Ndër oksidet jo silicore, alumini ka veti të mira mekanike, rezistencë ndaj temperaturës së lartë dhe rezistencë ndaj korrozionit, ndërsa alumini mezoporoz (MA) ka madhësi të rregullueshme të poreve, sipërfaqe të madhe specifike, vëllim të madh pore dhe kosto të ulët prodhimi, e cila përdoret gjerësisht në katalizë. lirimi i kontrolluar i drogës, adsorbimi dhe fusha të tjera, të tilla si plasaritja, hidrokrikimi dhe hidrodesulfurizimi i lëndëve të para të naftës. Për shembull, në procesin e pastrimit të shkarkimeve të automobilave, ndotësit e depozituar nga aditivët e vajit të motorit do të formojnë koks, i cili do të çojë në bllokimin e poreve të katalizatorit, duke ulur kështu aktivitetin e katalizatorit. Surfaktanti mund të përdoret për të rregulluar strukturën e bartësit të aluminit për të formuar MA. Përmirëson performancën e tij katalitike.
MA ka efekt kufizimi dhe metalet aktive çaktivizohen pas kalcinimit në temperaturë të lartë. Përveç kësaj, pas kalcinimit në temperaturë të lartë, struktura mezoporoze shembet, skeleti MA është në gjendje amorf dhe aciditeti i sipërfaqes nuk mund të plotësojë kërkesat e tij në fushën e funksionalizimit. Trajtimi modifikues shpesh nevojitet për të përmirësuar aktivitetin katalitik, qëndrueshmërinë e strukturës mezoporoze, stabilitetin termik të sipërfaqes dhe aciditetin sipërfaqësor të materialeve MA. Grupet e zakonshme të modifikimit përfshijnë heteroatomët metalikë (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr, etj. ) dhe oksidet e metaleve (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7, etj.) Të ngarkuara në sipërfaqen e MA ose të dopuara në skelet.
Konfigurimi i veçantë elektronik i elementeve të rralla tokësore bën që përbërjet e tij të kenë veti të veçanta optike, elektrike dhe magnetike dhe përdoren në materialet katalitike, materialet fotoelektrike, materialet adsorbuese dhe materialet magnetike. Materialet mezoporoze të modifikuara nga toka të rralla mund të rregullojnë vetitë e acidit (alkali), të rrisin hapësirën e lirë të oksigjenit dhe të sintetizojnë katalizatorin nanokristalor metalik me shpërndarje uniforme dhe shkallë të qëndrueshme nanometrike. Materialet e përshtatshme poroze dhe tokat e rralla mund të përmirësojnë shpërndarjen sipërfaqësore të nanokristaleve metalike dhe stabilitetin dhe depozitimin e karbonit rezistenca e katalizatorëve. Në këtë punim, modifikimi i tokës së rrallë dhe funksionalizimi i MA do të prezantohet për të përmirësuar performancën katalitike, stabilitetin termik, kapacitetin e ruajtjes së oksigjenit, sipërfaqen specifike dhe strukturën e poreve.
1 përgatitje MA
1.1 përgatitja e bartësit të aluminit
Metoda e përgatitjes së bartësit të aluminit përcakton shpërndarjen e strukturës së poreve të saj, dhe metodat e zakonshme të përgatitjes përfshijnë metodën e dehidrimit pseudo-boehmite (PB) dhe metodën sol-xhel. Pseudoboehmite (PB) u propozua për herë të parë nga Calvet, dhe H+ nxiti peptizimin për të marrë γ-AlOOH PB koloidale që përmban ujë me shtresa, i cili u kalcinua dhe u dehidratua në temperaturë të lartë për të formuar alumin. Sipas lëndëve të para të ndryshme, shpesh ndahet në metodën e reshjeve, metodën e karbonizimit dhe metodën e hidrolizës së alkoolaluminit. Tretshmëria koloidale e PB ndikohet nga kristaliniteti dhe optimizohet me rritjen e kristalinitetit dhe ndikohet gjithashtu nga parametrat e procesit të funksionimit.
PB zakonisht përgatitet me metodën e precipitimit. Alkali shtohet në tretësirën e aluminit ose acidi shtohet në tretësirën e aluminit dhe precipitohet për të përftuar alumin e hidratuar (reshje alkali), ose acidi shtohet në precipitimin e aluminit për të marrë monohidratin e aluminit, i cili më pas lahet, thahet dhe kalcinohet për të marrë PB. Metoda e reshjeve është e lehtë për t'u përdorur dhe me kosto të ulët, e cila përdoret shpesh në prodhimtarinë industriale, por ndikohet nga shumë faktorë (pH i tretësirës, përqendrimi, temperatura, etj.). Dhe këto kushte për marrjen e grimcave me shpërndarje më të mirë janë të rrepta. Në metodën e karbonizimit, Al(OH)3 fitohet nga reaksioni i CO2 dhe NaAlO2, dhe PB mund të merret pas plakjes. Kjo metodë ka avantazhet e funksionimit të thjeshtë, cilësisë së lartë të produktit, pa ndotje dhe kosto të ulët, dhe mund të përgatisë alumin me aktivitet të lartë katalitik, rezistencë të shkëlqyer ndaj korrozionit dhe sipërfaqe specifike të lartë me investim të ulët dhe kthim të lartë. Shpesh përdoret metoda e hidrolizës së alkooksidit të aluminit. për të përgatitur PB me pastërti të lartë. Alkoksidi i aluminit hidrolizohet për të formuar monohidrat oksid alumini, dhe më pas trajtohet për të marrë PB me pastërti të lartë, i cili ka kristalinitet të mirë, madhësi uniforme të grimcave, shpërndarje të përqendruar të madhësisë së poreve dhe integritet të lartë të grimcave sferike. Megjithatë, procesi është kompleks dhe është e vështirë të rikuperohet për shkak të përdorimit të disa tretësve organikë toksikë.
Përveç kësaj, kripërat inorganike ose komponimet organike të metaleve përdoren zakonisht për përgatitjen e prekursorëve të aluminit me metodën sol-xhel, dhe ujë i pastër ose tretës organikë shtohen për të përgatitur tretësirat për të gjeneruar sol, i cili më pas xhehet, thahet dhe piqet. Aktualisht, procesi i përgatitjes së aluminit është ende i përmirësuar në bazë të metodës së dehidrimit të PB, dhe metoda e karbonizimit është bërë metoda kryesore për prodhimin industrial të aluminit për shkak të ekonomisë dhe mbrojtjes së mjedisit. Alumina e përgatitur me metodën sol-gel ka tërhequr shumë vëmendje. për shkak të shpërndarjes më uniforme të madhësisë së poreve, e cila është një metodë e mundshme, por duhet përmirësuar për të realizuar aplikimin industrial.
1.2 Përgatitja MA
Alumini konvencional nuk mund të plotësojë kërkesat funksionale, prandaj është e nevojshme të përgatitet MA me performancë të lartë. Metodat e sintezës zakonisht përfshijnë: metodën e nano-derdhjes me kallëp karboni si shabllon i fortë; Sinteza e SDA: Procesi i vetë-montimit të shkaktuar nga avullimi (EISA) në prani të shablloneve të buta si SDA dhe surfaktantëve të tjerë kationikë, anionikë ose jojonikë.
1.2.1 Procesi EISA
Shablloni i butë përdoret në gjendje acidike, i cili shmang procesin e ndërlikuar dhe kërkon kohë të metodës së membranës së fortë dhe mund të realizojë modulimin e vazhdueshëm të hapjes. Përgatitja e MA nga EISA ka tërhequr shumë vëmendje për shkak të disponueshmërisë dhe riprodhueshmërisë së tij të lehtë. Mund të përgatiten struktura të ndryshme mezoporoze. Madhësia e poreve të MA mund të rregullohet duke ndryshuar gjatësinë e zinxhirit hidrofobik të surfaktantit ose duke rregulluar raportin molar të katalizatorit të hidrolizës me pararendësin e aluminit në tretësirë. Prandaj, EISA, i njohur gjithashtu si sinteza me një hap dhe metoda e modifikimit të sol-xhelit të sipërfaqes së lartë zona MA dhe alumini mezoporoz i porositur (OMA), është aplikuar në shabllone të ndryshme të buta, si P123, F127, trietanolaminë (çaj), etj. EISA mund të zëvendësojë procesin e bashkëmontimit të prekursorëve organoalumini, të tilla si alkoksidet e aluminit dhe shabllonet e surfaktantëve , zakonisht izoprooksidi i aluminit dhe P123, për sigurimin e materialeve mezoporoze. Zhvillimi i suksesshëm i procesit EISA kërkon rregullim të saktë të kinetikës së hidrolizës dhe kondensimit për të marrë sol të qëndrueshëm dhe për të lejuar zhvillimin e mezofazës së formuar nga micelat surfaktant në sol.
Në procesin EISA, përdorimi i tretësve jo ujorë (siç është etanoli) dhe agjentëve kompleksues organikë mund të ngadalësojë efektivisht shkallën e hidrolizës dhe kondensimit të prekursorëve organoalumini dhe të nxisë vetë-montimin e materialeve OMA, si Al(OR)3 dhe izoprooksidi i aluminit. Megjithatë, në tretësit e paqëndrueshëm jo ujor, shabllonet e surfaktantëve zakonisht humbasin hidrofilitetin/hidrofobitetin e tyre. Për më tepër, për shkak të vonesës së hidrolizës dhe polikondensimit, produkti i ndërmjetëm ka grup hidrofobik, gjë që e bën të vështirë ndërveprimin me shabllonin e surfaktantit. Vetëm kur përqendrimi i surfaktantit dhe shkalla e hidrolizës dhe polikondensimit të aluminit rriten gradualisht në procesin e avullimit të tretësit, mund të bëhet vetë-montimi i shabllonit dhe aluminit. Prandaj, shumë parametra që ndikojnë në kushtet e avullimit të tretësve dhe në reaksionin e hidrolizës dhe kondensimit të prekursorëve, të tilla si temperatura, lagështia relative, katalizatori, shkalla e avullimit të tretësit, etj., do të ndikojnë në strukturën e montimit përfundimtar. Siç tregohet në fig. 1, materialet OMA me stabilitet të lartë termik dhe performancë të lartë katalitike u sintetizuan nga vetë-montimi i nxitur nga avullimi me ndihmën solvotermale (SA-EISA). Trajtimi solvotermik promovoi hidrolizën e plotë të prekursorëve të aluminit për të formuar grupe hidroksil alumini me madhësi të vogël, gjë që rriti ndërveprimin midis surfaktantëve dhe aluminit. Mesofaza gjashtëkëndore dy-dimensionale u formua në procesin EISA dhe kalcinoi në 400℃ për të formuar materialin OMA. Në procesin tradicional EISA, procesi i avullimit shoqërohet me hidrolizën e prekursorit organoalumini, kështu që kushtet e avullimit kanë një ndikim të rëndësishëm në reagimin dhe strukturën përfundimtare të OMA. Hapi i trajtimit solvotermik promovon hidrolizën e plotë të pararendësit të aluminit dhe prodhon grupe hidroksil alumini të grumbulluara pjesërisht të kondensuar.OMA formohet në një gamë të gjerë kushtesh avullimi. Krahasuar me MA të përgatitur me metodën tradicionale EISA, OMA e përgatitur me metodën SA-EISA ka vëllim pore më të lartë, sipërfaqe specifike më të mirë dhe stabilitet më të mirë termik. Në të ardhmen, metoda EISA mund të përdoret për të përgatitur MA me hapje ultra të madhe me shkallë të lartë konvertimi dhe selektivitet të shkëlqyeshëm pa përdorur agjent reaming.
Fig. 1 grafiku i rrjedhës së metodës SA-EISA për sintetizimin e materialeve OMA
1.2.2 procese të tjera
Përgatitja konvencionale MA kërkon kontroll të saktë të parametrave të sintezës për të arritur një strukturë të qartë mezoporoze, dhe heqja e materialeve të shabllonit është gjithashtu sfiduese, gjë që ndërlikon procesin e sintezës. Aktualisht, shumë literatura kanë raportuar sintezën e MA me shabllone të ndryshëm. Vitet e fundit, kërkimi u fokusua kryesisht në sintezën e MA me glukozë, saharozë dhe niseshte si shabllone nga izoprooksidi i aluminit në tretësirë ujore. Shumica e këtyre materialeve MA sintetizohen nga nitrat, sulfat dhe alkooksid alumini si burime alumini. MA CTAB gjithashtu merret me modifikim të drejtpërdrejtë të PB si burim alumini. MA me veti të ndryshme strukturore, p.sh. Al2O3)-1, Al2O3)-2 dhe al2o3Dhe ka qëndrueshmëri të mirë termike. Shtimi i surfaktantit nuk ndryshon strukturën e natyrshme kristalore të PB, por ndryshon mënyrën e grumbullimit të grimcave. Përveç kësaj, formimi i Al2O3-3 formohet nga ngjitja e nanogrimcave të stabilizuara nga tretësi organik PEG ose grumbullimi rreth PEG. Megjithatë, shpërndarja e madhësisë së poreve të Al2O3-1 është shumë e ngushtë. Përveç kësaj, katalizatorët me bazë paladiumi u përgatitën me MA sintetike si bartës. Në reaksionin e djegies së metanit, katalizatori i mbështetur nga Al2O3-3 tregoi performancë të mirë katalitike.
Për herë të parë, MA me shpërndarje relativisht të ngushtë të madhësisë së poreve u përgatit duke përdorur skorje të zezë alumini të lirë dhe të pasur me alumin ABD. Procesi i prodhimit përfshin procesin e nxjerrjes në temperaturë të ulët dhe presion normal. Grimcat e ngurta të mbetura në procesin e nxjerrjes nuk do të ndotin mjedisin dhe mund të grumbullohen me rrezik të ulët ose të ripërdoren si mbushës ose agregat në aplikimin e betonit. Sipërfaqja specifike e MA-së së sintetizuar është 123 ~ 162 m2 / g, shpërndarja e madhësisë së poreve është e ngushtë, rrezja e pikut është 5.3 nm dhe poroziteti është 0.37 cm3 / g. Materiali është me madhësi nano dhe madhësia e kristalit është rreth 11 nm. Sinteza në gjendje të ngurtë është një proces i ri për sintetizimin e MA, i cili mund të përdoret për të prodhuar absorbues radiokimik për përdorim klinik. Kloruri i aluminit, karbonati i amonit dhe lëndët e para të glukozës përzihen në një raport molar 1: 1.5: 1.5, dhe MA sintetizohet nga një reaksion i ri mekanik kimik në gjendje të ngurtë. Duke përqendruar 131I në pajisjet e baterive termike, rendimenti total prej 131I pas përqendrimit është 90 %, dhe tretësira e përftuar131I[NaI] ka një përqendrim të lartë radioaktiv (1.7TBq/mL), duke realizuar kështu përdorimin e kapsulave me dozë të madhe131I[NaI] për trajtimin e kancerit të tiroides.
Për ta përmbledhur, në të ardhmen, shabllone të vogla molekulare mund të zhvillohen gjithashtu për të ndërtuar struktura pore të renditura me shumë nivele, për të rregulluar në mënyrë efektive strukturën, morfologjinë dhe vetitë kimike të sipërfaqes së materialeve dhe për të gjeneruar sipërfaqe të madhe dhe një vrimë krimbi MA të porositur. Eksploroni shabllone të lira dhe burime alumini, optimizoni procesin e sintezës, sqaroni mekanizmin e sintezës dhe drejtoni procesin.
Metoda e modifikimit të 2 MA
Metodat e shpërndarjes uniforme të përbërësve aktivë në bartësin MA përfshijnë impregnimin, sintezën in-situ, precipitimin, shkëmbimin e joneve, përzierjen dhe shkrirjen mekanike, ndër të cilat dy të parat janë më të përdorurat.
2.1 Metoda e sintezës në vend
Grupet e përdorura në modifikimin funksional shtohen në procesin e përgatitjes së MA për të modifikuar dhe stabilizuar strukturën e skeletit të materialit dhe për të përmirësuar performancën katalitike. Procesi është paraqitur në figurën 2. Liu et al. sintetizohet Ni/Mo-Al2O3in situ me P123 si shabllon. Të dy Ni dhe Mo u shpërndanë në kanale MA të renditura, pa shkatërruar strukturën mezoporoze të MA, dhe performanca katalitike u përmirësua dukshëm. Miratimi i një metode rritjeje në vend në një substrat gama-al2o3 të sintetizuar, Krahasuar me γ-Al2O3, MnO2-Al2O3 ka sipërfaqe specifike dhe vëllim pore më të madhe BET dhe ka një strukturë mesoporoze bimodale me shpërndarje të ngushtë të madhësisë së poreve. MnO2-Al2O3 ka shkallë të shpejtë të absorbimit dhe efikasitet të lartë për F-, dhe ka një gamë të gjerë aplikimi pH (pH=4~10), i cili është i përshtatshëm për kushte praktike aplikimi industrial. Performanca e riciklimit të MnO2-Al2O3 është më e mirë se ajo e γ-Al2O. Stabiliteti strukturor duhet të optimizohet më tej. Për ta përmbledhur, materialet e modifikuara MA të marra nga sinteza in-situ kanë rregull të mirë strukturor, ndërveprim të fortë midis grupeve dhe bartësve të aluminit, kombinim të ngushtë, ngarkesë të madhe materiale dhe nuk janë të lehta për të shkaktuar derdhjen e përbërësve aktivë në procesin e reaksionit katalitik. , dhe performanca katalitike është përmirësuar ndjeshëm.
Fig. 2 Përgatitja e MA-së së funksionalizuar me sintezë in-situ
2.2 metoda e impregnimit
Zhytja e MA-së së përgatitur në grupin e modifikuar dhe marrja e materialit MA të modifikuar pas trajtimit, në mënyrë që të realizohen efektet e katalizimit, adsorbimit dhe të ngjashme. Cai et al. përgatiti MA nga P123 me metodën sol-xhel dhe e njom atë në etanol dhe tretësirë tetraetilenpentamine për të marrë material MA të modifikuar amino me performancë të fortë adsorbimi. Përveç kësaj, Belkacemi et al. zhytur në tretësirë ZnCl2 me të njëjtin proces për të marrë materiale të porositura MA të modifikuara të dopuara me zink. Sipërfaqja specifike dhe vëllimi i poreve janë përkatësisht 394m2/g dhe 0,55 cm3/g. Krahasuar me metodën e sintezës in-situ, metoda e impregnimit ka shpërndarje më të mirë të elementeve, strukturë mezoporoze të qëndrueshme dhe performancë të mirë adsorbimi, por forca e ndërveprimit midis përbërësve aktivë dhe bartësit të aluminit është e dobët dhe aktiviteti katalitik ndërhyhet lehtësisht nga faktorët e jashtëm.
3 progresi funksional
Sinteza e MA-ve të tokës së rrallë me veti të veçanta është tendenca e zhvillimit në të ardhmen. Aktualisht, ka shumë metoda të sintezës. Parametrat e procesit ndikojnë në performancën e MA. Sipërfaqja specifike, vëllimi i poreve dhe diametri i poreve të MA mund të rregullohen sipas llojit të shabllonit dhe përbërjes së pararendësit të aluminit. Temperatura e kalcinimit dhe përqendrimi i shabllonit të polimerit ndikojnë në sipërfaqen specifike dhe vëllimin e poreve të MA. Suzuki dhe Yamauchi zbuluan se temperatura e kalcinimit u rrit nga 500℃ në 900℃. Hapja mund të rritet dhe sipërfaqja mund të zvogëlohet. Për më tepër, trajtimi i modifikimit të tokës së rrallë përmirëson aktivitetin, qëndrueshmërinë termike të sipërfaqes, stabilitetin strukturor dhe aciditetin sipërfaqësor të materialeve MA në procesin katalitik dhe plotëson zhvillimin e funksionalizimit të MA.
3.1 Adsorbent defluorinues
Fluori në ujin e pijshëm në Kinë është shumë i dëmshëm. Përveç kësaj, rritja e përmbajtjes së fluorit në tretësirën industriale të sulfatit të zinkut do të çojë në korrozionin e pllakës së elektrodës, përkeqësimin e mjedisit të punës, rënien e cilësisë së zinkut elektrik dhe uljen e sasisë së ujit të ricikluar në sistemin e prodhimit të acidit. dhe procesi i elektrolizës së gazit të gripit për pjekjen e furrës me shtrat të lëngshëm. Aktualisht, metoda e adsorbimit është më tërheqëse ndër metodat e zakonshme të defluorimit të lagësht. Megjithatë, ka disa mangësi, si kapaciteti i dobët i absorbimit, diapazoni i ngushtë i pH i disponueshëm, ndotja dytësore etj. Karboni i aktivizuar, alumini amorfe, alumini i aktivizuar dhe adsorbentë të tjerë janë përdorur për defluorimin e ujit, por kostoja e adsorbentëve është e lartë dhe kapaciteti absorbues i tretësirës neutrale F-në ose përqendrimi i lartë është i ulët. Alumina e aktivizuar është bërë më e përhapura adsorbent i studiuar për heqjen e fluorit për shkak të afinitetit dhe selektivitetit të tij të lartë ndaj fluorit me vlerë pH neutrale, por është i kufizuar nga kapaciteti i dobët absorbues i fluorit, dhe vetëm në pH <6 mund të ketë performancë të mirë të absorbimit të fluorit. MA ka tërhequr vëmendje të gjerë në kontrollin e ndotjes së mjedisit për shkak të sipërfaqes së madhe specifike, efektit unik të madhësisë së poreve, performancës acido-bazike, stabilitetit termik dhe mekanik. Kundu etj. MA e përgatitur me kapacitet maksimal adsorbimi të fluorit 62.5 mg/g. Kapaciteti i absorbimit të fluorit të MA ndikohet shumë nga karakteristikat e tij strukturore, të tilla si sipërfaqja specifike, grupet funksionale të sipërfaqes, madhësia e poreve dhe madhësia totale e poreve. Rregullimi i strukturës dhe performancës së MA është një mënyrë e rëndësishme për të përmirësuar performancën e tij të përthithjes.
Për shkak të acidit të fortë të La dhe bazicitetit të fortë të fluorit, ekziston një afinitet i fortë midis joneve La dhe fluorit. Në vitet e fundit, disa studime kanë zbuluar se La si një modifikues mund të përmirësojë kapacitetin e absorbimit të fluorit. Megjithatë, për shkak të qëndrueshmërisë së ulët strukturore të absorbuesve të tokës së rrallë, më shumë toka të rralla derdhen në tretësirë, duke rezultuar në ndotje dytësore të ujit dhe dëmtim të shëndetit të njeriut. Nga ana tjetër, përqendrimi i lartë i aluminit në mjedisin ujor është një nga helmet për shëndetin e njeriut. Prandaj, është e nevojshme të përgatitet një lloj adsorbent i përbërë me qëndrueshmëri të mirë dhe pa kullim ose më pak kullim të elementëve të tjerë në procesin e heqjes së fluorit. MA e modifikuar nga La dhe Ce u përgatit me metodën e impregnimit (La/MA dhe Ce/MA). Oksidet e rralla të tokës u ngarkuan me sukses në sipërfaqen MA për herë të parë, të cilat kishin performancë më të lartë defluorimi. Mekanizmat kryesorë të heqjes së fluorit janë adsorbimi elektrostatik dhe adsorbimi kimik, tërheqja e elektroneve të ngarkesës pozitive sipërfaqësore dhe reaksioni i shkëmbimit të ligandit kombinohet me hidroksilin sipërfaqësor, grupi funksional hidroksil në sipërfaqen e adsorbuesit gjeneron lidhje hidrogjeni me F-, modifikimi i La dhe Ce përmirëson kapacitetin e absorbimit të fluorit, La/MA përmban më shumë vende përthithjeje hidroksili dhe kapaciteti adsorbues i F është në rendin La/MA >Ce/MA>MA. Me rritjen e përqendrimit fillestar rritet kapaciteti absorbues i fluorit. Efekti i përthithjes është më i mirë kur pH është 5-9, dhe procesi i adsorbimit të fluorit përputhet me modelin e adsorbimit izotermik Langmuir. Për më tepër, papastërtitë e joneve të sulfatit në alumin gjithashtu mund të ndikojnë ndjeshëm në cilësinë e mostrave. Megjithëse janë kryer kërkime lidhur me aluminin e modifikuar nga toka të rralla, pjesa më e madhe e kërkimit fokusohet në procesin e adsorbentit, i cili është i vështirë për t'u përdorur industrialisht. Në të ardhmen, ne mund të studiojmë mekanizmin e disociimit të kompleksit të fluorit në tretësirën e sulfatit të zinkut. dhe karakteristikat e migrimit të joneve të fluorit, merrni një adsorbent jonik të fluorit efikas, me kosto të ulët dhe të rinovueshëm për defluorimin e solucionit të sulfatit të zinkut në sistemin hidrometalurgjik të zinkut dhe krijoni një model të kontrollit të procesit për trajtimin e solucionit me fluor të lartë të bazuar në nano adsorbent MA në tokë të rrallë.
3.2 Katalizator
3.2.1 Reformimi i thatë i metanit
Toka e rrallë mund të rregullojë aciditetin (bazicitetin) e materialeve poroze, të rrisë boshllëkun e oksigjenit dhe të sintetizojë katalizatorët me shpërndarje uniforme, shkallë nanometrike dhe stabilitet. Shpesh përdoret për të mbështetur metalet fisnike dhe metalet në tranzicion për të katalizuar metanimin e CO2. Aktualisht, materialet mezoporoze të modifikuara nga toka të rralla po zhvillohen drejt reformimit të thatë të metanit (MDR), degradimit fotokatalitik të VOC dhe pastrimit të gazit të bishtit. Krahasuar me metalet fisnike (si Pd, Ru, Rh, etj.) dhe metale të tjera në tranzicion (si p.sh. Co, Fe, etj.), Katalizatori Ni/Al2O3 përdoret gjerësisht për aktivitetin dhe selektivitetin më të lartë katalitik, qëndrueshmërinë e lartë dhe koston e ulët për metanin. Megjithatë, sinterizimi dhe depozitimi i karbonit i nanogrimcave Ni në sipërfaqen e Ni/Al2O3 çon në çaktivizimin e shpejtë të katalizatorit. Prandaj, është e nevojshme të shtoni përshpejtues, të modifikoni bartësin e katalizatorit dhe të përmirësoni rrugën e përgatitjes për të përmirësuar aktivitetin katalitik, stabilitetin dhe rezistencën ndaj djegies. Në përgjithësi, oksidet e tokës së rrallë mund të përdoren si promovues strukturorë dhe elektronikë në katalizatorë heterogjenë, dhe CeO2 përmirëson shpërndarjen e Ni dhe ndryshon vetitë e Ni metalik përmes ndërveprimit të fortë mbështetës të metalit.
MA përdoret gjerësisht për të rritur shpërndarjen e metaleve dhe për të siguruar kufizim për metalet aktive për të parandaluar grumbullimin e tyre. La2O3 me kapacitet të lartë të ruajtjes së oksigjenit rrit rezistencën e karbonit në procesin e konvertimit dhe La2O3 promovon shpërndarjen e Co në aluminin mezoporoz, i cili ka aktivitet të lartë reformues dhe elasticitet. Promotori La2O3 rrit aktivitetin MDR të katalizatorit Co/MA dhe fazat Co3O4 dhe CoAl2O4 formohen në sipërfaqen e katalizatorit. Megjithatë, La2O3 shumë i shpërndarë ka kokrra të vogla prej 8nm~10nm. Në procesin MDR, ndërveprimi in-situ midis La2O3 dhe CO2 formoi La2O2CO3mesofazën, e cila nxiti eliminimin efektiv të CxHy në sipërfaqen e katalizatorit. La2O3 promovon reduktimin e hidrogjenit duke siguruar densitet më të lartë të elektroneve dhe duke rritur hapësirën e lirë të oksigjenit në 10%Co/MA. Shtimi i La2O3 zvogëlon energjinë e dukshme të aktivizimit të konsumit të CH4. Prandaj, shkalla e konvertimit të CH4 u rrit në 93.7% në 1073K K. Shtimi i La2O3 përmirësoi aktivitetin katalitik, nxiti reduktimin e H2, rriti numrin e vendeve aktive të Co0, prodhoi më pak karbon të depozituar dhe rriti hapësirën e lirë të oksigjenit në 73.3%.
Ce dhe Pr u mbështetën në katalizator Ni/Al2O3 me metodën e impregnimit me vëllim të barabartë në Li Xiaofeng. Pas shtimit të Ce dhe Pr, selektiviteti ndaj H2 u rrit dhe selektiviteti ndaj CO u ul. MDR i modifikuar nga Pr kishte aftësi të shkëlqyera katalitike dhe selektiviteti ndaj H2 u rrit nga 64.5% në 75.6%, ndërsa selektiviteti ndaj CO u ul nga 31.4% Peng Shujing et al. u përdor metoda sol-gel, MA e modifikuar me ce u përgatit me izoprooksid alumini, tretës izopropanol dhe heksahidrat nitrat ceriumi. Sipërfaqja specifike e produktit u rrit pak. Shtimi i Ce reduktoi grumbullimin e nanogrimcave të ngjashme me shufrën në sipërfaqen MA. Disa grupe hidroksil në sipërfaqen e γ-Al2O3 mbuloheshin kryesisht nga komponimet Ce. Stabiliteti termik i MA u përmirësua dhe nuk ndodhi asnjë transformim i fazës kristalore pas kalcinimit në 1000℃ për 10 orë. Wang Baowei et al. materiali MA i përgatitur CeO2-Al2O4 me metodën e bashkëprecipitimit. CeO2 me kokrra të vogla kubike u shpërnda në mënyrë uniforme në alumin. Pas mbështetjes së Co dhe Mo në CeO2-Al2O4, ndërveprimi midis aluminit dhe përbërësit aktiv Co dhe Mo u frenua në mënyrë efektive nga CEO2
Promotorët e tokës së rrallë (La, Ce, y dhe Sm) kombinohen me katalizatorin Co/MA për MDR, dhe procesi është paraqitur në fig. 3. Promotorët e tokës së rrallë mund të përmirësojnë shpërndarjen e Co në bartësin MA dhe të pengojnë grumbullimin e grimcave bashkë. sa më e vogël të jetë madhësia e grimcave, aq më i fortë është ndërveprimi Co-MA, aq më i fortë është aftësia katalitike dhe sinteruese në katalizatorin YCo/MA dhe efektet pozitive të disa promotorëve në aktivitetin MDR dhe depozitimin e karbonit. Fig. 4 është një imazh HRTEM pas trajtimit MDR në 1023K, Co2: ch4: N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3.1 për 8 orë. Grimcat Co ekzistojnë në formën e njollave të zeza, ndërsa bartësit MA ekzistojnë në formën e gri, e cila varet nga diferenca e densitetit të elektroneve. në imazhin HRTEM me 10%Co/MA (fig. 4b), grumbullimi i grimcave të metalit Co vërehet te ma bartësit Shtimi i promotorit të tokës së rrallë redukton grimcat e Co në 11.0nm~12.5nm. YCo/MA ka ndërveprim të fortë Co-MA dhe performanca e tij e sinterizimit është më e mirë se katalizatorët e tjerë. përveç kësaj, siç tregohet në fig. 4b deri në 4f, nanotelat e zbrazët të karbonit (CNF) prodhohen në katalizatorë, të cilët mbajnë kontakt me rrjedhën e gazit dhe parandalojnë çaktivizimin e katalizatorit.
Fig. 3 Efekti i shtimit të tokës së rrallë në vetitë fizike dhe kimike dhe performanca katalitike MDR e katalizatorit Co/MA
3.2.2 Katalizator deoksidimi
Fe2O3/Meso-CeAl, një katalizator deoksidimi me bazë Fe i dopuar me Ce, u përgatit nga dehidrogjenizimi oksidativ i 1-butenit me oksidues të butë CO2as dhe u përdor në sintezën e 1,3-butadienit (BD). Ce ishte shumë i shpërndarë në matricën e aluminit, dhe Fe2O3/meso ishte shumë i shpërndarë Fe2O3/Meso-CeAl-100 katalizatori jo vetëm që ka specie hekuri shumë të shpërndara dhe veti të mira strukturore, por gjithashtu ka kapacitet të mirë të ruajtjes së oksigjenit, kështu që ka kapacitet të mirë absorbimi dhe aktivizimi të CO2. Siç tregohet në figurën 5, imazhet TEM tregojnë se Fe2O3/Meso-CeAl-100 është i rregullt. Tregon se struktura e kanalit në formë krimbi të MesoCeAl-100 është e lirshme dhe poroze, e cila është e dobishme për shpërndarjen e përbërësve aktivë, ndërsa Ce shumë e shpërndarë. është dopinguar me sukses në matricën e aluminit. Materiali i veshjes së katalizatorit prej metali fisnik që plotëson standardin e emetimeve ultra të ulëta të automjeteve motorike ka zhvilluar strukturë pore, stabilitet të mirë hidrotermal dhe kapacitet të madh të ruajtjes së oksigjenit.
3.2.3 Katalizator për automjete
Pd-Rh mbështet komplekset kuaternare të tokës së rrallë me bazë alumini AlCeZrTiOx dhe AlLaZrTiOx për të marrë materiale për veshjen e katalizatorëve të automobilave. Kompleksi mezoporoz i tokës së rrallë me bazë alumini Pd-Rh/ALC mund të përdoret me sukses si një katalizator për pastrimin e shkarkimeve të automjeteve CNG me qëndrueshmëri të mirë dhe efikasiteti i konvertimit të CH4, përbërësi kryesor i gazit të shkarkimit të automjeteve CNG, është deri në 97.8%. Adoptoni një metodë hidrotermale me një hap për të përgatitur atë material kompozit të tokës së rrallë për të realizuar vetë-montim, u sintetizuan prekursorë mezoporozë të porositur me gjendje metastabile dhe grumbullim të lartë, dhe sinteza e RE-Al u përputh me modelin e "njësisë së rritjes së përbërësve" , duke realizuar kështu pastrimin e katalitorit trekahësh të montuar pas shkarkimit të automobilave.
Fig. 4 Imazhet HRTEM të ma (a), Co/MA(b), LaCo/MA(c), CeCo/MA(d), YCo/MA(e) dhe SmCo/MA(f)
Fig. 5 Imazhi TEM (A) dhe diagrami i elementit EDS (b,c) të Fe2O3/Meso-CeAl-100
3.3 performanca ndriçuese
Elektronet e elementeve të rralla të tokës ngacmohen lehtësisht në kalimin midis niveleve të ndryshme të energjisë dhe lëshojnë dritë. Jonet e rralla të tokës përdoren shpesh si aktivizues për të përgatitur materiale ndriçuese. Jonet e rralla të tokës mund të ngarkohen në sipërfaqen e mikrosferave të zbrazëta të fosfatit të aluminit me metodën e bashkëprecipitimit dhe metodës së shkëmbimit të joneve dhe mund të përgatiten materiale lumineshente AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd). Gjatësia e valës lumineshente është në rajonin afër ultravjollcës. MA është bërë në filma të hollë për shkak të inercisë së saj, konstantës së ulët dielektrike dhe përçueshmërisë së ulët, gjë që e bën atë të zbatueshëm për pajisjet elektrike dhe optike, filmat e hollë, barrierat, sensorët, etj. të përdoret për ndijimin e kristaleve fotonike njëdimensionale të përgjigjes, gjenerimin e energjisë dhe veshjet kundër reflektimit. Këto pajisje janë filma të grumbulluar me gjatësi të caktuar të rrugës optike, kështu që është e nevojshme të kontrollohet indeksi dhe trashësia e thyerjes. Aktualisht, dioksidi i titanit dhe oksidi i zirkonit me indeks të lartë thyerjeje dhe dioksidi i silikonit me indeks të ulët thyerjeje përdoren shpesh për projektimin dhe ndërtimin e pajisjeve të tilla. . Gama e disponueshmërisë së materialeve me veti kimike të ndryshme sipërfaqësore është zgjeruar, gjë që bën të mundur dizajnimin e sensorëve të avancuar të fotonit. Futja e filmave MA dhe oxyhydroxide në projektimin e pajisjeve optike tregon një potencial të madh, sepse indeksi i thyerjes është i ngjashëm me atë të dioksidit të silikonit. Por vetitë kimike janë të ndryshme.
3.4 qëndrueshmëri termike
Me rritjen e temperaturës, sinterizimi ndikon seriozisht në efektin e përdorimit të katalizatorit MA, dhe sipërfaqja specifike zvogëlohet dhe faza kristaline γ-Al2O3 shndërrohet në faza δ dhe θ në χ. Materialet e rralla të tokës kanë stabilitet të mirë kimik dhe stabilitet termik, përshtatshmëri të lartë dhe lëndë të para lehtësisht të disponueshme dhe të lira. Shtimi i elementeve të tokës së rrallë mund të përmirësojë qëndrueshmërinë termike, rezistencën ndaj oksidimit në temperaturë të lartë dhe vetitë mekanike të bartësit, dhe të rregullojë aciditetin sipërfaqësor të bartësit. La dhe Ce janë elementët modifikues më të përdorur dhe më të studiuar. Lu Weiguang dhe të tjerët zbuluan se shtimi i elementeve të tokës së rrallë parandaloi në mënyrë efektive përhapjen e madhe të grimcave të aluminit, La dhe Ce mbronin grupet hidroksil në sipërfaqen e aluminit, penguan sinterimin dhe transformimin e fazës dhe reduktuan dëmtimin e temperaturës së lartë në strukturën mezoporoze . Alumini i përgatitur ka ende sipërfaqe specifike të lartë dhe vëllim pore. Megjithatë, shumë ose shumë pak element i rrallë tokësor do të zvogëlojë qëndrueshmërinë termike të aluminit. Li Yanqiu etj. shtoi 5% La2O3 në γ-Al2O3, i cili përmirësoi stabilitetin termik dhe rriti vëllimin e poreve dhe sipërfaqen specifike të bartësit të aluminit. Siç mund të shihet nga Figura 6, La2O3 i shtuar në γ-Al2O3, Përmirëson stabilitetin termik të transportuesit të përbërë nga toka të rralla.
Në procesin e dopingut të grimcave nano-fibroze me La në MA, sipërfaqja BET dhe vëllimi i poreve të MA-La janë më të larta se ato të MA kur temperatura e trajtimit termik rritet, dhe dopingu me La ka një efekt të dukshëm ngadalësues në sinterizimin në nivele të larta. temperatura. siç tregohet në fig. 7, me rritjen e temperaturës, La frenon reaksionin e rritjes së kokrrës dhe transformimin fazor, ndërsa fiqtë. 7a dhe 7c tregojnë akumulimin e grimcave nano-fibroze. në fig. 7b, diametri i grimcave të mëdha të prodhuara nga kalcinimi në 1200 ℃ është rreth 100 nm. Ajo shënon shkrirjen domethënëse të MA. Përveç kësaj, krahasuar me MA-1200, MA-La-1200 nuk grumbullohet pas trajtimit termik. Me shtimin e La, grimcat nano-fibra kanë aftësi më të mirë sinteruese. edhe në temperaturë më të lartë kalcinimi, La i dopuar është ende shumë i shpërndarë në sipërfaqen MA. MA e modifikuar La mund të përdoret si bartës i katalizatorit Pd në reaksionin e oksidimit C3H8.
Fig. 6 Modeli i strukturës së sinterimit të aluminit me dhe pa elementë tokësorë të rrallë
Fig. 7 Imazhet TEM të MA-400 (a), MA-1200 (b), MA-La-400 (c) dhe MA-La-1200 (d)
4 Përfundim
Prezantohet progresi i përgatitjes dhe aplikimit funksional të materialeve MA të modifikuara nga toka të rralla. MA e modifikuar nga toka të rralla përdoret gjerësisht. Megjithëse janë bërë shumë kërkime në aplikimin katalitik, stabilitetin termik dhe adsorbimin, shumë materiale kanë kosto të lartë, sasi të ulët dopingu, rregull të dobët dhe janë të vështira për t'u industrializuar. Puna e mëposhtme duhet të bëhet në të ardhmen: optimizoni përbërjen dhe strukturën e MA të modifikuar nga toka të rralla, zgjidhni procesin e duhur, Përmbushni zhvillimin funksional; Krijimi i një modeli të kontrollit të procesit të bazuar në procesin funksional për të ulur kostot dhe për të realizuar prodhimin industrial; Për të maksimizuar avantazhet e burimeve të tokës së rrallë të Kinës, ne duhet të eksplorojmë mekanizmin e modifikimit të MA-së së tokës së rrallë, të përmirësojmë teorinë dhe procesin e përgatitjes së MA të modifikuar nga toka të rralla.
Projekti i Fondit: Projekti i përgjithshëm i Inovacionit të Shkencës dhe Teknologjisë Shaanxi (2011KTDZ01-04-01); Provinca Shaanxi 2019 Projekti i Posaçëm i Kërkimit Shkencor (19JK0490); Projekti special i kërkimit shkencor 2020 i Kolegjit Huaqing, Universiteti i Arkitekturës dhe Teknologjisë Xi 'an (20KY02)
Burimi: Toka e rrallë
Koha e postimit: Qershor-15-2021