การเตรียมนาโนซีเรียมออกไซด์และการประยุกต์ใช้ในการบำบัดน้ำ

ซีโอ2เป็นส่วนประกอบสำคัญของวัสดุหายาก ที่ธาตุหายาก ซีเรียมมีโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกที่เป็นเอกลักษณ์ - 4f15d16s2 ชั้น 4f พิเศษของมันสามารถกักเก็บและปล่อยอิเล็กตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ไอออนซีเรียมมีพฤติกรรมในสถานะวาเลนซ์ +3 และสถานะวาเลนซ์ +4 ดังนั้นวัสดุ CeO2 จึงมีรูออกซิเจนมากกว่า และมีความสามารถที่ดีเยี่ยมในการกักเก็บและปล่อยออกซิเจน การแปลง Ce (III) และ Ce (IV) ร่วมกันยังทำให้วัสดุ CeO2 มีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาลดการเกิดออกซิเดชันที่เป็นเอกลักษณ์ เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุเทกอง nano CeO2 ซึ่งเป็นวัสดุอนินทรีย์ชนิดใหม่ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางเนื่องจากพื้นที่ผิวจำเพาะสูง ความสามารถในการกักเก็บและปลดปล่อยออกซิเจนที่ดีเยี่ยม การนำไอออนของออกซิเจน ประสิทธิภาพรีดอกซ์ และการแพร่กระจายของตำแหน่งว่างออกซิเจนอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูง ความสามารถ. ปัจจุบันมีรายงานการวิจัยและการใช้งานที่เกี่ยวข้องจำนวนมากโดยใช้ nano CeO2 เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวพาหรือสารเติมแต่งของตัวเร่งปฏิกิริยา ส่วนประกอบออกฤทธิ์ และตัวดูดซับ

1. วิธีการเตรียมนาโนเมตรซีเรียมออกไซด์

ปัจจุบันวิธีการเตรียมนาโนซีเรียทั่วไปโดยทั่วไปประกอบด้วยวิธีทางเคมีและวิธีทางกายภาพเป็นหลัก ตามวิธีการทางเคมีที่แตกต่างกัน วิธีการทางเคมีสามารถแบ่งออกเป็นวิธีการตกตะกอน วิธีไฮโดรเทอร์มอล วิธีโซลโวเทอร์มอล วิธีโซลเจล วิธีไมโครอิมัลชัน และวิธีการอิเล็กโทรด วิธีการทางกายภาพส่วนใหญ่เป็นวิธีการบด

 
1.1 วิธีการบด

วิธีการบดในการเตรียมนาโนซีเรียลโดยทั่วไปจะใช้การบดทราย ซึ่งมีข้อดีคือ ต้นทุนต่ำ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ความเร็วในการประมวลผลที่รวดเร็ว และความสามารถในการประมวลผลที่แข็งแกร่ง ปัจจุบันเป็นวิธีการประมวลผลที่สำคัญที่สุดในอุตสาหกรรมนาโนซีเรีย ตัวอย่างเช่น การเตรียมผงขัดนาโนซีเรียมออกไซด์โดยทั่วไปจะใช้การผสมผสานระหว่างการเผาและการบดทราย และวัตถุดิบของตัวเร่งปฏิกิริยาดีไนเตรชันที่ใช้ซีเรียมก็ผสมเพื่อการบำบัดล่วงหน้าหรือบำบัดหลังการเผาโดยใช้การบดทราย ด้วยการใช้อัตราส่วนเม็ดทรายบดที่มีขนาดอนุภาคต่างกัน ทำให้สามารถปรับระดับนาโนซีเรียที่มี D50 ได้ตั้งแต่สิบถึงร้อยนาโนเมตรผ่านการปรับ

 
1.2 วิธีการตกตะกอน

วิธีการตกตะกอนหมายถึงวิธีการเตรียมผงของแข็งโดยการตกตะกอน การแยก การล้าง การอบแห้ง และการเผาวัตถุดิบที่ละลายในตัวทำละลายที่เหมาะสม วิธีการตกตะกอนมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเตรียมธาตุหายากและวัสดุนาโนเจือ โดยมีข้อดี เช่น กระบวนการเตรียมการที่เรียบง่าย ประสิทธิภาพสูง และต้นทุนต่ำ เป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปในการเตรียมนาโนซีเรียและวัสดุคอมโพสิตในอุตสาหกรรม วิธีนี้สามารถเตรียมนาโนซีเรียมที่มีสัณฐานวิทยาและขนาดอนุภาคต่างกันโดยการเปลี่ยนอุณหภูมิการตกตะกอน ความเข้มข้นของวัสดุ ค่า pH ความเร็วการตกตะกอน ความเร็วในการกวน แม่แบบ ฯลฯ วิธีการทั่วไปอาศัยการตกตะกอนของซีเรียมไอออนจากแอมโมเนียที่เกิดจากการสลายตัวของยูเรีย และการเตรียมนาโนซีเรียไมโครสเฟียร์ถูกควบคุมโดยซิเตรตไอออน อีกทางหนึ่ง ไอออนซีเรียมสามารถตกตะกอนด้วย OH ซึ่งเกิดจากการไฮโดรไลซิสของโซเดียมซิเตรต จากนั้นบ่มและเผาเพื่อเตรียมเกล็ด เช่น นาโนซีเรียไมโครสเฟียร์

 
1.3 วิธีไฮโดรเทอร์มอลและโซลโวเทอร์มอล

ทั้งสองวิธีนี้หมายถึงวิธีการเตรียมผลิตภัณฑ์โดยปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงและแรงดันสูงที่อุณหภูมิวิกฤตในระบบปิด เมื่อตัวทำละลายของปฏิกิริยาคือน้ำ จะเรียกว่าวิธีไฮโดรเทอร์มอล ในทางกลับกัน เมื่อตัวทำละลายที่ทำปฏิกิริยาเป็นตัวทำละลายอินทรีย์ จะเรียกว่าวิธีโซลโวเทอร์มอล อนุภาคนาโนที่สังเคราะห์ขึ้นมีความบริสุทธิ์สูง การกระจายตัวที่ดี และอนุภาคที่สม่ำเสมอ โดยเฉพาะผงนาโนที่มีสัณฐานวิทยาที่แตกต่างกันหรือมีพื้นผิวคริสตัลพิเศษที่เปลือยเปล่า ละลายซีเรียมคลอไรด์ในน้ำกลั่น คนให้เข้ากัน และเติมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ ทำปฏิกิริยาไฮโดรเทอร์มอลที่ 170 ℃ เป็นเวลา 12 ชั่วโมงเพื่อเตรียมนาโนรอดของซีเรียมออกไซด์ด้วยระนาบคริสตัลที่สัมผัส (111) และ (110) ด้วยการปรับเงื่อนไขการเกิดปฏิกิริยา สัดส่วนของระนาบคริสตัล (110) ในระนาบคริสตัลที่ถูกเปิดเผยจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของพวกมันดีขึ้นอีก การปรับตัวทำละลายของปฏิกิริยาและลิแกนด์ที่พื้นผิวยังสามารถผลิตอนุภาคนาโนซีเรียที่มีความสามารถในการชอบน้ำหรือลิแกนด์แบบพิเศษได้ ตัวอย่างเช่น การเติมอะซิเตตไอออนลงในเฟสที่เป็นน้ำสามารถเตรียมอนุภาคนาโนของซีเรียมออกไซด์ชนิดโมโนดิสเพอร์สที่ชอบน้ำได้ในน้ำ ด้วยการเลือกตัวทำละลายที่ไม่มีขั้วและการแนะนำกรดโอเลอิกเป็นลิแกนด์ในระหว่างการทำปฏิกิริยา จึงสามารถเตรียมอนุภาคนาโนของซีเรียลไลโปฟิลิกแบบ monodisperse ในตัวทำละลายอินทรีย์ที่ไม่มีขั้วได้ (ดูรูปที่ 1)

รูปที่ 1 นาโนซีเรียลทรงกลม Monodisperse และนาโนซีเรียรูปแท่ง

1.4 วิธีโซลเจล

วิธีโซลเจลเป็นวิธีการที่ใช้สารประกอบบางส่วนหรือหลายตัวเป็นสารตั้งต้น ดำเนินปฏิกิริยาทางเคมี เช่น ไฮโดรไลซิสในสถานะของเหลวเพื่อสร้างโซล จากนั้นจึงเกิดเป็นเจลหลังจากการเสื่อมสภาพ และสุดท้ายจะแห้งและเผาเพื่อเตรียมผงที่มีขนาดเล็กมาก วิธีนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเตรียมวัสดุนาโนคอมโพสิตนาโนซีเรียมที่มีองค์ประกอบหลายองค์ประกอบที่มีการกระจายตัวสูง เช่น เหล็กซีเรียม ไทเทเนียมซีเรียม เซอร์โคเนียมซีเรียม และนาโนออกไซด์คอมโพสิตอื่นๆ ซึ่งได้รับการรายงานในรายงานจำนวนมาก

 
1.5 วิธีการอื่นๆ

นอกเหนือจากวิธีการข้างต้นแล้ว ยังมีวิธีไมโครโลชั่น, วิธีการสังเคราะห์ด้วยไมโครเวฟ, วิธีการอิเล็กโทรด, วิธีการเผาไหม้ด้วยเปลวไฟพลาสม่า, วิธีอิเล็กโทรไลซิสแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออน และวิธีการอื่นๆ อีกมากมาย วิธีการเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวิจัยและการประยุกต์ใช้นาโนซีเรีย

 
การใช้ซีเรียมออกไซด์ 2 นาโนเมตรในการบำบัดน้ำ

ซีเรียมเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในบรรดาธาตุหายาก ด้วยราคาที่ต่ำและการใช้งานที่หลากหลาย นาโนเมตรซีเรียและวัสดุคอมโพสิตได้รับความสนใจอย่างมากในด้านการบำบัดน้ำ เนื่องจากมีพื้นที่ผิวจำเพาะสูง มีฤทธิ์ในการเร่งปฏิกิริยาสูง และมีเสถียรภาพทางโครงสร้างที่ดีเยี่ยม

 
2.1 การสมัครของนาโนซีเรียมออกไซด์ในการบำบัดน้ำด้วยวิธีดูดซับ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ น้ำเสียจำนวนมากที่มีมลพิษ เช่น ไอออนของโลหะหนักและไอออนฟลูออรีน ได้ถูกปล่อยออกมา แม้จะในปริมาณเล็กน้อย แต่ก็สามารถก่อให้เกิดอันตรายอย่างมีนัยสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำและสภาพแวดล้อมในการดำรงชีวิตของมนุษย์ วิธีการที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ออกซิเดชัน การลอยอยู่ในน้ำ รีเวอร์สออสโมซิส การดูดซับ นาโนฟิลเตรชัน การดูดซับทางชีวภาพ ฯลฯ ในหมู่พวกเขา เทคโนโลยีการดูดซับมักถูกนำมาใช้เนื่องจากการดำเนินการที่ง่าย ต้นทุนต่ำ และประสิทธิภาพการบำบัดสูง วัสดุ Nano CeO2 มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูงและมีฤทธิ์พื้นผิวสูงในฐานะตัวดูดซับ และมีรายงานจำนวนมากเกี่ยวกับการสังเคราะห์นาโน CeO2 ที่มีรูพรุนและวัสดุผสมที่มีสัณฐานวิทยาที่แตกต่างกันเพื่อดูดซับและกำจัดไอออนที่เป็นอันตรายออกจากน้ำ

การวิจัยแสดงให้เห็นว่านาโนซีเรียมีความสามารถในการดูดซับ F - ในน้ำได้ดีภายใต้สภาวะที่เป็นกรดอ่อน ในสารละลายที่มีความเข้มข้นเริ่มต้นที่ F - 100 มก./ลิตร และ pH=5-6 ความสามารถในการดูดซับสำหรับ F - คือ 23 มก./กรัม และอัตราการกำจัด F - คือ 85.6% หลังจากใส่ลงบนลูกบอลเรซินกรดโพลีอะคริลิก (ปริมาณบรรจุ: 0.25 ก./กรัม) ความสามารถในการกำจัด F - สามารถเข้าถึงได้มากกว่า 99% เมื่อบำบัดสารละลายที่เป็นน้ำ F 100 มก./ลิตร ในปริมาตรเท่ากัน เมื่อประมวลผล 120 เท่าของปริมาตร สามารถลบ F มากกว่า 90% ได้ เมื่อใช้ในการดูดซับฟอสเฟตและไอโอเดต ความสามารถในการดูดซับสามารถเข้าถึงมากกว่า 100 มก./กรัม ภายใต้สถานะการดูดซับที่เหมาะสมที่สุดที่สอดคล้องกัน วัสดุที่ใช้แล้วสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้หลังจากการขจัดการดูดซึมและการทำให้เป็นกลางอย่างง่าย ซึ่งมีประโยชน์ทางเศรษฐกิจสูง

มีการศึกษามากมายเกี่ยวกับการดูดซับและการบำบัดโลหะหนักที่เป็นพิษ เช่น สารหนู โครเมียม แคดเมียม และตะกั่วโดยใช้นาโนซีเรียและวัสดุผสม ค่า pH การดูดซับที่เหมาะสมจะแตกต่างกันไปตามไอออนของโลหะหนักที่มีสถานะเวเลนซ์ต่างกัน ตัวอย่างเช่น สภาวะอัลคาไลน์อ่อนและมีอคติเป็นกลางมีสถานะการดูดซับที่ดีที่สุดสำหรับ As (III) ในขณะที่สถานะการดูดซับที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ As (V) เกิดขึ้นได้ภายใต้สภาวะที่เป็นกรดอ่อน ซึ่งความสามารถในการดูดซับสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 110 มก./กรัมภายใต้สภาวะทั้งสอง เงื่อนไข. โดยรวมแล้ว การสังเคราะห์ที่เหมาะสมที่สุดของนาโนซีเรียและวัสดุคอมโพสิตสามารถให้อัตราการดูดซับและการกำจัดไอออนของโลหะหนักต่างๆ สูงในช่วง pH ที่กว้าง

ในทางกลับกัน วัสดุนาโนที่ใช้ซีเรียมออกไซด์ยังมีประสิทธิภาพที่โดดเด่นในการดูดซับสารอินทรีย์ในน้ำเสีย เช่น แอซิดออเรนจ์ โรดามีนบี แดงคองโก เป็นต้น ตัวอย่างเช่น ในกรณีที่รายงานที่มีอยู่ ทรงกลมที่มีรูพรุนของนาโนซีเรียมที่เตรียมโดยวิธีเคมีไฟฟ้าจะมีปริมาณสูง ความสามารถในการดูดซับในการกำจัดสีย้อมอินทรีย์โดยเฉพาะในการกำจัดสีแดงคองโกโดยมีความสามารถในการดูดซับ 942.7 มก./กรัม ใน 60 นาที

 
2.2 การใช้นาโนซีเรียมในกระบวนการออกซิเดชั่นขั้นสูง

มีการเสนอกระบวนการออกซิเดชันขั้นสูง (เรียกสั้น ๆ ว่า AOP) เพื่อปรับปรุงระบบการบำบัดแบบแอนไฮดรัสที่มีอยู่ กระบวนการออกซิเดชันขั้นสูงหรือที่เรียกว่าเทคโนโลยีออกซิเดชันแบบลึกนั้นมีลักษณะเฉพาะคือการผลิตอนุมูลไฮดรอกซิล (· OH) อนุมูลซูเปอร์ออกไซด์ (· O2 -) ออกซิเจนเสื้อกล้าม ฯลฯ ที่มีความสามารถในการออกซิเดชันที่รุนแรง ภายใต้สภาวะปฏิกิริยาของอุณหภูมิและความดันสูง ไฟฟ้า เสียง การฉายรังสีด้วยแสง ตัวเร่งปฏิกิริยา ฯลฯ ตามวิธีการต่างๆ ในการสร้างอนุมูลอิสระและสภาวะของปฏิกิริยา พวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นออกซิเดชันเคมีแสง, ออกซิเดชันเปียกของตัวเร่งปฏิกิริยา, ออกซิเดชันของโซโนเคมี, โอโซน ออกซิเดชัน, ออกซิเดชันเคมีไฟฟ้า, ออกซิเดชันเฟนตัน ฯลฯ (ดูรูปที่ 2)

รูปที่ 2 การจำแนกประเภทและการผสมผสานเทคโนโลยีของกระบวนการออกซิเดชันขั้นสูง

นาโนซีเรียเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกันซึ่งใช้กันทั่วไปในกระบวนการออกซิเดชันขั้นสูง เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วระหว่าง Ce3+ และ Ce4+ และผลการลดออกซิเดชันอย่างรวดเร็วที่เกิดจากการดูดซึมและการปล่อยออกซิเจน นาโนซีเรียมีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาที่ดี เมื่อใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ยังสามารถปรับปรุงความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาและความเสถียรได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อใช้นาโนเซียเรียและวัสดุคอมโพสิตเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา คุณสมบัติของตัวเร่งปฏิกิริยาจะแตกต่างกันไปอย่างมากตามลักษณะทางสัณฐานวิทยา ขนาดอนุภาค และระนาบคริสตัลที่สัมผัส ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพและการใช้งาน เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่ายิ่งอนุภาคมีขนาดเล็กลงและพื้นที่ผิวจำเพาะก็จะใหญ่ขึ้น พื้นที่ที่มีฤทธิ์สอดคล้องกันมากขึ้น และความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น ความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาของพื้นผิวคริสตัลที่สัมผัส จากมากไปหาน้อย อยู่ในลำดับของ (100) พื้นผิวคริสตัล > (110) พื้นผิวคริสตัล > (111) พื้นผิวคริสตัล และความเสถียรที่สอดคล้องกันอยู่ตรงกันข้าม

ซีเรียมออกไซด์เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เมื่อนาโนเมตรซีเรียมออกไซด์ถูกฉายรังสีด้วยโฟตอนที่มีพลังงานสูงกว่าช่องว่างของแถบ อิเล็กตรอนของแถบความจุจะตื่นเต้น และพฤติกรรมการรวมตัวของการเปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้น พฤติกรรมนี้จะส่งเสริมอัตราการแปลงของ Ce3+ และ Ce4+ ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาโฟโตคะตาไลติกที่แข็งแกร่งของนาโนซีเรีย โฟโตคะตะไลซิสสามารถทำให้เกิดการย่อยสลายอินทรียวัตถุได้โดยตรงโดยไม่มีมลภาวะทุติยภูมิ ดังนั้นการประยุกต์ใช้จึงเป็นเทคโนโลยีที่มีการศึกษามากที่สุดในสาขานาโนซีเรียใน AOP ในปัจจุบัน จุดสนใจหลักอยู่ที่การบำบัดการย่อยสลายด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาของสีย้อมเอโซ ฟีนอล คลอโรเบนซีน และน้ำเสียทางเภสัชกรรม โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีสัณฐานวิทยาและองค์ประกอบคอมโพสิตต่างกัน ตามรายงาน ภายใต้วิธีการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมและเงื่อนไขแบบจำลองตัวเร่งปฏิกิริยา ความสามารถในการย่อยสลายของสารเหล่านี้โดยทั่วไปสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 80% และความสามารถในการกำจัดคาร์บอนอินทรีย์ทั้งหมด (TOC) สามารถทำได้มากกว่า 40%

การเร่งปฏิกิริยานาโนซีเรียมออกไซด์สำหรับการย่อยสลายสารมลพิษอินทรีย์ เช่น โอโซนและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่มีการศึกษาอย่างกว้างขวาง เช่นเดียวกับโฟโตคะตะไลซิส มันยังมุ่งเน้นไปที่ความสามารถของนาโนซีเรียที่มีสัณฐานวิทยาหรือระนาบคริสตัลที่แตกต่างกัน และตัวออกซิไดซ์ตัวเร่งปฏิกิริยาคอมโพสิตที่มีซีเรียมต่างกันในการออกซิไดซ์และลดมลพิษอินทรีย์ ในปฏิกิริยาดังกล่าว ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถกระตุ้นการสร้างอนุมูลอิสระจำนวนมากจากโอโซนหรือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ซึ่งจะโจมตีมลพิษอินทรีย์และบรรลุความสามารถในการย่อยสลายออกซิเดชันที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น เนื่องจากการแนะนำของสารออกซิแดนท์ในปฏิกิริยา ความสามารถในการกำจัดสารประกอบอินทรีย์จึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในปฏิกิริยาส่วนใหญ่ อัตราการกำจัดสารเป้าหมายขั้นสุดท้ายสามารถเข้าถึงหรือเข้าใกล้ 100% และอัตราการกำจัด TOC ก็สูงกว่าเช่นกัน

ในวิธีการออกซิเดชันขั้นสูงด้วยไฟฟ้า คุณสมบัติของวัสดุแอโนดที่มีวิวัฒนาการของออกซิเจนสูงเกินไปจะกำหนดความสามารถในการเลือกของวิธีการออกซิเดชันขั้นสูงด้วยไฟฟ้าสำหรับการบำบัดมลพิษอินทรีย์ วัสดุแคโทดเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดการผลิต H2O2 และการผลิต H2O2 จะกำหนดประสิทธิภาพของวิธีการออกซิเดชันขั้นสูงด้วยไฟฟ้าสำหรับการบำบัดมลพิษอินทรีย์ การศึกษาการดัดแปลงวัสดุอิเล็กโทรดโดยใช้นาโนเซเรียได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางทั้งในประเทศและต่างประเทศ นักวิจัยส่วนใหญ่แนะนำนาโนซีเรียมออกไซด์และวัสดุคอมโพสิตผ่านวิธีการทางเคมีต่างๆ เพื่อปรับเปลี่ยนวัสดุอิเล็กโทรดต่างๆ ปรับปรุงกิจกรรมเคมีไฟฟ้า และเพิ่มกิจกรรมทางไฟฟ้าและอัตราการกำจัดขั้นสุดท้าย

ไมโครเวฟและอัลตราซาวนด์มักเป็นมาตรการเสริมที่สำคัญสำหรับแบบจำลองตัวเร่งปฏิกิริยาข้างต้น ตัวอย่างเช่น ความช่วยเหลือด้านอัลตราโซนิก โดยใช้คลื่นเสียงสั่นสะเทือนที่มีความถี่สูงกว่า 25kHz ต่อวินาที ฟองอากาศขนาดเล็กมากหลายล้านฟองจะถูกสร้างขึ้นในสารละลายที่ผสมด้วยสารทำความสะอาดที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ ในระหว่างการบีบอัดและการขยายตัวอย่างรวดเร็ว ฟองอากาศขนาดเล็กเหล่านี้จะทำให้เกิดฟองสบู่ระเบิดอย่างต่อเนื่อง ช่วยให้วัสดุแลกเปลี่ยนและกระจายบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งมักจะเพิ่มประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาแบบทวีคูณ

 
3 บทสรุป

นาโนซีเรียและวัสดุผสมสามารถบำบัดไอออนและสารมลพิษอินทรีย์ในน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ และมีศักยภาพในการใช้งานที่สำคัญในด้านการบำบัดน้ำในอนาคต อย่างไรก็ตาม การวิจัยส่วนใหญ่ยังอยู่ในขั้นตอนห้องปฏิบัติการ และเพื่อให้บรรลุการประยุกต์ใช้ในการบำบัดน้ำอย่างรวดเร็วในอนาคต ประเด็นต่อไปนี้ยังจำเป็นต้องได้รับการแก้ไขอย่างเร่งด่วน:

(1) ต้นทุนการเตรียมนาโนค่อนข้างสูงซีโอ2วัสดุที่เป็นพื้นฐานยังคงเป็นปัจจัยสำคัญในการใช้งานส่วนใหญ่ในการบำบัดน้ำ ซึ่งยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยในห้องปฏิบัติการ การสำรวจวิธีการเตรียมการที่มีต้นทุนต่ำ ง่าย และมีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถควบคุมสัณฐานวิทยาและขนาดของวัสดุที่ใช้นาโน CeO2 ยังคงเป็นจุดสนใจของการวิจัย

(2) เนื่องจากวัสดุที่ใช้นาโน CeO2 มีขนาดอนุภาคเล็ก ปัญหาการรีไซเคิลและการฟื้นฟูหลังการใช้งานก็เป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดการใช้งานเช่นกัน การนำวัสดุเรซินหรือวัสดุแม่เหล็กมาประกอบเข้าด้วยกันจะเป็นแนวทางการวิจัยที่สำคัญสำหรับเทคโนโลยีการเตรียมวัสดุและการรีไซเคิล

(3) การพัฒนากระบวนการร่วมระหว่างเทคโนโลยีการบำบัดน้ำที่ใช้วัสดุที่ใช้นาโน CeO2 และเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียแบบดั้งเดิม จะส่งเสริมการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีตัวเร่งปฏิกิริยาวัสดุที่ใช้นาโน CeO2 ในด้านการบำบัดน้ำอย่างมาก

(4) ยังมีการวิจัยที่จำกัดเกี่ยวกับความเป็นพิษของวัสดุที่ใช้นาโน CeO2 และพฤติกรรมสิ่งแวดล้อมและกลไกความเป็นพิษของวัสดุเหล่านี้ในระบบบำบัดน้ำยังไม่ได้รับการพิจารณา กระบวนการบำบัดน้ำเสียที่เกิดขึ้นจริงมักเกี่ยวข้องกับการอยู่ร่วมกันของสารมลพิษหลายชนิด และสารมลพิษที่อยู่ร่วมกันจะมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ซึ่งจะเปลี่ยนลักษณะพื้นผิวและความเป็นพิษที่อาจเกิดขึ้นของวัสดุนาโน จึงมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะดำเนินการวิจัยเพิ่มเติมในประเด็นที่เกี่ยวข้อง