal-katalizzatur. Surfactant jista 'jintuża biex jaġġusta l-istruttura tat-trasportatur tal-alumina biex jifforma MA.Ttejjeb il-prestazzjoni katalitika tagħha.
MA għandu effett ta 'restrizzjoni, u l-metalli attivi huma diżattivati wara kalċinazzjoni f'temperatura għolja. Barra minn hekk, wara kalċinazzjoni f'temperatura għolja, l-istruttura mesoporuża tiġġarraf, l-iskeletru MA jinsab fi stat amorfu, u l-aċidità tal-wiċċ ma tistax tissodisfa r-rekwiżiti tagħha fil-qasam tal-funzjonalizzazzjoni. It-trattament ta 'modifika huwa spiss meħtieġ biex itejjeb l-attività katalitika, l-istabbiltà tal-istruttura mesoporuża, l-istabbiltà termali tal-wiċċ u l-aċidità tal-wiċċ ta' materjali MA. Gruppi ta 'modifika komuni jinkludu eteroatomi tal-metall (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr, eċċ. ) u ossidi tal-metall (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7, eċċ.)Mgħobbija fuq il-wiċċ ta 'MA jew doped fl-iskeletru.
Il-konfigurazzjoni ta 'elettroni speċjali ta' elementi rari tad-dinja tagħmel il-komposti tagħha jkollhom proprjetajiet ottiċi, elettriċi u manjetiċi speċjali, u tintuża f'materjali katalitiċi, materjali fotoelettriċi, materjali ta 'assorbiment u materjali manjetiċi. Materjali mesoporużi modifikati tad-dinja rari jistgħu jaġġustaw il-proprjetà tal-aċidu (alkali), iżidu l-vakanza tal-ossiġnu, u jissintetizzaw katalizzatur nanokristallin tal-metall b'dispersjoni uniformi u skala nanometru stabbli. Materjali porużi xierqa u earths rari jistgħu jtejbu t-tixrid tal-wiċċ tan-nanokristalli tal-metall u l-istabbiltà u d-depożizzjoni tal-karbonju reżistenza tal-katalisti. F'dan id-dokument, il-modifika u l-funzjonalizzazzjoni tal-MA rari se jiġu introdotti biex itejbu l-prestazzjoni katalitika, l-istabbiltà termali, il-kapaċità tal-ħażna tal-ossiġnu, l-erja tal-wiċċ speċifika u l-istruttura tal-pori.
1 preparazzjoni MA
1.1 preparazzjoni ta 'trasportatur alumina
Il-metodu ta 'preparazzjoni tat-trasportatur tal-alumina jiddetermina d-distribuzzjoni tal-istruttura tal-pori tiegħu, u l-metodi ta' preparazzjoni komuni tiegħu jinkludu l-metodu ta 'deidrazzjoni tal-psewdo-boehmite (PB) u l-metodu sol-gel. Pseudoboehmite (PB) kien propost l-ewwel minn Calvet, u H + promossi peptization biex tikseb γ-AlOOH kollojdali PB li fih ilma bejn is-saffi, li kien kalċinat u deidrat f'temperatura għolja biex jiffurmaw alumina. Skond materja prima differenti, ħafna drabi hija maqsuma f'metodu ta 'preċipitazzjoni, metodu ta' karbonizzazzjoni u metodu ta 'idroliżi ta' l-alkoħolaluminju. Is-solubilità kollojdali tal-PB hija affettwata mill-kristallinità, u hija ottimizzata biż-żieda tal-kristallinità, u hija affettwata wkoll minn parametri tal-proċess operattiv.
PB huwa normalment ippreparat bil-metodu ta 'preċipitazzjoni. L-alkali jiġi miżjud f'soluzzjoni ta 'aluminate jew l-aċidu jiġi miżjud f'soluzzjoni ta' aluminat u preċipitat biex tinkiseb alumina idratata (preċipitazzjoni alkali), jew l-aċidu jiġi miżjud f'preċipitazzjoni ta 'aluminate biex tinkiseb alumina monoidrat, li mbagħad jinħasel, imnixxef u kalċinat biex jinkiseb PB. Il-metodu ta 'preċipitazzjoni huwa faċli biex topera u baxx fl-ispiża, li ħafna drabi jintuża fil-produzzjoni industrijali, iżda huwa influwenzat minn ħafna fatturi (pH tas-soluzzjoni, konċentrazzjoni, temperatura, eċċ.) U dik il-kundizzjoni biex tinkiseb partiċelli b'dispersibbiltà aħjar huma stretti. Fil-metodu tal-karbonizzazzjoni, Al(OH)3is jinkiseb bir-reazzjoni ta 'CO2and NaAlO2, u PB jista' jinkiseb wara t-tixjiħ. Dan il-metodu għandu l-vantaġġi ta 'tħaddim sempliċi, kwalità għolja tal-prodott, l-ebda tniġġis u spiża baxxa, u jista' jipprepara alumina b'attività katalitika għolja, reżistenza għall-korrużjoni eċċellenti u erja tal-wiċċ speċifika għolja b'investiment baxx u ritorn għoli. Metodu ta 'idroliżi ta' alkoxide ta 'l-aluminju spiss jintuża biex tipprepara PB ta 'purità għolja. L-alkoxide tal-aluminju jiġi idrolizzat biex jifforma monoidrat tal-ossidu tal-aluminju, u mbagħad jiġi ttrattat biex jikseb PB ta 'purità għolja, li għandu kristallinità tajba, daqs uniformi tal-partiċelli, distribuzzjoni tad-daqs tal-pori konċentrat u integrità għolja ta' partiċelli sferiċi. Madankollu, il-proċess huwa kumpless, u huwa diffiċli li tirkupra minħabba l-użu ta 'ċerti solventi organiċi tossiċi.
Barra minn hekk, melħ inorganiku jew komposti organiċi ta 'metalli huma komunement użati għall-preparazzjoni ta' prekursuri tal-alumina bil-metodu sol-gel, u ilma pur jew solventi organiċi huma miżjuda biex jippreparaw soluzzjonijiet biex jiġġeneraw sol, li mbagħad jiġi ġelled, imnixxef u inkaljat. Fil-preżent, il-proċess ta 'preparazzjoni tal-alumina għadu mtejjeb fuq il-bażi tal-metodu ta' deidrazzjoni PB, u l-metodu ta 'karbonizzazzjoni sar il-metodu ewlieni għall-produzzjoni tal-alumina industrijali minħabba l-ekonomija u l-protezzjoni ambjentali tiegħu. Alumina ppreparata bil-metodu sol-gel ġibdet ħafna attenzjoni minħabba d-distribuzzjoni tad-daqs tal-pori aktar uniformi tagħha, li hija metodu potenzjali, iżda jeħtieġ li titjieb biex tirrealizza l-applikazzjoni industrijali.
1.2 Preparazzjoni tal-MA
L-alumina konvenzjonali ma tistax tissodisfa r-rekwiżiti funzjonali, għalhekk huwa meħtieġ li titħejja MA ta 'prestazzjoni għolja. Il-metodi ta 'sintesi ġeneralment jinkludu: metodu ta' nano-casting b'moffa tal-karbonju bħala mudell iebes; Sinteżi ta 'SDA: Proċess ta' awto-assemblaġġ indott mill-evaporazzjoni (EISA) fil-preżenza ta 'mudelli rotob bħal SDA u surfactants katjoniċi, anjoniċi jew mhux joniċi oħra.
1.2.1 Proċess EISA
Il-mudell artab jintuża f'kondizzjoni aċiduża, li jevita l-proċess ikkumplikat u li jieħu ħafna ħin tal-metodu tal-membrana iebsa u jista 'jirrealizza l-modulazzjoni kontinwa tal-apertura. Il-preparazzjoni tal-MA mill-EISA ġibdet ħafna attenzjoni minħabba d-disponibbiltà u r-riproduċibbiltà faċli tagħha. Jistgħu jiġu ppreparati strutturi mesoporużi differenti. Id-daqs tal-pori tal-MA jista 'jiġi aġġustat billi jinbidel it-tul tal-katina idrofobika tas-surfactant jew jiġi aġġustat il-proporzjon molari tal-katalist tal-idroliżi għall-prekursur tal-aluminju f'soluzzjoni. Għalhekk, EISA, magħrufa wkoll bħala sinteżi f'pass wieħed u metodu sol-gel ta' modifika ta 'wiċċ għoli żona MA u ordnat alumina mesoporuża (OMA), ġiet applikata għal diversi mudelli artab, bħal P123, F127, triethanolamine (tè), eċċ EISA jista 'jissostitwixxi l-proċess ta' ko-assemblaġġ ta 'prekursuri tal-organoaluminum, bħal alkossidi tal-aluminju u mudelli ta' surfactant , tipikament isopropoxide tal-aluminju u P123, għall-provvista ta 'materjali mesoporużi. L-iżvilupp b'suċċess tal-proċess EISA jeħtieġ aġġustament preċiż ta' idroliżi u kinetika ta 'kondensazzjoni biex tinkiseb sol stabbli u tippermetti l-iżvilupp ta' mesophase iffurmat minn miċelli surfactant f'sol.
Fil-proċess EISA, l-użu ta 'solventi mhux milwiema (bħal etanol) u aġenti kumplessi organiċi jistgħu effettivament inaqqas ir-rata ta' idroliżi u kondensazzjoni ta 'prekursuri ta' organoaluminum u jinduċi l-awto-assemblaġġ ta 'materjali OMA, bħal Al(OR)3and isopropossidu tal-aluminju. Madankollu, f'solventi volatili mhux milwiema, mudelli ta 'surfactant normalment jitilfu l-idrofiliċità/idrofobiċità tagħhom. Barra minn hekk, Minħabba d-dewmien tal-idroliżi u l-polikondensazzjoni, il-prodott intermedju għandu grupp idrofobiku, li jagħmilha diffiċli biex jinteraġixxu mal-mudell tas-surfactant. Huwa biss meta l-konċentrazzjoni tas-surfactant u l-grad ta 'idroliżi u polikondensazzjoni ta' l-aluminju jiżdiedu gradwalment fil-proċess ta 'evaporazzjoni tas-solvent jista' jseħħ l-awto-assemblaġġ tal-mudell u l-aluminju. Għalhekk, ħafna parametri li jaffettwaw il-kundizzjonijiet ta 'evaporazzjoni tas-solventi u r-reazzjoni ta' idroliżi u kondensazzjoni tal-prekursuri, Bħat-temperatura, umdità relattiva, katalizzatur, rata ta 'evaporazzjoni tas-solvent, eċċ., Se jaffettwaw l-istruttura finali tal-assemblaġġ. Kif muri fil-fig. 1, materjali OMA bi stabbiltà termali għolja u prestazzjoni katalitika għolja ġew sintetizzati permezz ta 'awto-assemblaġġ indott ta' evaporazzjoni assistita solvotermali (SA-EISA). Trattament solvotermali ippromwova l-idroliżi kompluta ta 'prekursuri tal-aluminju biex jiffurmaw gruppi ta' idroksil tal-aluminju cluster ta 'daqs żgħir, li tejbu l-interazzjoni bejn surfactants u aluminju. Mesophase eżagonali bidimensjonali ġiet iffurmata fil-proċess EISA u kalċinat f'400℃ biex tifforma materjal OMA. Fil-proċess EISA tradizzjonali, il-proċess ta 'evaporazzjoni huwa akkumpanjat mill-idroliżi tal-prekursur tal-organoaluminum, għalhekk il-kundizzjonijiet tal-evaporazzjoni għandhom influwenza importanti fuq ir-reazzjoni u l-istruttura finali tal-OMA. Il-pass tat-trattament solvotermali jippromwovi l-idroliżi kompleta tal-prekursur tal-aluminju u jipproduċi gruppi ta 'hydroxyl tal-aluminju raggruppati parzjalment ikkondensati. OMA huwa ffurmat taħt firxa wiesgħa ta' kundizzjonijiet ta 'evaporazzjoni. Meta mqabbel ma 'MA ippreparat bil-metodu EISA tradizzjonali, OMA ippreparat bil-metodu SA-EISA għandu volum tal-pori ogħla, erja tal-wiċċ speċifika aħjar u stabbiltà termali aħjar. Fil-futur, il-metodu EISA jista 'jintuża biex jipprepara MA b'apertura ultra-kbira b'rata ta' konverżjoni għolja u selettività eċċellenti mingħajr ma tuża aġent ta 'reaming.
Fig. 1 flow chart tal-metodu SA-EISA biex jiġu sintetizzati materjali OMA
1.2.2 proċessi oħra
Il-preparazzjoni konvenzjonali tal-MA teħtieġ kontroll preċiż tal-parametri tas-sinteżi biex tinkiseb struttura mesoporuża ċara, u t-tneħħija tal-materjali tal-mudell hija wkoll ta 'sfida, li tikkomplika l-proċess ta' sinteżi. Fil-preżent, ħafna letteratura rrappurtaw is-sinteżi ta 'MA b'mudelli differenti. F'dawn l-aħħar snin, ir-riċerka ffukat prinċipalment fuq is-sinteżi ta 'MA bil-glukożju, sukrożju u lamtu bħala mudelli mill-isopropossidu tal-aluminju f'soluzzjoni akwea. Ħafna minn dawn il-materjali MA huma sintetizzati minn nitrat tal-aluminju, sulfat u alkoxide bħala sorsi tal-aluminju. MA CTAB jinkiseb ukoll permezz ta 'modifika diretta ta' PB bħala sors ta 'aluminju. MA bi proprjetajiet strutturali differenti, jiġifieri Al2O3)-1, Al2O3)-2 u al2o3And għandha stabbiltà termali tajba. Iż-żieda ta 'surfactant ma tbiddilx l-istruttura tal-kristall inerenti tal-PB, iżda tbiddel il-mod ta' stivar tal-partiċelli. Barra minn hekk, il-formazzjoni ta 'Al2O3-3 hija ffurmata mill-adeżjoni ta' nanopartiċelli stabbilizzati minn PEG solvent organiku jew aggregazzjoni madwar PEG. Madankollu, id-distribuzzjoni tad-daqs tal-pori ta 'Al2O3-1 hija dejqa ħafna. Barra minn hekk, il-katalizzaturi bbażati fuq il-palladju ġew ippreparati b'MA sintetiku bħala trasportatur. Fir-reazzjoni tal-kombustjoni tal-metanu, il-katalizzatur appoġġjat minn Al2O3-3 wera prestazzjoni katalitika tajba.
Għall-ewwel darba, MA b'distribuzzjoni tad-daqs tal-pori relattivament dejqa ġiet ippreparata bl-użu ta 'gagazza sewda tal-aluminju irħas u b'ħafna aluminju ABD. Il-proċess ta 'produzzjoni jinkludi proċess ta' estrazzjoni f'temperatura baxxa u pressjoni normali. Il-partiċelli solidi li jitħallew fil-proċess ta 'estrazzjoni mhux se jniġġsu l-ambjent, u jistgħu jinġabru b'riskju baxx jew jerġgħu jintużaw bħala mili jew aggregat f'applikazzjoni tal-konkrit. L-erja tal-wiċċ speċifika tal-MA sintetizzata hija 123 ~ 162m2/g, Id-distribuzzjoni tad-daqs tal-pori hija dejqa, ir-raġġ tal-ogħla livell huwa 5.3nm, u l-porożità hija 0.37 cm3/g. Il-materjal huwa nano-daqs u d-daqs tal-kristall huwa madwar 11nm. Is-sinteżi ta 'stat solidu hija proċess ġdid biex tiġi sintetizzata MA, li tista' tintuża biex tipproduċi assorbenti radjokimiku għal użu kliniku. Klorur ta 'l-aluminju, karbonat ta' l-ammonju u materja prima tal-glukożju huma mħallta fi proporzjon molari ta '1: 1.5: 1.5, u MA hija sintetizzata minn reazzjoni mekkanika ġdida ta' stat solidu. Billi tikkonċentra131I f'tagħmir ta 'batterija termali, ir-rendiment totali ta' 131I wara l-konċentrazzjoni huwa 90 %, u s-soluzzjoni miksuba131I[NaI] għandha konċentrazzjoni radjuattiva għolja (1.7TBq/mL), u b'hekk tirrealizza l-użu ta 'kapsuli ta' doża kbira131I[NaI] għat-trattament tal-kanċer tat-tirojde.
Fil-qosor, fil-futur, mudelli molekulari żgħar jistgħu wkoll jiġu żviluppati biex jinbnew strutturi tal-pori ordnati f'ħafna livelli, jaġġustaw b'mod effettiv l-istruttura, il-morfoloġija u l-proprjetajiet kimiċi tal-wiċċ tal-materjali, u jiġġeneraw erja tal-wiċċ kbira u wormhole ordnat MA. Esplora mudelli irħas u sorsi tal-aluminju, ottimizza l-proċess ta 'sinteżi, iċċara l-mekkaniżmu ta' sinteżi u jiggwida l-proċess.
Metodu ta' modifika ta' 2 MA
Il-metodi ta 'distribuzzjoni uniformi ta' komponenti attivi fuq trasportatur MA jinkludu impregnation, sintesi in-situ, preċipitazzjoni, skambju joniku, taħlit mekkaniku u tidwib, li fosthom l-ewwel tnejn huma l-aktar komunement użati.
2.1 metodu ta 'sintesi in-situ
Gruppi użati fil-modifika funzjonali huma miżjuda fil-proċess ta 'preparazzjoni MA biex jimmodifikaw u jistabbilizzaw l-istruttura ta' l-iskeletru tal-materjal u jtejbu l-prestazzjoni katalitika. Il-proċess huwa muri fil-Figura 2. Liu et al. sintetizzat Ni/Mo-Al2O3in situ b'P123 bħala mudell. Kemm Ni u Mo kienu mxerrda f'kanali MA ordnati, mingħajr ma tinqered l-istruttura mesoporuża ta 'MA, u l-prestazzjoni katalitika tjiebet ovvjament. L-adozzjoni ta 'metodu ta' tkabbir in-situ fuq sottostrat gamma-al2o3 sintetizzat, Meta mqabbel ma 'γ-Al2O3, MnO2-Al2O3 għandu erja tal-wiċċ speċifika BET akbar u volum tal-pori, u għandu struttura mesoporuża bimodali b'distribuzzjoni dejqa tad-daqs tal-pori. MnO2-Al2O3has rata ta 'assorbiment mgħaġġel u effiċjenza għolja għal F-, u għandha firxa wiesgħa ta' applikazzjoni tal-pH (pH=4 ~ 10), li hija adattata għal kundizzjonijiet prattiċi ta 'applikazzjoni industrijali. Il-prestazzjoni tar-riċiklaġġ ta 'MnO2-Al2O3is aħjar minn dik ta' γ-Al2O.L-istabbiltà strutturali jeħtieġ li tiġi ottimizzata aktar. Fil-qosor, il-materjali modifikati MA miksuba permezz ta 'sinteżi fil-post għandhom ordni strutturali tajba, interazzjoni qawwija bejn gruppi u trasportaturi tal-alumina, kombinazzjoni stretta, tagħbija materjali kbira, u mhumiex faċli biex jikkawżaw it-twaqqigħ ta' komponenti attivi fil-proċess ta 'reazzjoni katalitika , u l-prestazzjoni katalitika titjieb b'mod sinifikanti.
Fig. 2 Preparazzjoni ta 'MA funzjonalizzat permezz ta' sinteżi in-situ
2.2 metodu ta 'mili
Tgħaddas l-MA ippreparat fil-grupp modifikat, u l-kisba tal-materjal MA modifikat wara t-trattament, sabiex tirrealizza l-effetti ta 'katalisi, adsorbiment u simili. Cai et al. ipprepara MA minn P123 bil-metodu sol-gel, u xarrabha f'soluzzjoni ta 'etanol u tetraethylenepentamine biex tikseb materjal MA modifikat amino b'rendiment qawwi ta' adsorbiment. Barra minn hekk, Belkacemi et al. dipped f'ZnCl2solution bl-istess proċess biex tikseb materjali MA modifikati doped taż-żingu ordnati. L-erja tal-wiċċ speċifika u l-volum tal-pori huma 394m2/g u 0.55 cm3/g, rispettivament. Meta mqabbel mal-metodu ta 'sintesi in-situ, il-metodu ta' impregnazzjoni għandu dispersjoni aħjar tal-element, struttura mesoporuża stabbli u prestazzjoni tajba ta 'assorbiment, iżda l-forza ta' interazzjoni bejn komponenti attivi u trasportatur tal-alumina hija dgħajfa, u l-attività katalitika hija faċilment interferita minn fatturi esterni.
3 progress funzjonali
Is-sinteżi ta 'art rari MA bi proprjetajiet speċjali hija t-tendenza ta' żvilupp fil-futur. Fil-preżent, hemm ħafna metodi ta 'sintesi. Il-parametri tal-proċess jaffettwaw il-prestazzjoni ta 'MA. L-erja tal-wiċċ speċifika, il-volum tal-pori u d-dijametru tal-pori ta 'MA jistgħu jiġu aġġustati bit-tip ta' mudell u l-kompożizzjoni tal-prekursur tal-aluminju. It-temperatura tal-kalċinazzjoni u l-konċentrazzjoni tal-mudell tal-polimeru jaffettwaw l-erja tal-wiċċ speċifika u l-volum tal-pori ta 'MA. Suzuki u Yamauchi sabu li t-temperatura tal-kalċinazzjoni żdiedet minn 500℃ għal 900℃. L-apertura tista 'tiżdied u l-erja tal-wiċċ tista' titnaqqas. Barra minn hekk, it-trattament tal-modifika tad-dinja rari jtejjeb l-attività, l-istabbiltà termali tal-wiċċ, l-istabbiltà strutturali u l-aċidità tal-wiċċ tal-materjali MA fil-proċess katalitiku, u jissodisfa l-iżvilupp tal-funzjonalizzazzjoni tal-MA.
3.1 Adsorbent tad-Defluorinazzjoni
Il-fluworin fl-ilma tax-xorb fiċ-Ċina huwa ta 'ħsara serjament. Barra minn hekk, iż-żieda tal-kontenut tal-fluworin fis-soluzzjoni industrijali tas-sulfat taż-żingu se twassal għall-korrużjoni tal-pjanċa tal-elettrodu, id-deterjorazzjoni tal-ambjent tax-xogħol, it-tnaqqis tal-kwalità taż-żingu elettriku u t-tnaqqis tal-ammont ta 'ilma riċiklat fis-sistema li tagħmel l-aċidu. u l-proċess ta 'elettroliżi ta' gass taċ-ċmieni tax-xiwi tal-forn tas-sodda fluwidizzata. Fil-preżent, il-metodu ta 'assorbiment huwa l-aktar attraenti fost il-metodi komuni ta' defluorination.However imxarrab, hemm xi nuqqasijiet, bħal kapaċità fqira ta 'assorbiment, firxa dejqa tal-pH disponibbli, tniġġis sekondarju u l-bqija. Karbonju attivat, alumina amorfa, alumina attivata u adsorbenti oħra ntużaw għad-defluorinazzjoni tal-ilma, iżda l-ispiża tal-adsorbenti hija għolja, u l-kapaċità ta 'assorbiment ta' F-in soluzzjoni newtrali jew konċentrazzjoni għolja hija baxxa.Alumina attivata saret l-aktar wiesa ' studjat adsorbent għat-tneħħija tal-fluworidu minħabba l-affinità u s-selettività għolja tiegħu għall-fluworidu f'valur ta 'pH newtrali, iżda huwa limitat mill-kapaċità fqira ta' assorbiment tal-fluworidu, u biss f'pH<6 jista 'jkollu prestazzjoni tajba ta' assorbiment tal-fluworidu.MA ġibdet attenzjoni wiesgħa fil-kontroll tat-tniġġis ambjentali minħabba l-erja tal-wiċċ speċifika kbira tiegħu, l-effett uniku tad-daqs tal-pori, il-prestazzjoni tal-bażi tal-aċidu, l-istabbiltà termali u mekkanika. Kundu et al. ippreparat MA b'kapaċità massima ta 'assorbiment tal-fluworin ta' 62.5 mg/g. Il-kapaċità ta 'assorbiment tal-fluworin ta' MA hija influwenzata ħafna mill-karatteristiċi strutturali tagħha, bħall-erja tal-wiċċ speċifika, gruppi funzjonali tal-wiċċ, id-daqs tal-pori u d-daqs totali tal-pori. L-aġġustament tal-istruttura u l-prestazzjoni ta 'MA huwa mod importanti biex tittejjeb il-prestazzjoni tal-adsorbiment tagħha.
Minħabba l-aċidu iebes ta 'La u l-bażiċità iebsa tal-fluworin, hemm affinità qawwija bejn La u joni tal-fluworin. F'dawn l-aħħar snin, xi studji sabu li La bħala modifikatur jista 'jtejjeb il-kapaċità ta' assorbiment tal-fluworidu. Madankollu, minħabba l-istabbiltà strutturali baxxa tal-adsorbenti tad-dinja rari, aktar artijiet rari huma lissija fis-soluzzjoni, li jirriżultaw fi tniġġis tal-ilma sekondarju u ħsara lis-saħħa tal-bniedem. Min-naħa l-oħra, konċentrazzjoni għolja ta 'aluminju fl-ambjent ta' l-ilma hija waħda mill-veleni għas-saħħa tal-bniedem. Għalhekk, huwa meħtieġ li tipprepara tip ta 'assorbent kompost bi stabbiltà tajba u l-ebda lissija jew inqas lissija ta' elementi oħra fil-proċess tat-tneħħija tal-fluworin. MA modifikat minn La u Ce ġie ppreparat b'metodu ta 'impregnazzjoni (La/MA u Ce/MA). ossidi ta 'earth rari ġew mgħobbija b'suċċess fuq il-wiċċ MA għall-ewwel darba, li kellhom prestazzjoni ogħla ta' defluorinazzjoni. grupp funzjonali hydroxyl fuq il-wiċċ adsorbent jiġġenera bond idroġenu ma 'F-, il-modifika ta' La u Ce ttejjeb il-kapaċità ta 'assorbiment tal-fluworin, La / MA fih aktar siti ta' adsorbiment ta 'hydroxyl, u l-kapaċità ta' assorbiment ta 'F hija fl-ordni ta' La / MA >Ce/MA>MA. Biż-żieda tal-konċentrazzjoni inizjali, il-kapaċità ta 'assorbiment tal-fluworin tiżdied. L-effett ta' adsorbiment huwa l-aħjar meta l-pH huwa 5 ~ 9, u l-proċess ta 'adsorbiment tal-fluworin jaqbel mal-mudell ta' adsorbiment iżotermali Langmuir. Barra minn hekk, l-impuritajiet tal-joni tas-sulfat fl-alumina jistgħu wkoll jaffettwaw b'mod sinifikanti l-kwalità tal-kampjuni. Għalkemm saret ir-riċerka relatata dwar l-alumina modifikata tad-dinja rari, ħafna mir-riċerka tiffoka fuq il-proċess ta 'adsorbent, li huwa diffiċli biex jintuża industrijalment. Fil-futur, nistgħu nistudjaw il-mekkaniżmu ta' dissoċjazzjoni tal-kumpless tal-fluworin f'soluzzjoni ta 'sulfat taż-żingu. u l-karatteristiċi tal-migrazzjoni tal-jonji tal-fluworin, jiksbu adsorbent tal-jone tal-fluworin effiċjenti, bi prezz baxx u rinnovabbli għad-defluorinazzjoni tas-soluzzjoni tas-sulfat taż-żingu fis-sistema tal-idrometallurġija taż-żingu, u tistabbilixxi mudell ta 'kontroll tal-proċess għat-trattament ta' soluzzjoni ta 'fluworin għolja bbażata fuq nano adsorbent MA rari.
3.2 Katalizzatur
3.2.1 Riformar niexef tal-metan
L-art rari tista 'taġġusta l-aċidità (bażiċità) ta' materjali porużi, iżid il-vakanza ta 'l-ossiġnu, u sintetizza katalisti b'dispersjoni uniformi, skala nanometru u stabbiltà. Ħafna drabi tintuża biex tappoġġja metalli nobbli u metalli ta 'tranżizzjoni biex tikkatalizza l-methanation tas-CO2. Fil-preżent, materjali mesoporous modifikati tad-dinja rari qed jiżviluppaw lejn riforma niexfa tal-metanu (MDR), degradazzjoni fotokatalitika ta 'VOCs u purifikazzjoni tal-gass tad-denb. Meta mqabbla ma' metalli nobbli (bħal Pd, Ru, Rh, eċċ.) u metalli ta 'tranżizzjoni oħra (bħal Co, Fe, eċċ.), Ni/Al2O3catalyst huwa użat ħafna għall-attività katalitika u s-selettività ogħla tiegħu, stabbiltà għolja u spiża baxxa għall-metan. Madankollu, is-sinterizzazzjoni u d-depożizzjoni tal-karbonju tan-nanopartiċelli Ni fuq il-wiċċ ta 'Ni/Al2O3 iwasslu għad-diżattivazzjoni rapida tal-katalizzatur. Għalhekk, Huwa meħtieġ li żżid l-aċċellerant, timmodifika t-trasportatur tal-katalizzatur u tittejjeb ir-rotta tal-preparazzjoni biex ittejjeb l-attività katalitika, l-istabbiltà u r-reżistenza għat-tixqiq. B'mod ġenerali, l-ossidi rari tad-dinja jistgħu jintużaw bħala promoturi strutturali u elettroniċi f'katalisti eteroġeni, u CeO2improves it-tixrid ta 'Ni u jibdel il-proprjetajiet tan-Ni metalliku permezz ta' interazzjoni qawwija ta 'appoġġ tal-metall.
MA tintuża ħafna biex ittejjeb it-tixrid tal-metalli, u tipprovdi trażżin għal metalli attivi biex tevita l-agglomerazzjoni tagħhom. La2O3with kapaċità għolja ta ' ħażna ta ' ossiġnu ttejjeb ir-reżistenza tal-karbonju fil-proċess ta ' konverżjoni, u La2O3 jippromwovi t-tixrid ta ' Co fuq alumina mesoporuża, li għandha attività ta ' riforma għolja u reżiljenza. Il-promotur La2O3 iżid l-attività MDR tal-katalizzatur Co/MA, u l-fażijiet Co3O4and CoAl2O4 huma ffurmati fuq il-wiċċ tal-katalizzatur. Madankollu, il-La2O3 imxerred ħafna għandu ħbub żgħar ta '8nm ~ 10nm. Fil-proċess MDR, l-interazzjoni in-situ bejn La2O3u CO2formed La2O2CO3mesophase, li induċiet l-eliminazzjoni effettiva ta 'CxHy fuq il-wiċċ tal-katalizzatur. La2O3 jippromwovi t-tnaqqis tal-idroġenu billi jipprovdi densità tal-elettroni ogħla u jsaħħaħ il-vakanza tal-ossiġnu f'10% Co/MA. Iż-żieda ta 'La2O3 tnaqqas l-enerġija ta' attivazzjoni apparenti tal-konsum ta 'CH4. Għalhekk, Ir-rata ta 'konverżjoni ta' CH4 żdiedet għal 93.7% f'1073K K. Iż-żieda ta 'La2O3 tejbet l-attività katalitika, ippromwoviet it-tnaqqis ta' H2, żiedet in-numru ta 'siti attivi Co0, ipproduċiet inqas karbonju depożitat u żiedet il-vakanza ta' ossiġnu għal 73.3%.
Ce u Pr kienu appoġġjati fuq Ni/Al2O3catalyst b'metodu ta 'impregnazzjoni ta' volum ugwali f'Li Xiaofeng. Wara li żiedet Ce u Pr, is-selettività għal H2 żdiedet u s-selettività għal CO naqset. L-MDR modifikat minn Pr kellu kapaċità katalitika eċċellenti, u s-selettività għal H2increased minn 64.5% għal 75.6%, filwaqt li s-selettività għal CO naqset minn 31.4% Peng Shujing et al. uża l-metodu sol-gel, MA modifikat CE ġie ppreparat bl-isopropossidu tal-aluminju, is-solvent tal-isopropanol u n-nitrat taċ-ċerju hexahydrate. L-erja tal-wiċċ speċifika tal-prodott żdiedet kemmxejn. Iż-żieda ta 'Ce naqqset l-aggregazzjoni ta' nanopartiċelli bħal virga fuq il-wiċċ MA. Xi gruppi hydroxyl fuq il-wiċċ ta 'γ-Al2O3were bażikament koperti minn komposti Ce. L-istabbiltà termali ta 'MA tjiebet, u ma seħħet l-ebda trasformazzjoni tal-fażi tal-kristall wara l-kalċinazzjoni f'1000 ℃ għal 10 sigħat.Wang Baowei et al. materjal MA ippreparat CeO2-Al2O4bil-metodu ta 'kopreċipitazzjoni. CeO2with ħbub ċkejkna kubi kien imxerred b'mod uniformi fl-alumina. Wara li appoġġja Co u Mo fuq CeO2-Al2O4, l-interazzjoni bejn l-alumina u l-komponent attiv Co u Mo kienet effettivament inibita minn CEO2
Il-promoturi tad-dinja rari (La, Ce, y u Sm) huma Magħquda mal-katalist Co/MA għall-MDR, u l-proċess jidher fil-fig. 3. il-promoturi tad-dinja rari jistgħu jtejbu t-tixrid ta 'Co fuq trasportatur MA u jinibixxu l-agglomerazzjoni ta' partiċelli ko. l-iżgħar id-daqs tal-partiċelli, l-aktar b'saħħitha l-interazzjoni Co-MA, aktar b'saħħitha l-kapaċità katalitika u s-sinterizzazzjoni fil-katalizzatur YCo/MA, u l-effetti pożittivi ta 'bosta promoturi fuq l-attività MDR u d-depożizzjoni tal-karbonju.Fig. 4 huwa HRTEM iMAge wara trattament MDR f'1023K, Co2: ch4: N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3.1 għal 8 sigħat. Partiċelli Co jeżistu fil-forma ta 'tikek suwed, filwaqt li trasportaturi MA jeżistu fil-forma ta' griż, li jiddependi fuq id-differenza tad-densità tal-elettroni. fl-immaġni HRTEM b'10% Co/MA (fig. 4b), l-agglomerazzjoni ta 'partiċelli tal-metall Co hija osservata fuq ma carriersThe żieda ta' promotur ta 'art rari tnaqqas partiċelli Co għal 11.0nm ~ 12.5nm. YCo/MA għandha interazzjoni Co-MA qawwija, u l-prestazzjoni tas-sinterizzazzjoni tagħha hija aħjar minn katalizzaturi oħra. barra minn hekk, kif muri fil-figolli. 4b sa 4f, nanowires tal-karbonju vojta minn ġewwa (CNF) huma prodotti fuq il-katalizzaturi, li jżommu f'kuntatt mal-fluss tal-gass u jipprevjenu l-katalizzatur mid-diżattivazzjoni.
Fig. 3 Effett taż-żieda ta 'art rari fuq il-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi u l-prestazzjoni katalitika MDR tal-katalizzatur Co/MA
3.2.2 Katalizzatur tad-deossidazzjoni
Fe2O3/Meso-CeAl, katalizzatur ta 'deossidazzjoni bbażat fuq Fe-doped Ce, ġie ppreparat permezz ta' deidroġenazzjoni ossidattiva ta '1-butene b'CO2as ossidant artab, u ntuża fis-sintesi ta' 1,3-butadiene (BD). Ce kien imxerred ħafna fil-matriċi tal-alumina, u Fe2O3/meso kien ħafna mxerredFe2O3/Meso-CeAl-100 katalist mhux biss għandu speċi ta 'ħadid imxerred ħafna u proprjetajiet strutturali tajbin, iżda għandu wkoll kapaċità tajba ta' ħażna ta 'ossiġnu, għalhekk għandu kapaċità tajba ta' adsorbiment u attivazzjoni ta’ CO2. Kif muri fil-Figura 5, l-immaġini TEM juru li Fe2O3/Meso-CeAl-100 huwa regolariTuri li l-istruttura tal-kanal bħal dudu ta 'MesoCeAl-100 hija maħlula u poruża, li hija ta' benefiċċju għat-tixrid ta 'ingredjenti attivi, filwaqt li Ce mxerred ħafna huwa drogat b'suċċess fil-matriċi tal-alumina. Il-materjal tal-kisi tal-katalizzatur tal-metall nobbli li jilħaq l-istandard ta 'emissjoni ultra-baxxa ta' vetturi bil-mutur żviluppa struttura tal-pori, stabbiltà idrotermali tajba u kapaċità kbira ta 'ħażna ta' ossiġnu.
3.2.3 Katalizzatur għall-Vetturi
Pd-Rh appoġġja kumplessi ta 'art rari bbażati fuq l-aluminju kwaternarju AlCeZrTiOx u AlLaZrTiOx biex jiksbu materjali tal-kisi tal-katalist tal-karozzi. Il-kumpless tal-art rari bbażat fuq l-aluminju mesoporuż Pd-Rh/ALC jista 'jintuża b'suċċess bħala katalizzatur tal-purifikazzjoni tal-egżost tal-vettura CNG b'durabilità tajba, u l-effiċjenza tal-konverżjoni ta' CH4, il-komponent ewlieni tal-gass tal-egżost tal-vettura CNG, hija għolja daqs 97.8%. Adotta metodu ta 'pass wieħed idrotermali biex tipprepara dak il-materjal kompost rari ta' l-art biex tirrealizza l-immuntar waħdu, Prekursuri mesoporużi ordnati bi stat metastabbli u aggregazzjoni għolja ġew sintetizzati, u s-sintesi ta 'RE-Al ikkonformat mal-mudell ta' "unità ta 'tkabbir kompost" , u b'hekk tirrealizza l-purifikazzjoni tal-konvertitur katalitiku bi tliet direzzjonijiet immuntat wara l-egżost tal-karozzi.
Fig. 4 Immaġini HRTEM ta’ ma (a), Co/MA(b), LaCo/MA(c), CeCo/MA(d), YCo/MA(e) u SmCo/MA(f)
Fig. 5 Immaġini TEM (A) u dijagramma tal-element EDS (b,c) ta' Fe2O3/Meso-CeAl-100
3.3 prestazzjoni luminuża
Elettroni ta 'elementi rari tad-dinja huma faċilment eċċitati għat-tranżizzjoni bejn livelli ta' enerġija differenti u jarmu d-dawl. Il-joni tad-dinja rari ħafna drabi jintużaw bħala attivaturi biex jippreparaw materjali luminixxenti. Il-joni tad-dinja rari jistgħu jitgħabbew fuq il-wiċċ ta 'mikrosferi vojta tal-fosfat tal-aluminju permezz ta' metodu ta 'kopreċipitazzjoni u metodu ta' skambju joniku, u materjali luminixxenti AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd) jistgħu jiġu ppreparati. Il-wavelength luminexxenti jinsab fir-reġjun ultravjola qrib.MA huwa magħmul f'films irqaq minħabba l-inerzja tiegħu, il-kostanti dielettrika baxxa u l-konduttività baxxa, li jagħmilha applikabbli għal apparati elettriċi u ottiċi, films irqaq, barrieri, sensuri, eċċ. Jista 'wkoll jintuża għal rispons ta 'sensing ta' kristalli fotoniċi ta 'dimensjoni waħda, ġenerazzjoni ta' enerġija u kisjiet kontra r-riflessjoni. Dawn l-apparati huma films f'munzelli b'tul definit tal-passaġġ ottiku, għalhekk huwa meħtieġ li jiġi kkontrollat l-indiċi rifrattiv u l-ħxuna. Fil-preżent, dijossidu tat-titanju u ossidu taż-żirkonju b'indiċi ta 'rifrazzjoni għoli u dijossidu tas-silikon b'indiċi ta' rifrazzjoni baxx ħafna drabi jintużaw biex jiddisinjaw u jibnu tali apparati . Il-firxa tad-disponibbiltà ta 'materjali bi proprjetajiet kimiċi tal-wiċċ differenti hija estiża, li tagħmilha possibbli li jiġu ddisinjati sensuri fotoni avvanzati. L-introduzzjoni ta 'films MA u oxyhydroxide fid-disinn ta' apparat ottiku turi potenzjal kbir minħabba li l-indiċi refrattiv huwa simili għal dak tad-dijossidu tas-silikon. Iżda l-proprjetajiet kimiċi huma differenti.
3.4 stabbiltà termali
Biż-żieda tat-temperatura, is-sinterizzazzjoni taffettwa serjament l-effett tal-użu tal-katalizzatur MA, u l-erja tal-wiċċ speċifika tonqos u l-fażi kristallina γ-Al2O3in tittrasforma f'fażijiet δ u θ għal χ. Materjali tad-dinja rari għandhom stabbiltà kimika tajba u stabbiltà termali, adattabilità għolja, u materja prima faċilment disponibbli u rħisa. Iż-żieda ta 'elementi rari tad-dinja tista' ttejjeb l-istabbiltà termali, reżistenza għall-ossidazzjoni f'temperatura għolja u proprjetajiet mekkaniċi tat-trasportatur, u taġġusta l-aċidità tal-wiċċ tat-trasportatur.La u Ce huma l-elementi ta 'modifika l-aktar użati u studjati b'mod komuni. Lu Weiguang u oħrajn sabu li ż-żieda ta 'elementi tad-dinja rari effettivament ipprevjeniet id-diffużjoni tal-massa tal-partiċelli tal-alumina, La u Ce pproteġu l-gruppi hydroxyl fuq il-wiċċ tal-alumina, inibixxu s-sinterizzazzjoni u t-trasformazzjoni tal-fażi, u naqqsu l-ħsara tat-temperatura għolja għall-istruttura mesoporuża. . L-alumina ppreparata għad għandha erja tal-wiċċ speċifika għolja u volum tal-pori. Madankollu, wisq jew ftit wisq element ta 'art rari se jnaqqas l-istabbiltà termali tal-alumina. Li Yanqiu et al. żied 5% La2O3to γ-Al2O3, li tejbet l-istabbiltà termali u żiedet il-volum tal-pori u l-erja tal-wiċċ speċifika tat-trasportatur tal-alumina. Kif jidher mill-Figura 6, La2O3 miżjud ma 'γ-Al2O3, Ittejjeb l-istabbiltà termali ta' trasportatur kompost ta 'art rari.
Fil-proċess ta 'doping ta' partiċelli nano-fibrużi b'La għal MA, l-erja tal-wiċċ BET u l-volum tal-pori ta 'MA-La huma ogħla minn dawk ta' MA meta t-temperatura tat-trattament bis-sħana tiżdied, u d-doping b'La għandu effett ta 'ritard ovvju fuq is-sinterizzazzjoni f'livell għoli temperatura. kif muri fil-fig. 7, biż-żieda tat-temperatura, La jinibixxi r-reazzjoni tat-tkabbir tal-qamħ u t-trasformazzjoni tal-fażi, filwaqt li t-tin. 7a u 7c juru l-akkumulazzjoni ta 'partiċelli nano-fibrużi. fil-fig. 7b, id-dijametru ta 'partiċelli kbar prodotti mill-kalċinazzjoni f'1200℃ huwa madwar 100nm.Jimmarka s-sinterizzazzjoni sinifikanti ta' MA. Barra minn hekk, meta mqabbel ma 'MA-1200, MA-La-1200 ma jaggregax wara t-trattament bis-sħana. Biż-żieda ta 'La, il-partiċelli tan-nano-fibra għandhom kapaċità ta' sinterizzazzjoni aħjar. anke f'temperatura ogħla ta 'kalċinazzjoni, La drogat għadu mxerred ħafna fuq il-wiċċ MA. La MA modifikat jista 'jintuża bħala t-trasportatur tal-katalizzatur Pd fir-reazzjoni ta' C3H8oxidation.
Fig. 6 Mudell tal-istruttura tal-alumina tas-sinterizzazzjoni b'elementi rari u mingħajrhom
Fig. 7 Immaġini TEM ta 'MA-400 (a), MA-1200 (b), MA-La-400 (c) u MA-La-1200 (d)
4 Konklużjoni
Jiġi introdott il-progress tal-preparazzjoni u l-applikazzjoni funzjonali ta 'materjali rari MA modifikati. L-MA modifikata tad-dinja rari tintuża ħafna. Għalkemm saret ħafna riċerka fl-applikazzjoni katalitika, l-istabbiltà termali u l-adsorbiment, ħafna materjali għandhom spiża għolja, ammont baxx ta 'doping, ordni ħażina u huma diffiċli biex jiġu industrijalizzati. Ix-xogħol li ġej jeħtieġ li jsir fil-futur: ottimizza l-kompożizzjoni u l-istruttura tal-MA modifikata ta 'art rari, agħżel il-proċess xieraq, Iltaqa' mal-iżvilupp funzjonali; Stabbilixxi mudell ta 'kontroll tal-proċess ibbażat fuq proċess funzjonali biex tnaqqas l-ispejjeż u tirrealizza l-produzzjoni industrijali; Sabiex timmassimizza l-vantaġġi tar-riżorsi tad-dinja rari taċ-Ċina, għandna nesploraw il-mekkaniżmu tal-modifika tal-MA tal-art rari, intejbu t-teorija u l-proċess ta 'preparazzjoni tal-MA modifikata tal-art rari.
Proġett tal-Fond: Proġett ta 'Innovazzjoni Ġenerali tax-Xjenza u t-Teknoloġija ta' Shaanxi (2011KTDZ01-04-01); Provinċja ta 'Shaanxi 2019 Proġett ta' Riċerka Xjentifika Speċjali (19JK0490); Proġett ta 'riċerka xjentifika speċjali tal-2020 tal-Kulleġġ ta' Huaqing, Università ta 'l-Arkitettura u t-Teknoloġija ta' Xi 'an (20KY02)
Sors: Rare Earth
Ħin tal-post: Ġunju-15-2021