CeO2mangrupa komponén penting tina bahan taneuh jarang. Theunsur tanah jarang ceriumboga struktur éléktronik luar unik - 4f15d16s2. Lapisan 4f khususna sacara efektif tiasa nyimpen sareng ngaleupaskeun éléktron, ngajantenkeun ion cerium berperilaku dina kaayaan valénsi +3 sareng kaayaan valénsi +4. Ku alatan éta, bahan CeO2 boga liang oksigén leuwih, sarta miboga kamampuh alus teuing pikeun nyimpen jeung ngaleupaskeun oksigén. Konversi silih of Ce (III) jeung Ce (IV) ogé endows bahan CeO2 kalawan kamampuhan katalitik oksidasi-réduksi unik. Dibandingkeun bahan bulk, nano CeO2, salaku tipe anyar tina bahan anorganik, geus narima perhatian nyebar alatan aréa permukaan spésifik tinggi na, gudang oksigén alus teuing jeung kamampuhan release, konduktivitas ion oksigén, kinerja rédoks, sarta difusi lowongan oksigén gancang-suhu luhur. pangabisa. Ayeuna aya sajumlah ageung laporan panalungtikan sareng aplikasi anu aya hubunganana nganggo nano CeO2 salaku katalis, operator katalis atanapi aditif, komponén aktip, sareng adsorben.
1. Métode persiapan nanométersérium oksida
Ayeuna, metode persiapan umum pikeun nano ceria utamina kalebet metode kimia sareng metode fisik. Numutkeun métode kimiawi béda, métode kimiawi bisa dibagi kana métode présipitasi, métode hydrothermal, métode solvothermal, métode sol gél, métode microemulsion jeung métode electrodeposition; Métode fisik utamana métode grinding.
1.1 Métode grinding
Metoda grinding pikeun Nyiapkeun nano ceria umumna ngagunakeun grinding keusik, nu boga kaunggulan béaya rendah, ramah lingkungan, speed processing gancang, sarta pangabisa processing kuat. Ayeuna mangrupikeun metode pangolahan anu paling penting dina industri nano ceria. Contona, persiapan bubuk polishing nano cerium oksida umumna adopts kombinasi calcination na grinding keusik, sarta bahan baku tina katalis denitration dumasar cerium ogé dicampur pikeun pre-perlakuan atawa dirawat sanggeus calcination maké grinding keusik. Ku ngagunakeun ukuran partikel pasir grinding babandingan bead béda, nano ceria kalawan D50 mimitian ti puluhan nepi ka ratusan nanométer bisa didapet ngaliwatan adjustment.
1.2 Métode présipitasi
Métode présipitasi nujul kana métode nyiapkeun bubuk padet ku présipitasi, separation, cuci, drying, sarta calcination bahan baku leyur dina pangleyur luyu. Métode présipitasi seueur dianggo dina persiapan bumi jarang sareng bahan nano doped, kalayan kaunggulan sapertos prosés persiapan anu sederhana, efisiensi tinggi, sareng béaya rendah. Ieu mangrupikeun metode anu biasa dianggo pikeun nyiapkeun nano ceria sareng bahan komposit na di industri. Metoda ieu bisa nyiapkeun nano ceria kalawan morfologi béda jeung ukuran partikel ku cara ngarobah suhu présipitasi, konsentrasi bahan, nilai pH, speed présipitasi, speed aduk, template, jsb Métode umum ngandelkeun présipitasi ion cerium ti amonia dihasilkeun ku dékomposisi uréa. jeung persiapan nano ceria microspheres dikawasa ku ion sitrat. Alternatipna, ion cerium bisa diendapkeun ku OH - dihasilkeun tina hidrolisis natrium sitrat, lajeng inkubasi sarta calcined pikeun nyiapkeun flake kawas nano ceria microspheres.
1.3 Métode hidrotermal jeung solvothermal
Dua metode ieu ngarujuk kana metode nyiapkeun produk ku réaksi suhu luhur sareng tekanan tinggi dina suhu kritis dina sistem katutup. Nalika pangleyur réaksina nyaéta cai, éta disebut metode hidrotermal. Sasuai, nalika réaksi pangleyur mangrupa pangleyur organik, mangka disebut métode solvothermal. Partikel nano anu disintésis gaduh kamurnian anu luhur, dispersi anu saé sareng partikel seragam, khususna bubuk nano kalayan morfologi anu béda atanapi rupa kristal khusus anu kakeunaan. Ngaleyurkeun cerium klorida dina cai sulingan, aduk jeung nambahkeun solusi natrium hidroksida. Réaksi hidrotermal dina 170 ℃ salila 12 jam pikeun nyiapkeun nanorods cerium oksida kalawan planes kristal (111) jeung (110) kakeunaan. Ku nyaluyukeun kaayaan réaksi, proporsi (110) planes kristal dina planes kristal kakeunaan bisa ngaronjat, salajengna enhancing aktivitas katalitik maranéhanana. Nyaluyukeun pelarut réaksi sareng ligan permukaan ogé tiasa ngahasilkeun partikel nano ceria kalayan hidrofilik atanapi lipofilisitas khusus. Contona, nambahkeun ion asétat kana fase cai bisa nyiapkeun nanopartikel cerium oksida monodisperse hidrofilik dina cai. Ku milih hiji pangleyur non-polar jeung ngenalkeun asam oleat salaku ligan salila réaksina, nanopartikel ceria monodisperse lipophilic bisa disiapkeun dina pangleyur organik non-polar. (Tingali Gambar 1)
Gambar 1 Monodisperse spherical nano ceria jeung rod-shaped nano ceria
1.4 Métode sol gél
Métode sol gél nyaéta métode anu ngagunakeun sababaraha atawa sababaraha sanyawa salaku prékursor, ngalaksanakeun réaksi kimiawi kayaning hidrolisis dina fase cair pikeun ngabentuk sol, lajeng ngabentuk gél sanggeus sepuh, sarta tungtungna garing sarta calcines nyiapkeun powders ultrafine. Metoda ieu utamana cocog pikeun Nyiapkeun multi-komponén nano komposit nanomaterials multi-komponén kacida dispersed, kayaning beusi cerium, cerium titanium, cerium zirconium jeung oksida nano komposit lianna, nu geus dilaporkeun dina loba laporan.
1.5 Métode séjén
Salian metodeu di luhur, aya ogé metode lotion mikro, metode sintésis gelombang mikro, metode éléktrodéposisi, metode durukan seuneu plasma, metode éléktrolisis mémbran pertukaran ion sareng seueur metode anu sanés. Métode-métode ieu penting pisan pikeun panalungtikan sareng aplikasi nano ceria.
Aplikasi tina 2-nanometer cerium oksida dina perlakuan cai
Cerium mangrupikeun unsur anu paling seueur diantara unsur bumi jarang, kalayan harga anu murah sareng aplikasi anu lega. Nanometer ceria sareng kompositna parantos narik perhatian dina widang ngolah cai kusabab aréa permukaan spésifik anu luhur, kagiatan katalitik anu luhur sareng stabilitas struktural anu saé.
2.1 Aplikasi tinaNano Cérium Oksidadina Perlakuan Cai ku Métode Adsorpsi
Dina taun-taun ayeuna, kalayan ngembangkeun industri sapertos industri éléktronika, sajumlah ageung cai limbah anu ngandung polutan sapertos ion logam beurat sareng ion fluorin parantos dikaluarkeun. Malah dina konsentrasi renik, éta bisa ngabalukarkeun ngarugikeun signifikan pikeun organisme akuatik jeung lingkungan hirup manusa. Métode anu biasa dianggo kalebet oksidasi, flotation, reverse osmosis, adsorption, nanofiltration, biosorption, jsb. Di antarana, téknologi adsorpsi sering diadopsi kusabab operasi anu sederhana, béaya rendah, sareng efisiensi perawatan anu luhur. Bahan Nano CeO2 gaduh aréa permukaan spésifik anu luhur sareng kagiatan permukaan anu luhur salaku adsorbent, sareng seueur laporan ngeunaan sintésis nano CeO2 porous sareng bahan kompositna kalayan morfologi anu béda pikeun nyerep sareng ngaleungitkeun ion ngabahayakeun tina cai.
Panaliti nunjukkeun yén nano ceria ngagaduhan kapasitas adsorpsi anu kuat pikeun F - dina cai dina kaayaan asam lemah. Dina leyuran kalayan konsentrasi awal F - tina 100mg / L jeung pH = 5-6, kapasitas adsorption pikeun F - nyaeta 23mg / g, sarta laju ngaleupaskeun F - nyaeta 85,6%. Saatos ngamuat kana bola résin asam polyacrylic (jumlah muatan: 0.25g / g), kamampuan panyabutan F - tiasa ngahontal langkung ti 99% nalika ngarawat volume anu sami tina 100mg / L F - larutan cai; Nalika ngolah 120 kali volume, langkung ti 90% F - tiasa dipiceun. Lamun dipaké pikeun adsorb fosfat jeung iodate, kapasitas adsorption bisa ngahontal leuwih 100mg / g dina kaayaan adsorption optimal pakait. Bahan dipaké deui bisa dipaké deui sanggeus desorption basajan tur perlakuan neutralization, nu boga kauntungan ékonomi tinggi.
Aya seueur panilitian ngeunaan adsorpsi sareng pengobatan logam beurat beracun sapertos arsén, kromium, kadmium, sareng timah nganggo nano ceria sareng bahan komposit na. pH adsorpsi optimal variasina pikeun ion logam beurat kalawan kaayaan valénsi béda. Contona, kaayaan basa lemah jeung bias nétral boga kaayaan adsorption pangalusna pikeun As (III), sedengkeun kaayaan adsorption optimal pikeun As (V) kahontal dina kaayaan asam lemah, dimana kapasitas adsorption bisa ngahontal leuwih 110mg / g dina duanana. kaayaan. Gemblengna, sintésis nano ceria sareng bahan komposit anu dioptimalkeun tiasa ngahontal tingkat adsorpsi sareng panyabutan anu luhur pikeun sagala rupa ion logam beurat dina rentang pH anu lega.
Di sisi séjén, nanomaterials dumasar oksida cerium ogé boga kinerja beredar di adsorbing organics dina wastewater, kayaning jeruk asam, rhodamine B, Kongo beureum, jsb Contona, dina kasus dilaporkeun aya, nano ceria spheres porous disiapkeun ku métode éléktrokimia boga tinggi. Kapasitas adsorpsi dina ngaleungitkeun pewarna organik, khususna dina ngaleungitkeun beureum Kongo, kalayan kapasitas adsorpsi 942,7 mg / g dina 60 menit.
2.2 Aplikasi nano ceria dina prosés oksidasi Advanced
Prosés oksidasi canggih (AOPs pikeun pondok) diusulkeun pikeun ngaronjatkeun sistem perlakuan anhidrat aya. Prosés oksidasi canggih, ogé katelah téhnologi oksidasi jero, dicirikeun ku produksi radikal hidroksil (· OH), radikal superoksida (· O2 -), oksigén singlet, jsb kalawan kamampuhan oksidasi kuat. Dina kaayaan réaksi suhu luhur sarta tekanan, listrik, sora, irradiation lampu, katalis, jsb Nurutkeun kana cara béda tina generating radikal bébas jeung kaayaan réaksi, maranéhna bisa dibagi kana oksidasi photochemical, oksidasi baseuh katalitik, oksidasi sonochemistry, ozon. oksidasi, oksidasi éléktrokimia, oksidasi Fenton, jsb (tingali Gambar 2).
Gambar 2 Klasifikasi jeung Téhnologi Kombinasi prosés oksidasi Advanced
Nano ceriamangrupa katalis hétérogén nu ilahar dipaké dina prosés oksidasi Advanced. Kusabab konvérsi gancang antara Ce3 + sareng Ce4 + sareng pangaruh oksidasi-réduksi gancang anu dibawa ku nyerep sareng sékrési oksigén, nano ceria gaduh kamampuan katalitik anu saé. Nalika dianggo salaku promotor katalis, éta ogé tiasa sacara efektif ningkatkeun kamampuan sareng stabilitas katalitik. Nalika nano ceria sareng bahan kompositna dianggo salaku katalis, sipat katalitik béda-béda pisan sareng morfologi, ukuran partikel, sareng pesawat kristal anu kakeunaan, anu mangrupikeun faktor konci anu mangaruhan kinerja sareng aplikasina. Sacara umum dipercaya yén partikel anu langkung alit sareng langkung ageung aréa permukaan spésifik, situs aktip anu langkung cocog, sareng langkung kuat kamampuan katalitik. Kamampuh katalitik permukaan kristal kakeunaan, ti kuat ka lemah, aya dina urutan tina (100) permukaan kristal> (110) permukaan kristal> (111) permukaan kristal, sarta stabilitas pakait sabalikna.
Cerium oksida mangrupakeun bahan semikonduktor. Nalika nanometer cerium oksida disinari ku foton kalayan énergi anu leuwih luhur ti celah pita, éléktron pita valénsi bungah, sarta lumangsungna paripolah rékombinasi transisi. Paripolah ieu bakal ngamajukeun laju konversi Ce3 + na Ce4 +, hasilna aktivitas photocatalytic kuat nano ceria. Fotokatalisis tiasa ngahontal degradasi langsung bahan organik tanpa polusi sekundér, ku kituna aplikasina mangrupikeun téknologi anu paling ditaliti dina widang nano ceria dina AOPs. Ayeuna, fokus utama nyaéta dina pengobatan degradasi katalitik pewarna azo, fénol, klorobenzena, sareng cai limbah farmasi nganggo katalis anu béda-béda morfologi sareng komposisi komposit. Numutkeun laporan, dina metode sintésis katalis anu dioptimalkeun sareng kaayaan modél katalitik, kapasitas degradasi zat ieu umumna tiasa ngahontal langkung ti 80%, sareng kapasitas panyabutan Total karbon organik (TOC) tiasa ngahontal langkung ti 40%.
Nano cerium oksida katalisis pikeun degradasi polutan organik kayaning ozon jeung hidrogén péroxida nyaéta téhnologi séjén loba diajar. Sarupa jeung photocatalysis, éta ogé museurkeun kana kamampuh nano ceria kalawan morfologi béda atawa planes kristal sarta oksidan katalitik komposit dumasar cerium béda pikeun ngoksidasi jeung nguraikeun polutan organik. Dina réaksi sapertos kitu, katalis tiasa ngatalisan ngahasilkeun sajumlah ageung radikal aktif tina ozon atanapi hidrogén péroxida, anu nyerang polutan organik sareng ngahontal kamampuan degradasi oksidatif anu langkung éfisién. Alatan bubuka oksidan dina réaksi, kamampuhan pikeun miceun sanyawa organik greatly ditingkatkeun. Dina kalolobaan réaksi, tingkat panyabutan ahir zat target tiasa ngahontal atanapi ngadeukeutan 100%, sareng tingkat panyabutan TOC ogé langkung luhur.
Dina métode oksidasi canggih electrocatalytic, sipat bahan anoda kalawan évolusi oksigén luhur overpotential nangtukeun selectivity sahiji metodeu oksidasi canggih electrocatalytic pikeun ngubaran polutan organik. Bahan katoda mangrupikeun faktor anu penting pikeun nangtukeun produksi H2O2, sareng produksi H2O2 nangtukeun efisiensi metode oksidasi canggih electrocatalytic pikeun ngubaran polutan organik. Ulikan ngeunaan modifikasi bahan éléktroda maké nano ceria geus narima perhatian lega boh domestik jeung internasional. Peneliti utamana ngenalkeun nano cerium oksida jeung bahan komposit na ngaliwatan métode kimiawi béda pikeun ngaropéa bahan éléktroda béda, ngaronjatkeun aktivitas éléktrokimia maranéhanana, sarta kukituna ngaronjatkeun aktivitas electrocatalytic sarta laju panyabutan final.
Gelombang mikro sareng ultrasound sering mangrupikeun ukuran bantu anu penting pikeun modél katalitik di luhur. Nyandak bantuan ultrasonik sabagé conto, ngagunakeun gelombang sora geter kalayan frékuénsi leuwih luhur ti 25kHz per detik, jutaan gelembung leutik pisan dihasilkeun dina leyuran dirumuskeun ku agén beberesih dirancang husus. Ieu gelembung leutik, salila komprési gancang jeung ékspansi, terus ngahasilkeun implosion gelembung, sahingga bahan pikeun gancang tukeur jeung diffuse dina beungeut katalis, mindeng éksponénsial ngaronjatkeun efisiensi katalitik.
3 Kacindekan
Nano ceria jeung bahan komposit na éféktif bisa ngubaran ion jeung polutan organik dina cai, sarta boga poténsi aplikasi penting dina widang perlakuan cai hareup. Nanging, kalolobaan panilitian masih dina tahap laboratorium, sareng pikeun ngahontal aplikasi anu gancang dina pengobatan cai di hareup, masalah-masalah di handap ieu masih kedah diurus sacara gancang:
(1) Biaya persiapan nano anu kawilang luhurCeO2bahan dumasar tetep faktor penting dina Lolobana aplikasi maranéhanana dina perlakuan cai, nu masih dina tahap panalungtikan laboratorium. Ngajalajah metode persiapan anu murah, sederhana sareng efektif anu tiasa ngatur morfologi sareng ukuran bahan dumasar kana nano CeO2 masih janten fokus panalungtikan.
(2) Alatan ukuran partikel leutik bahan dumasar nano CeO2, daur ulang jeung masalah regenerasi sanggeus pamakéan ogé faktor penting ngawatesan aplikasi maranéhanana. Komposit éta kalayan bahan résin atanapi bahan magnét bakal janten arah panalungtikan konci pikeun persiapan bahan sareng téknologi daur ulang.
(3) Ngembangkeun prosés gabungan antara téhnologi perlakuan cai bahan dumasar nano CeO2 jeung téhnologi perlakuan kokotor tradisional bakal greatly ngamajukeun aplikasi tina téhnologi katalitik bahan dumasar nano CeO2 dina widang perlakuan cai.
(4) Masih aya panalungtikan kawates ngeunaan karacunan bahan dumasar kana nano CeO2, sarta kabiasaan lingkungan maranéhanana sarta mékanisme karacunan dina sistem perlakuan cai teu acan ditangtukeun. Prosés perlakuan limbah sabenerna mindeng ngalibetkeun hirup babarengan sababaraha polutan, sarta polutan coexisting bakal interaksi saling, kukituna ngarobah ciri permukaan jeung potensi karacunan nanomaterials. Ku kituna, aya kabutuhan urgent pikeun ngalaksanakeun panalungtikan leuwih dina aspék patali.
waktos pos: May-22-2023