CeO2seýrek toprak materiallarynyň möhüm düzüm bölegi bolup durýar.Theseýrek ýer elementi keriumözboluşly daşky elektron gurluşy bar - 4f15d16s2.Specialörite 4f gatlagy elektronlary netijeli saklap we goýberip biler, kerium ionlaryny + 3 walent ýagdaýynda we + 4 walent ýagdaýynda alyp barar.Şonuň üçin CeO2 materiallarynda kislorod deşikleri has köp we kislorody saklamak we çykarmak üçin ajaýyp ukyby bar.Ce (III) we Ce (IV) -iň özara öwrülmegi CeO2 materiallaryna özboluşly okislenme-azaltmak katalitik mümkinçilikleri berýär.Köp sanly materiallar bilen deňeşdirilende, nano CeO2, organiki däl materialyň täze görnüşi hökmünde, ýokary ýerüsti meýdany, ajaýyp kislorod saklamak we goýbermek ukyby, kislorod ion geçirijiligi, redoks öndürijiligi we ýokary temperaturaly çalt kislorod boşlugynyň ýaýramagy sebäpli giňden ünsi çekdi. ukyby.Häzirki wagtda nano CeO2-ni katalizator, katalizator göteriji ýa-da goşundylar, işjeň komponentler we adsorbentler hökmünde ulanýan köp sanly gözleg hasabatlary we degişli programmalar bar.
1. Nanometri taýýarlamak usulykerium oksidi
Häzirki wagtda nano ceria üçin umumy taýýarlyk usullary esasan himiki usuly we fiziki usuly öz içine alýar.Dürli himiki usullara görä, himiki usullary ýagyş usuly, gidrotermiki usul, solwotermiki usul, sol gel usuly, mikroemulsiýa usuly we elektrodepozisiýa usulyna bölmek bolar;Fiziki usul esasan üwürmek usulydyr.
1.1 üwürmek usuly
Nano ceria taýýarlamak üçin üweýji usuly, adatça arzan bahadan, daşky gurşawa arassalygy, çalt gaýtadan işlemegiň tizligi we güýçli gaýtadan işlemek ukyby ýaly artykmaçlyklary bolan çäge üweýjisini ulanýar.Häzirki wagtda nano ceria pudagynda iň möhüm gaýtadan işleýiş usulydyr.Mysal üçin, nano cerium oksidi ýalpyldawuk tozany taýýarlamak, adatça kalsinasiýa we gum üwemek kombinasiýasyny kabul edýär we seriý esasly denitrasiýa katalizatorlarynyň çig maly hem öňünden bejermek üçin garylýar ýa-da gum üwemek arkaly kalsinasiýa edilenden soň bejerilýär.Dürli bölejik ölçegli çäge üweýji monjuk nisbatlaryny ulanmak bilen, düzediş arkaly onlarça ýüzlerçe nanometre çenli D50 bolan nano ceria alyp bolýar.
1.2 Ygalyň usuly
Ygalyň usuly, degişli erginlerde erän çig mallary ýagyş, bölmek, ýuwmak, guratmak we hasaplamak arkaly gaty poroşok taýýarlamagyň usulyna degişlidir.Ygalyň usuly seýrek toprak we doply nanomateriallary taýýarlamakda giňden ulanylýar, ýönekeý taýýarlyk prosesi, ýokary netijelilik we arzan bahalar ýaly artykmaçlyklar bilen.Nano ceria we onuň düzümindäki materiallary senagatda taýýarlamak üçin giňden ulanylýan usul.Bu usul, ýagyş temperaturasyny, materialyň konsentrasiýasyny, pH bahasyny, ýagyş tizligini, garyş tizligini, şablony we ş.m. üýtgedip, dürli morfologiýa we bölejikleriň ululygy bilen nano ceria taýýarlap biler, umumy usullar karbamidiň bölünmegi netijesinde emele gelen ammiakdan seriý ionlarynyň ýagmagyna esaslanýar, we nano ceria mikrosferalaryny taýýarlamak sitrat ionlary tarapyndan dolandyrylýar.Ativea-da bolmasa, natriý sitratyň gidrolizinden emele gelen OH, kerium ionlaryny çökdürip biler, soň bolsa nano ceria mikrosferalary ýaly flak taýýarlamak üçin inkubasiýa edilip hasaplanar.
1.3 Gidrotermiki we solwotermiki usullar
Bu iki usul, ýapyk ulgamda kritiki temperaturada ýokary temperatura we ýokary basyşly reaksiýa bilen önümleri taýýarlamak usulyna degişlidir.Reaksiýa çözüji suw bolanda, oňa gidrotermiki usul diýilýär.Degişlilikde, reaksiýa çözüji organiki çözüji bolanda, oňa solwotermiki usul diýilýär.Sintezlenen nano bölejikleri ýokary arassalygy, gowy dispersiýasy we birmeňzeş bölejikleri, esasanam dürli morfologiýaly ýa-da ýörite kristal ýüzi bolan nano tozanlary bar.Seriý hloridini distillendirilen suwda eritiň, natriý gidroksid erginini garmaly we goşuň.Açylan (111) we (110) kristal uçarlary bilen seriý oksidi nanorodlaryny taýýarlamak üçin 170 at 12 sagatda gidrotermiki reaksiýa beriň.Reaksiýa şertlerini sazlamak bilen, açylan kristal uçarlarda (110) kristal uçarlaryň paýy artyp, olaryň katalitiki işjeňligini hasam artdyryp bolar.Reaksiýa çözüjisini we ýerüsti baglanyşyklary sazlamak, ýörite gidrofil ýa-da lipofililik bilen nano ceria bölejiklerini hem döredip biler.Mysal üçin, suw fazasyna asetat ionlaryny goşmak, suwda monodisperse gidrofil seriý oksidi nanopartikullaryny taýýarlap biler.Polýar däl erginçini saýlamak we reaksiýa wagtynda oleik kislotany bag hökmünde girizmek bilen, polýar däl organiki erginlerde monodisperse lipofil ceria nanopartikullary taýýarlanyp bilner.(1-nji surata serediň)
1-nji surat Monodisperse sferik nano ceria we hasa görnüşli nano ceria
1.4 Sol gel usuly
Sol gel usuly käbir ýa-da birnäçe birleşmeleri deslapky hökmünde ulanýan, suwuk fazadaky gidroliz ýaly himiki reaksiýalary sol emele getirýän, soň bolsa garrandan soň jel emele getirýän we ahyrsoňy ultrafin tozanlaryny taýýarlamak üçin guradýan we kalsin berýän usuldyr.Bu usul, köp hasabatlarda habar berlen seriý demir, seriý titanium, seriý zirkonium we beýleki birleşýän nano oksidleri ýaly ýokary dargadylan köp komponentli nano ceria birleşýän nanomateriallary taýýarlamak üçin has amatlydyr.
1.5 Beýleki usullar
Aboveokardaky usullardan başga-da mikro losyon usuly, mikrotolkun sintezi usuly, elektrodepozisiýa usuly, plazma ýangyny ýakmak usuly, ion çalşygy membranasynyň elektroliz usuly we başga-da köp usul bar.Bu usullar nano seriýany gözlemek we ulanmak üçin uly ähmiýete eýe.
2 nanometr seriý oksidini suw bilen bejermekde ulanmak
Serium, arzan bahalary we giň ulanylyşy bilen seýrek ýer elementleriniň arasynda iň köp elementdir.Nanometr ceria we onuň düzümleri, ýokary ýerüsti meýdany, ýokary katalitik işjeňligi we ajaýyp gurluş durnuklylygy sebäpli suwy arassalamak pudagynda uly ünsi çekdi.
2.1Nano seriý oksidiAdsorbsion usuly bilen suwy bejermekde
Soňky ýyllarda elektronika pudagy ýaly pudaklaryň ösmegi bilen agyr metal ionlary we ftor ionlary ýaly hapalaýjy maddalary öz içine alýan köp mukdarda hapa suwlar çykaryldy.Yz konsentrasiýalarynda-da suw organizmlerine we adamyň ýaşaýyş gurşawyna ep-esli zyýan ýetirip biler.Köplenç ulanylýan usullar okislenme, flotasiýa, ters osmoz, adsorbsiýa, nanofiltrasiýa, biosorbsiýa we ş.m. öz içine alýar, adsorbsion tehnologiýasy köplenç ýönekeý işleýşi, arzan bahasy we ýokary bejerginiň netijeliligi sebäpli kabul edilýär.Nano CeO2 materiallary ýokary derejeli ýer meýdany we adsorbent hökmünde ýokary ýerüsti işjeňlige eýedir we gözenekli nano CeO2 we dürli morfologiýaly birleşýän materiallaryň sintezi we zyýanly ionlary suwdan çykarmak we köpeltmek barada köp habarlar gelip gowuşdy.
Gözlegler, nano ceria-nyň gowşak kislotaly şertlerde suwda F üçin güýçli adsorbsion kuwwatynyň bardygyny görkezdi.F - 100mg / L we pH = 5-6 başlangyç konsentrasiýasy bolan erginde, F üçin adsorbsion kuwwaty 23mg / g, F-ni aýyrmagyň derejesi bolsa 85,6%.Poliakril kislotanyň rezin topuna ýükläniňizden soň (ýükleme mukdary: 0,25g / g), F-iň aýyrmak ukyby 100mg / L deň mukdarda F - suwly ergini bejermekde 99% -den ýokary bolup biler;Sesiň 120 essesi gaýtadan işlenende, F-nyň 90% -den gowragy aýrylyp bilner.Fosfat we ýody adsorbirlemek üçin ulanylanda, adsorbsion kuwwaty degişli optimal adsorbsion ýagdaýynda 100mg / g-den ýokary bolup biler.Ulanylan material, ýokary ykdysady peýdasy bolan ýönekeý desorpsiýa we zyýansyzlandyryş bejergisinden soň gaýtadan ulanylyp bilner.
Nano ceria we onuň birleşýän materiallaryny ulanyp, arsen, hrom, kadmium we gurşun ýaly zäherli agyr metallaryň adsorbsiýasy we bejergisi barada köp gözlegler bar.Iň amatly adsorbsion pH dürli walent ýagdaýlary bolan agyr metal ionlary üçin üýtgeýär.Mysal üçin, bitarap ikitaraplaýyn gowşak gidroksidi ýagdaý As (III) üçin iň gowy adsorbsion ýagdaýyna eýe bolsa, As (V) üçin iň amatly adsorbsion ýagdaýy gowşak kislotaly şertlerde gazanylýar, bu ýerde adsorbsion kuwwaty 110mg / g-den ýokary bolup biler. şertleri.Umuman aýdanyňda, nano ceria we onuň birleşdirilen materiallarynyň optimal sintezi, giň pH diapazonynda dürli agyr metal ionlary üçin ýokary adsorbsiýa we aýyrmak derejesine ýetip biler.
Beýleki tarapdan, seriý oksidi esasly nanomateriallar, kislota mämişi, rodamin B, Kongo gyzyl we ş.m. ýaly hapa suwlarda organiki maddalary özleşdirmekde ajaýyp öndürijilige eýedir. Mysal üçin, bar bolan habarlarda elektrokimiki usullar bilen taýýarlanan nano ceria gözenek sferalary ýokarydyr. organiki boýaglary aýyrmakda, esasanam Kongo gyzyl reňkde, adsorbsion kuwwaty 60 minutda 942,7mg / g.
2.2 Ösen okislenme prosesinde nano ceria ulanylyşy
Ösen okislenme prosesi (gysgaça AOP) bar bolan suwsuz bejeriş ulgamyny gowulandyrmak teklip edilýär.Çuň okislenme tehnologiýasy diýlip hem atlandyrylýan ösen okislenme prosesi, güýçli okislenme ukyby bolan gidroksil radikal (· OH), superoksid radikal (· O2 -), ýeke kislorod we ş.m. öndürmek bilen häsiýetlendirilýär.Temperatureokary temperatura we basyş, elektrik, ses, ýagty şöhlelenme, katalizator we ş.m. reaksiýa şertlerinde erkin radikallary we reaksiýa şertlerini döretmegiň dürli usullaryna görä, fotokimiki okislenme, katalitik çygly okislenme, sonohimiýa okislenmesi, ozon okislenme, elektrohimiki okislenme, Fentonyň okislenmegi we ş.m. (2-nji surata serediň).
2-nji surat Ösen okislenme prosesiniň klassifikasiýasy we tehnologiýasy
Nano ceriaÖňdebaryjy okislenme prosesinde köplenç ulanylýan birmeňzeş katalizator.Ce3 + bilen Ce4 + arasynda çalt öwrülişik we kislorodyň siňdirilmegi we goýberilmegi netijesinde çalt okislenmegi azaltmak täsiri sebäpli nano ceria katalitik ukybyna eýe.Katalizator öňe süriji hökmünde ulanylanda, katalitik ukybyny we durnuklylygyny hem gowulaşdyryp biler.Nano ceria we onuň birleşdirilen materiallary katalizator hökmünde ulanylanda, katalitik häsiýetleri morfologiýa, bölejikleriň ululygy we açyk kristal uçarlary bilen üýtgeýär, bu olaryň işleýşine we ulanylyşyna täsir edýän esasy faktorlar.Adatça bölejikler näçe kiçi bolsa we belli bir ýer meýdany näçe uly bolsa, şonça-da işjeň ýer we katalitik ukyby şonça güýçli bolar diýip hasaplanýar.Exposedüze çykarylan kristal ýüzüniň katalitik ukyby, güýçli-gowşak, (100) kristal üst> (110) kristal üst> (111) kristal üst tertibi boýunça we degişli durnuklylyk tersine.
Seriý oksidi ýarymgeçiriji materialdyr.Nanometriý seriý oksidi zolak boşlugyndan has ýokary energiýa bilen fotonlar bilen şöhlelendirilende, walent zolakly elektronlar tolgunýarlar we geçiş rekombinasiýa häsiýeti ýüze çykýar.Bu özüňi alyp barmak, Ce3 + we Ce4 + öwrüliş tizligini ýokarlandyrar, netijede nano seriýanyň güýçli fotokatalitiki işjeňligi bolar.Fotokataliz ikinji derejeli hapalanmazdan organiki maddalaryň gönüden-göni zaýalanmagyna ýetip biler, şonuň üçin ony ulanmak AOP-larda nano ceria pudagynda iň öwrenilen tehnologiýa.Häzirki wagtda esasy üns dürli morfologiýa we birleşdirilen kompozisiýaly katalizatorlary ulanyp, azo boýaglary, fenoly, hlorobenzol we derman hapa suwlaryny katalitik zaýalanmak bejergisine gönükdirilendir.Hasabata görä, optimallaşdyrylan katalizator sintez usuly we katalitik model şertlerinde bu maddalaryň zaýalanmak kuwwaty, adatça, 80% -den gowrak bolup biler, we umumy organiki uglerodyň (TOC) çykaryş ukyby 40% -den gowrak bolup biler.
Ozon we wodorod peroksid ýaly organiki hapalaýjy maddalaryň zaýalanmagy üçin Nano seriý oksidi katalizi giňden öwrenilen tehnologiýa.Fotokataliz bilen deňeşdirilende, dürli morfologiýa ýa-da kristal uçarlary we dürli kerium esasly kompozit katalitik oksidantlary bolan nano seriýanyň organiki hapalaýjylary oksidlemek we peseltmek ukybyna ünsi jemleýär.Şeýle reaksiýalarda katalizatorlar organiki hapalaýjy maddalara hüjüm edýän we has täsirli oksidleýji zaýalanmak mümkinçiliklerine eýe bolan ozondan ýa-da wodorod peroksidden köp sanly işjeň radikallaryň döremegini katalizirläp biler.Reaksiýada oksidantlaryň ornaşmagy sebäpli organiki birleşmeleri aýyrmak ukyby ep-esli ýokarlanýar.Reaksiýalaryň köpüsinde maksatly maddanyň iň soňky çykarylyş derejesi 100% -e ýetip biler ýa-da TOC-ny aýyrmagyň derejesi hem has ýokarydyr.
Elektrokatalitiki ösen okislenme usulynda, ýokary kislorod ewolýusiýasyndan ýokary bolan anod materialynyň häsiýetleri, organiki hapalaýjylary bejermek üçin elektrokatalitiki ösen okislenme usulynyň saýlanyşyny kesgitleýär.Katod materialy H2O2 önümçiligini kesgitleýän möhüm faktor bolup, H2O2 önümçiligi organiki hapalaýjylary bejermek üçin elektrokatalitiki ösen okislenme usulynyň netijeliligini kesgitleýär.Nano ceria ulanyp, elektrod material modifikasiýasyny öwrenmek içerde we halkara derejesinde giňden ünsi çekdi.Gözlegçiler esasan dürli elektrod materiallaryny üýtgetmek, elektrokimiki işjeňligini gowulandyrmak we şeýlelik bilen elektrokatalitiki işjeňligi we ahyrky çykaryş tizligini ýokarlandyrmak üçin dürli himiki usullar arkaly nano seriý oksidi we onuň birleşýän materiallary bilen tanyşdyrýarlar.
Mikrotolkun we ultrases köplenç ýokardaky katalitik modeller üçin möhüm kömekçi çärelerdir.Ultrases sesini mysal hökmünde alyp, sekuntda 25kHz-dan ýokary ýygylykly yrgyldy ses tolkunlaryny ulanyp, ýörite taýýarlanan arassalaýjy serişde bilen düzülen erginde millionlarça gaty köp köpürjik emele gelýär.Bu kiçijik köpürjikler, çalt gysylmak we giňelmek wagtynda yzygiderli köpürjik emele getirýär, bu materiallaryň katalizatoryň üstünde çalt çalşylmagyna we ýaýramagyna mümkinçilik döredýär, köplenç katalitik netijeliligini ýokarlandyrýar.
3 Netije
Nano ceria we onuň düzümindäki materiallar suwdaky ionlary we organiki hapalaýjylary netijeli bejerip biler we geljekdäki suw arassalaýyş meýdanlarynda möhüm ulanyş potensialyna eýe bolup biler.Şeýle-de bolsa, gözlegleriň köpüsi henizem laboratoriýa tapgyrynda bolup, geljekde suwy bejermekde çalt ulanylmagyny gazanmak üçin aşakdaky meseleler henizem gyssagly çözülmeli:
(1) Nano-nyň has ýokary taýýarlyk bahasyCeO2esasly materiallar, laboratoriýa gözleg tapgyrynda henizem suwy bejermekde ulanýanlarynyň köpüsinde möhüm faktor bolup galýar.Nano CeO2 esasly materiallaryň morfologiýasyny we ululygyny sazlap bilýän arzan, ýönekeý we täsirli taýýarlyk usullaryny öwrenmek henizem gözlegiň merkezidir.
(2) Nano CeO2 esasly materiallaryň bölejikleriniň ululygy sebäpli, ulanylandan soň gaýtadan işlemek we dikeltmek meselesi hem ulanylmagyny çäklendirýän möhüm faktorlardyr.Onuň garyndy materiallary ýa-da magnit materiallary bilen birleşmegi, material taýýarlamak we gaýtadan işlemek tehnologiýasy üçin esasy gözleg ugry bolar.
:
(4) Nano CeO2 esasly materiallaryň zäherliligi barada henizem çäkli gözlegler bar, suwy arassalamak ulgamlarynda daşky gurşawy alyp barşy we zäherleýiş mehanizmi entek kesgitlenmedi.Hapa suwlary arassalamak prosesi köplenç köp hapalaýjy maddalaryň bilelikde ýaşamagyny öz içine alýar we bilelikde ýaşaýan hapalaýjylar biri-biri bilen täsirleşer we şeýlelik bilen nanomateriallaryň ýerüsti aýratynlyklaryny we zäherliligini üýtgeder.Şonuň üçin baglanyşykly taraplar barada has köp gözleg geçirmek zerur.
Iş wagty: 22-2023-nji maý