CeO2ni sehemu muhimu ya nyenzo adimu duniani. Thekipengele adimu duniani ceriumina muundo wa kipekee wa elektroniki wa nje - 4f15d16s2. Safu yake maalum ya 4f inaweza kuhifadhi na kutoa elektroni kwa ufanisi, na kufanya ayoni za cerium kufanya kazi katika hali ya+3 ya valence na+4 valence state. Kwa hiyo, vifaa vya CeO2 vina mashimo mengi ya oksijeni, na vina uwezo bora wa kuhifadhi na kutolewa oksijeni. Ubadilishaji wa pande zote wa Ce (III) na Ce (IV) pia huweka nyenzo za CeO2 na uwezo wa kichocheo wa kipekee wa kupunguza oksidi. Ikilinganishwa na vifaa vingi, nano CeO2, kama aina mpya ya nyenzo isokaboni, imepokea uangalizi mkubwa kutokana na eneo lake la juu la uso maalum, uhifadhi bora wa oksijeni na uwezo wa kutolewa, upitishaji wa ioni ya oksijeni, utendaji wa redox, na uenezaji wa nafasi ya oksijeni ya juu ya joto. uwezo. Kwa sasa kuna idadi kubwa ya ripoti za utafiti na matumizi yanayohusiana yanayotumia nano CeO2 kama vichocheo, vibeba vichocheo au viungio, viambajengo amilifu na viambajengo.
1. Njia ya maandalizi ya nanometeroksidi ya seriamu
Kwa sasa, mbinu za kawaida za maandalizi ya nano ceria hasa ni pamoja na njia ya kemikali na mbinu ya kimwili. Kwa mujibu wa mbinu mbalimbali za kemikali, mbinu za kemikali zinaweza kugawanywa katika njia ya mvua, njia ya hidrothermal, njia ya solvothermal, mbinu ya sol gel, njia ya microemulsion na njia ya electrodeposition; Njia ya kimwili ni hasa njia ya kusaga.
1.1 Mbinu ya kusaga
Njia ya kusaga kwa ajili ya kuandaa nano ceria kwa ujumla hutumia usagaji mchanga, ambao una faida za gharama ya chini, urafiki wa mazingira, kasi ya usindikaji wa haraka na uwezo mkubwa wa usindikaji. Kwa sasa ni njia muhimu zaidi ya usindikaji katika tasnia ya nano ceria. Kwa mfano, utayarishaji wa poda ya kung'arisha oksidi ya nano cerium kwa ujumla huchukua mchanganyiko wa ukalisishaji na kusaga mchanga, na malighafi ya vichocheo vya kutofautisha vya cerium pia huchanganywa kwa matibabu ya awali au kutibiwa baada ya ukalisishaji kwa kutumia kusaga mchanga. Kwa kutumia uwiano tofauti wa ushanga wa saizi ya chembe, nano ceria yenye D50 kuanzia makumi hadi mamia ya nanomita inaweza kupatikana kwa kurekebisha.
1.2 Mbinu ya kunyesha
Mbinu ya kunyesha inarejelea mbinu ya kuandaa poda ngumu kwa kunyesha, kutenganisha, kuosha, kukausha na kukokotoa malighafi iliyoyeyushwa katika vimumunyisho vinavyofaa. Mbinu ya kunyesha hutumika sana katika utayarishaji wa ardhi adimu na nanomaterials za doped, na faida kama vile mchakato rahisi wa utayarishaji, ufanisi wa juu na gharama ya chini. Ni njia inayotumika sana kuandaa nano ceria na vifaa vyake vya mchanganyiko katika tasnia. Njia hii inaweza kuandaa nano ceria yenye mofolojia tofauti na ukubwa wa chembe kwa kubadilisha halijoto ya mvua, ukolezi wa nyenzo, thamani ya pH, kasi ya kunyesha, kasi ya kusisimua, kiolezo, n.k. Mbinu za kawaida hutegemea kunyesha kwa ioni za cerium kutoka kwa amonia inayotokana na mtengano wa urea, na maandalizi ya nano ceria microspheres inadhibitiwa na ioni za citrate. Vinginevyo, ioni za ceriamu zinaweza kutengenezwa na OH - kuzalishwa kutokana na hidrolisisi ya sitrati ya sodiamu, na kisha kuangaziwa na kukaushwa ili kuandaa flake kama mikroduara ya nano ceria.
1.3 Njia za Hydrothermal na solvothermal
Njia hizi mbili zinarejelea njia ya kuandaa bidhaa kwa joto la juu na mmenyuko wa shinikizo la juu kwa joto muhimu katika mfumo uliofungwa. Wakati kutengenezea majibu ni maji, inaitwa njia ya hydrothermal. Vivyo hivyo, wakati kutengenezea mmenyuko ni kutengenezea kikaboni, huitwa njia ya solvothermal. Chembe za nano zilizounganishwa zina usafi wa juu, mtawanyiko mzuri na chembe sare, hasa poda za nano zilizo na mofolojia tofauti au nyuso maalum za fuwele zilizofunuliwa. Futa kloridi ya cerium katika maji yaliyotengenezwa, koroga na kuongeza suluhisho la hidroksidi ya sodiamu. Tengeneza hidrothermal ifikapo 170 ℃ kwa saa 12 ili kuandaa nanorodi za oksidi ya cerium na ndege zilizofichuliwa (111) na (110) za fuwele. Kwa kurekebisha hali ya athari, uwiano wa (110) ndege za fuwele katika ndege za fuwele zilizojitokeza zinaweza kuongezeka, na kuimarisha zaidi shughuli zao za kichocheo. Kurekebisha kiyeyusho cha mmenyuko na ligandi za uso pia kunaweza kutoa chembe za nano ceria zenye hidrophilicity au lipophilicity maalum. Kwa mfano, kuongeza ioni za acetate kwenye awamu ya maji inaweza kuandaa monodisperse hidrophilic cerium oxide nanoparticles katika maji. Kwa kuchagua kutengenezea kisicho na ncha na kuanzisha asidi ya oleic kama ligand wakati wa mmenyuko, nanoparticles za ceria za lipophilic zinaweza kutayarishwa katika vimumunyisho vya kikaboni visivyo vya polar. (Ona Mchoro 1)
Mchoro wa 1 Monodisperse nano ceria yenye umbo la duara na nano ceria yenye umbo la fimbo.
1.4 Njia ya gel ya Sol
Mbinu ya sol gel ni njia ambayo hutumia misombo kadhaa au kadhaa kama vitangulizi, hufanya athari za kemikali kama vile hidrolisisi katika awamu ya kioevu kuunda sol, na kisha kuunda gel baada ya kuzeeka, na hatimaye kukauka na kalcine kuandaa poda za ultrafine. Njia hii inafaa hasa kwa kuandaa nano ceria composite yenye vipengele vingi vilivyotawanywa sana, kama vile chuma cha cerium, titani ya cerium, zirconium ya cerium na oksidi za nano za mchanganyiko, ambazo zimeripotiwa katika ripoti nyingi.
1.5 Mbinu nyingine
Mbali na mbinu zilizo hapo juu, pia kuna njia ya lotion ndogo, njia ya awali ya microwave, njia ya electrodeposition, njia ya mwako wa plasma, njia ya electrolysis ya membrane ya ion-exchange na mbinu nyingine nyingi. Mbinu hizi zina umuhimu mkubwa kwa utafiti na matumizi ya nano ceria.
Utumiaji wa oksidi ya cerium 2-nanometer katika matibabu ya maji
Cerium ni kipengele kingi zaidi kati ya vipengele adimu vya dunia, na bei ya chini na matumizi makubwa. Nanometer ceria na composites zake zimevutia umakini mkubwa katika uwanja wa matibabu ya maji kwa sababu ya eneo lao maalum la juu, shughuli za juu za kichocheo na uthabiti bora wa muundo.
2.1 Matumizi yaOksidi ya Nano Ceriumkatika Matibabu ya Maji kwa Njia ya Adsorption
Katika miaka ya hivi karibuni, pamoja na maendeleo ya tasnia kama vile tasnia ya elektroniki, kiasi kikubwa cha maji machafu yaliyo na uchafuzi kama vile ayoni za metali nzito na ioni za florini yametolewa. Hata katika viwango vya ufuatiliaji, inaweza kusababisha madhara makubwa kwa viumbe vya majini na mazingira ya maisha ya binadamu. Njia zinazotumiwa kwa kawaida ni pamoja na oxidation, flotation, reverse osmosis, adsorption, nanofiltration, biosorption, nk Kati yao, teknolojia ya adsorption mara nyingi hupitishwa kutokana na uendeshaji wake rahisi, gharama nafuu, na ufanisi wa juu wa matibabu. Nyenzo za Nano CeO2 zina eneo mahususi la juu la uso na shughuli ya juu ya uso kama adsorbents, na kumekuwa na ripoti nyingi juu ya usanisi wa nano CeO2 ya vinyweleo na maunzi yake ya mchanganyiko yenye mofolojia tofauti ili kufyonza na kuondoa ayoni hatari kutoka kwa maji.
Utafiti umeonyesha kuwa nano ceria ina uwezo mkubwa wa kufyonza F - katika maji chini ya hali dhaifu ya tindikali. Katika suluhisho na mkusanyiko wa awali wa F - wa 100mg/L na pH=5-6, uwezo wa adsorption kwa F - ni 23mg/g, na kiwango cha kuondolewa kwa F - ni 85.6%. Baada ya kupakia kwenye mpira wa resin ya asidi ya polyacrylic (kiasi cha upakiaji: 0.25g / g), uwezo wa kuondolewa kwa F - unaweza kufikia zaidi ya 99% wakati wa kutibu kiasi sawa cha 100mg / L ya F - suluhisho la maji; Wakati usindikaji mara 120 kiasi, zaidi ya 90% ya F - inaweza kuondolewa. Inapotumiwa kutangaza fosfati na iodati, uwezo wa utangazaji unaweza kufikia zaidi ya 100mg/g chini ya hali mojawapo inayolingana ya utangazaji. Nyenzo zilizotumiwa zinaweza kutumika tena baada ya matibabu rahisi ya desorption na neutralization, ambayo ina faida kubwa za kiuchumi.
Kuna tafiti nyingi juu ya utangazaji na matibabu ya metali nzito yenye sumu kama vile arseniki, chromium, cadmium, na risasi kwa kutumia nano ceria na nyenzo zake za mchanganyiko. pH mojawapo ya adsorption inatofautiana kwa ayoni za metali nzito na hali tofauti za valence. Kwa mfano, hali dhaifu ya alkali yenye upendeleo wa upande wowote ina hali bora zaidi ya utangazaji kwa As (III), wakati hali bora ya utangazaji ya As (V) inafikiwa chini ya hali dhaifu ya asidi, ambapo uwezo wa utangazaji unaweza kufikia zaidi ya 110mg/g chini ya zote mbili. masharti. Kwa ujumla, usanisi ulioboreshwa wa nano ceria na nyenzo zake za mchanganyiko zinaweza kufikia viwango vya juu vya utangazaji na uondoaji wa ayoni mbalimbali za metali nzito juu ya anuwai ya pH.
Kwa upande mwingine, nanomaterials za oksidi ya cerium pia zina utendaji bora katika kutangaza viumbe katika maji machafu, kama vile asidi chungwa, rodamine B, nyekundu ya Kongo, n.k. Kwa mfano, katika visa vilivyoripotiwa, vinyweleo vya nano ceria vilivyotayarishwa kwa mbinu za kielektroniki huwa na kiwango cha juu. uwezo wa adsorption katika uondoaji wa rangi za kikaboni, hasa katika kuondolewa kwa nyekundu ya Kongo, yenye uwezo wa adsorption 942.7mg/g katika dakika 60.
2.2 Utumiaji wa nano ceria katika mchakato wa Kina wa oksidi
Mchakato wa hali ya juu wa oksidi (AOPs kwa ufupi) unapendekezwa ili kuboresha mfumo uliopo wa matibabu usio na maji. Mchakato wa hali ya juu wa uoksidishaji, pia unajulikana kama teknolojia ya uoksidishaji wa kina, una sifa ya utengenezwaji wa radical haidroksili (· OH), radical superoxide (· O2 -), oksijeni ya singlet, n.k. yenye uwezo mkubwa wa oksidi. Chini ya hali ya mmenyuko wa joto la juu na shinikizo, umeme, sauti, mionzi ya mwanga, kichocheo, nk Kulingana na njia tofauti za kuzalisha radicals bure na hali ya athari, zinaweza kugawanywa katika oxidation ya photochemical, oxidation ya mvua ya kichocheo, oxidation ya sonochemistry, ozoni. oxidation, oxidation electrochemical, Fenton oxidation, nk (ona Mchoro 2).
Kielelezo cha 2 Uainishaji na Mchanganyiko wa Teknolojia ya mchakato wa Juu wa oxidation
Nano ceriani kichocheo tofauti ambacho hutumika sana katika mchakato wa Kina wa oksidi. Kwa sababu ya ubadilishaji wa haraka kati ya Ce3+na Ce4+na athari ya haraka ya kupunguza oksidi inayoletwa na ufyonzaji na kutolewa oksijeni, nano ceria ina uwezo mzuri wa kichocheo. Inapotumiwa kama kikuzaji cha kichocheo, inaweza pia kuboresha uwezo na uthabiti wa kichocheo. Wakati nano ceria na nyenzo zake za mchanganyiko zinatumiwa kama vichocheo, sifa za kichocheo hutofautiana sana kulingana na mofolojia, saizi ya chembe, na ndege za fuwele zilizowekwa wazi, ambazo ni sababu kuu zinazoathiri utendakazi na matumizi yao. Inaaminika kwa ujumla kwamba chembe ndogo na eneo kubwa la uso maalum, tovuti ya kazi inayolingana zaidi, na uwezo wa kichocheo wenye nguvu. Uwezo wa kichocheo wa uso wa fuwele uliofichuliwa, kutoka kwa nguvu hadi dhaifu, uko katika mpangilio wa (100) uso wa fuwele>(110) uso wa fuwele>(111) uso wa fuwele, na uthabiti unaolingana ni kinyume.
Cerium oxide ni nyenzo ya semiconductor. Wakati oksidi ya seriamu ya nanometa inapowashwa na fotoni zenye nishati ya juu kuliko pengo la bendi, elektroni za bendi za valence husisimka, na tabia ya ujumuishaji wa mpito hutokea. Tabia hii itakuza kiwango cha ubadilishaji cha Ce3+na Ce4+, na hivyo kusababisha shughuli dhabiti ya upigaji picha wa nano ceria. Photocatalysis inaweza kufikia uharibifu wa moja kwa moja wa viumbe hai bila uchafuzi wa pili, kwa hiyo matumizi yake ni teknolojia iliyosomwa zaidi katika uwanja wa nano ceria katika AOPs. Kwa sasa, lengo kuu ni juu ya matibabu ya uharibifu wa kichocheo cha rangi ya azo, phenol, klorobenzene, na maji machafu ya dawa kwa kutumia vichocheo na morphologies tofauti na nyimbo za mchanganyiko. Kulingana na ripoti hiyo, chini ya mbinu iliyoboreshwa ya usanisi wa kichocheo na hali ya kichocheo cha mfano, uwezo wa uharibifu wa dutu hizi kwa ujumla unaweza kufikia zaidi ya 80%, na uwezo wa kuondoa kaboni ya kikaboni ya Jumla (TOC) inaweza kufikia zaidi ya 40%.
Kichocheo cha oksidi ya nano cerium kwa uharibifu wa vichafuzi vya kikaboni kama vile ozoni na peroksidi ya hidrojeni ni teknolojia nyingine iliyosomwa sana. Sawa na photocatalysis, pia inaangazia uwezo wa nano ceria na mofolojia tofauti au ndege za fuwele na vioksidishaji tofauti vya kichocheo cha ceriamu ili kuongeza oksidi na kuharibu vichafuzi vya kikaboni. Katika athari kama hizo, vichocheo vinaweza kuchochea uzalishaji wa idadi kubwa ya radicals hai kutoka kwa ozoni au peroksidi ya hidrojeni, ambayo hushambulia vichafuzi vya kikaboni na kufikia uwezo bora zaidi wa uharibifu wa oksidi. Kutokana na kuanzishwa kwa vioksidishaji katika mmenyuko, uwezo wa kuondoa misombo ya kikaboni huimarishwa sana. Katika athari nyingi, kiwango cha mwisho cha uondoaji wa dutu inayolengwa inaweza kufikia au kukaribia 100%, na kiwango cha uondoaji wa TOC pia ni cha juu.
Katika mbinu ya hali ya juu ya kioksidishaji kielektroniki, sifa za nyenzo ya anodi iliyo na mageuzi ya juu zaidi ya oksijeni huamua uteuzi wa mbinu ya hali ya juu ya kielektroniki ya oxidation ya kutibu vichafuzi vya kikaboni. Nyenzo za cathode ni kipengele muhimu kinachoamua uzalishaji wa H2O2, na uzalishaji wa H2O2 huamua ufanisi wa njia ya juu ya oxidation ya electrocatalytic kwa ajili ya kutibu uchafuzi wa kikaboni. Utafiti wa urekebishaji wa nyenzo za elektrodi kwa kutumia nano ceria umepata uangalizi mkubwa ndani na nje ya nchi. Watafiti huanzisha oksidi ya nano cerium na vifaa vyake vya mchanganyiko kupitia mbinu tofauti za kemikali ili kurekebisha nyenzo tofauti za elektrodi, kuboresha shughuli zao za kielektroniki, na kwa hivyo kuongeza shughuli za kielektroniki na kiwango cha mwisho cha kuondolewa.
Microwave na ultrasound mara nyingi ni hatua muhimu za usaidizi kwa mifano ya juu ya kichocheo. Kwa kuchukua usaidizi wa ultrasonic kama mfano, kwa kutumia mawimbi ya sauti ya mtetemo yenye masafa ya juu kuliko 25kHz kwa sekunde, mamilioni ya viputo vidogo sana hutengenezwa katika mmumunyo ulioundwa na kikali maalum cha kusafisha. Viputo hivi vidogo, wakati wa mgandamizo na upanuzi wa haraka, hutokeza upenyezaji wa viputo kila mara, kuwezesha nyenzo kubadilishana haraka na kusambaa kwenye uso wa kichocheo, mara nyingi huboresha ufanisi wa kichocheo mara kwa mara.
3 Hitimisho
Nano ceria na nyenzo zake za mchanganyiko zinaweza kutibu ioni na vichafuzi vya kikaboni katika maji, na kuwa na uwezo muhimu wa utumiaji katika nyanja za matibabu ya maji ya siku zijazo. Walakini, tafiti nyingi bado ziko katika hatua ya maabara, na ili kufikia matumizi ya haraka katika matibabu ya maji katika siku zijazo, maswala yafuatayo bado yanahitaji kushughulikiwa haraka:
(1) Gharama ya juu ya maandalizi ya nanoCeO2vifaa vya msingi bado ni jambo muhimu katika idadi kubwa ya maombi yao katika matibabu ya maji, ambayo bado ni katika hatua ya utafiti wa maabara. Kuchunguza mbinu za maandalizi za gharama nafuu, rahisi na zinazofaa ambazo zinaweza kudhibiti mofolojia na ukubwa wa nyenzo za msingi za nano CeO2 bado ni lengo la utafiti.
(2) Kutokana na ukubwa wa chembe ndogo ya nyenzo za msingi za nano CeO2, masuala ya kuchakata tena na kutengeneza upya baada ya matumizi pia ni mambo muhimu yanayozuia matumizi yao. Mchanganyiko wake na nyenzo za resin au nyenzo za sumaku itakuwa mwelekeo muhimu wa utafiti kwa utayarishaji wake wa nyenzo na teknolojia ya kuchakata tena.
(3) Uendelezaji wa mchakato wa pamoja kati ya teknolojia ya matibabu ya maji ya nano CeO2 na teknolojia ya jadi ya matibabu ya maji taka itakuza sana utumiaji wa teknolojia ya kichocheo ya nyenzo za nano CeO2 katika uwanja wa matibabu ya maji.
(4) Bado kuna utafiti mdogo juu ya sumu ya nyenzo za msingi za nano CeO2, na tabia zao za mazingira na utaratibu wa sumu katika mifumo ya kutibu maji bado haijabainishwa. Mchakato halisi wa kutibu maji taka mara nyingi huhusisha kuwepo kwa vichafuzi vingi, na vichafuzi vilivyopo vitaingiliana, na hivyo kubadilisha sifa za uso na uwezekano wa sumu ya nanomaterials. Kwa hivyo, kuna haja ya haraka ya kufanya utafiti zaidi juu ya mambo yanayohusiana.
Muda wa kutuma: Mei-22-2023