Fost l-ossidi mhux siliċiċi, l-alumina għandha proprjetajiet mekkaniċi tajbin, reżistenza għat-temperatura għolja u reżistenza għall-korrużjoni, filwaqt li l-alumina mesoporuża (MA) għandha daqs tal-pori aġġustabbli, erja tal-wiċċ speċifika kbira, volum kbir tal-pori u spiża baxxa ta' produzzjoni, li tintuża ħafna fil-katalisi, rilaxx ikkontrollat ta' drogi, adsorbiment u oqsma oħra, bħal qsim, idrokkrekkjar u idrodesulfurizzazzjoni ta' materja prima tal-pitrolju. L-alumina mikroporuża tintuża komunement fl-industrija, iżda taffettwa direttament l-attività tal-alumina, il-ħajja tas-servizz u s-selettività tal-katalist. Pereżempju, fil-proċess ta' purifikazzjoni tal-egżost tal-karozzi, it-tniġġis depożitat mill-addittivi taż-żejt tal-magna jifforma kokk, li jwassal għall-imblukkar tal-pori tal-katalist, u b'hekk inaqqas l-attività tal-katalist. Surfactant jista' jintuża biex jaġġusta l-istruttura tat-trasportatur tal-alumina biex jifforma MA. Ittejjeb il-prestazzjoni katalitika tiegħu.
L-MA għandu effett ta' restrizzjoni, u l-metalli attivi jiġu diżattivati wara kalċinazzjoni f'temperatura għolja. Barra minn hekk, wara kalċinazzjoni f'temperatura għolja, l-istruttura mesoporuża tiġġarraf, l-iskeletru tal-MA jkun fi stat amorfu, u l-aċidità tal-wiċċ ma tistax tissodisfa r-rekwiżiti tagħha fil-qasam tal-funzjonalizzazzjoni. It-trattament ta' modifika spiss ikun meħtieġ biex tittejjeb l-attività katalitika, l-istabbiltà tal-istruttura mesoporuża, l-istabbiltà termali tal-wiċċ u l-aċidità tal-wiċċ tal-materjali MA. Gruppi ta' modifika komuni jinkludu eteroatomi tal-metall (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr, eċċ.) u ossidi tal-metall (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7, eċċ.) mgħobbija fuq il-wiċċ tal-MA jew iddopjati fl-iskeletru.
Il-konfigurazzjoni speċjali tal-elettroni tal-elementi rari tad-dinja tagħmel il-komposti tiegħu jkollhom proprjetajiet ottiċi, elettriċi u manjetiċi speċjali, u tintuża f'materjali katalitiċi, materjali fotoelettriċi, materjali ta' adsorbiment u materjali manjetiċi. Materjali mesoporużi modifikati bid-dinja rari jistgħu jaġġustaw il-proprjetà tal-aċidu (alkali), iżidu l-vakanza tal-ossiġnu, u jissintetizzaw katalist nanokristallin tal-metall b'dispersjoni uniformi u skala nanometrika stabbli. Materjali porużi xierqa u ħamrija rari jistgħu jtejbu t-tixrid tal-wiċċ tan-nanokristalli tal-metall u l-istabbiltà u r-reżistenza għad-depożizzjoni tal-karbonju tal-katalisti. F'dan id-dokument, il-modifika u l-funzjonalizzazzjoni tad-dinja rari tal-MA se jiġu introdotti biex itejbu l-prestazzjoni katalitika, l-istabbiltà termali, il-kapaċità tal-ħażna tal-ossiġnu, l-erja tal-wiċċ speċifika u l-istruttura tal-pori.
1 preparazzjoni tal-MA
1.1 preparazzjoni ta' trasportatur tal-alumina
Il-metodu ta' preparazzjoni tat-trasportatur tal-alumina jiddetermina d-distribuzzjoni tal-istruttura tal-pori tiegħu, u l-metodi komuni ta' preparazzjoni tiegħu jinkludu l-metodu ta' deidrazzjoni pseudo-boehmite (PB) u l-metodu sol-gel. Il-pseudoboehmite (PB) ġie propost għall-ewwel darba minn Calvet, u l-peptizzazzjoni promossa minn H+ biex jinkiseb γ-AlOOH kollojdali PB li fih ilma bejn is-saffi, li ġie kalċinat u deidratat f'temperatura għolja biex jifforma alumina. Skont materja prima differenti, ħafna drabi tinqasam f'metodu ta' preċipitazzjoni, metodu ta' karbonizzazzjoni u metodu ta' idroliżi tal-alkoħol-aluminju. Is-solubilità kollojdali tal-PB hija affettwata mill-kristallinità, u hija ottimizzata biż-żieda tal-kristallinità, u hija affettwata wkoll mill-parametri tal-proċess operattiv.
Il-PB ġeneralment jiġi ppreparat bil-metodu ta' preċipitazzjoni. L-alkali jiżdied fis-soluzzjoni tal-aluminat jew l-aċidu jiżdied fis-soluzzjoni tal-aluminat u jiġi preċipitat biex jinkiseb alumina idratata (preċipitazzjoni alkali), jew l-aċidu jiżdied fil-preċipitazzjoni tal-aluminat biex jinkiseb alumina monoidrata, li mbagħad tinħasel, titnixxef u tiġi kalċinata biex jinkiseb PB. Il-metodu ta' preċipitazzjoni huwa faċli biex jitħaddem u bi prezz baxx, li ħafna drabi jintuża fil-produzzjoni industrijali, iżda huwa influwenzat minn ħafna fatturi (pH tas-soluzzjoni, konċentrazzjoni, temperatura, eċċ.). U dawk il-kundizzjonijiet biex jinkisbu partiċelli b'dispersibilità aħjar huma stretti. Fil-metodu ta' karbonizzazzjoni, Al(OH)3 jinkiseb bir-reazzjoni ta' CO2 u NaAlO2, u l-PB jista' jinkiseb wara t-tixjiħ. Dan il-metodu għandu l-vantaġġi ta' tħaddim sempliċi, kwalità għolja tal-prodott, ebda tniġġis u prezz baxx, u jista' jipprepara alumina b'attività katalitika għolja, reżistenza eċċellenti għall-korrużjoni u erja tal-wiċċ speċifika għolja b'investiment baxx u redditu għoli. Il-metodu ta' idroliżi tal-alkossidu tal-aluminju ħafna drabi jintuża biex jipprepara PB ta' purità għolja. L-alkossidu tal-aluminju jiġi idrolizzat biex jifforma monoidrat tal-ossidu tal-aluminju, u mbagħad ittrattat biex jinkiseb PB ta' purità għolja, li għandu kristallinità tajba, daqs uniformi tal-partiċelli, distribuzzjoni kkonċentrata tad-daqs tal-pori u integrità għolja tal-partiċelli sferiċi. Madankollu, il-proċess huwa kumpless, u huwa diffiċli li jiġi rkuprat minħabba l-użu ta' ċerti solventi organiċi tossiċi.
Barra minn hekk, melħ inorganiku jew komposti organiċi ta' metalli huma komunement użati għall-preparazzjoni ta' prekursuri tal-alumina bil-metodu sol-gel, u ilma pur jew solventi organiċi huma miżjuda biex jippreparaw soluzzjonijiet biex jiġġeneraw sol, li mbagħad jiġi ġelat, imnixxef u inkaljat. Fil-preżent, il-proċess ta' preparazzjoni tal-alumina għadu mtejjeb abbażi tal-metodu ta' deidrazzjoni PB, u l-metodu ta' karbonizzazzjoni sar il-metodu ewlieni għall-produzzjoni industrijali tal-alumina minħabba l-ekonomija u l-protezzjoni ambjentali tiegħu. L-alumina ppreparata bil-metodu sol-gel ġibdet ħafna attenzjoni minħabba d-distribuzzjoni aktar uniformi tad-daqs tal-pori tagħha, li huwa metodu potenzjali, iżda jeħtieġ li tittejjeb biex tirrealizza applikazzjoni industrijali.
1.2 Preparazzjoni tal-MA
L-alumina konvenzjonali ma tistax tissodisfa r-rekwiżiti funzjonali, għalhekk huwa neċessarju li tiġi ppreparata MA ta' prestazzjoni għolja. Il-metodi ta' sinteżi ġeneralment jinkludu: metodu ta' nano-casting b'moffa tal-karbonju bħala mudell iebes; Sinteżi ta' SDA: Proċess ta' awto-assemblaġġ indott mill-evaporazzjoni (EISA) fil-preżenza ta' mudelli rotob bħal SDA u surfactants katjoniċi, anjoniċi jew mhux joniċi oħra.
1.2.1 Il-proċess tal-EISA
It-template artab jintuża f'kundizzjoni aċiduża, li tevita l-proċess ikkumplikat u li jieħu ħafna ħin tal-metodu tal-membrana iebsa u tista' tirrealizza l-modulazzjoni kontinwa tal-apertura. Il-preparazzjoni tal-MA permezz tal-EISA ġibdet ħafna attenzjoni minħabba d-disponibbiltà u r-riproduċibbiltà faċli tagħha. Jistgħu jiġu ppreparati strutturi mesoporużi differenti. Id-daqs tal-pori tal-MA jista' jiġi aġġustat billi tinbidel it-tul tal-katina idrofobika tas-surfactant jew billi jiġi aġġustat il-proporzjon molari tal-katalist tal-idroliżi għall-prekursur tal-aluminju fis-soluzzjoni. Għalhekk, l-EISA, magħrufa wkoll bħala metodu sol-gel ta' sinteżi u modifika f'pass wieħed ta' MA b'erja tal-wiċċ għolja u alumina mesoporuża ordnata (OMA), ġiet applikata għal diversi mudelli rotob, bħal P123, F127, triethanolamine (te), eċċ. L-EISA tista' tissostitwixxi l-proċess ta' ko-assemblaġġ ta' prekursuri organoaluminju, bħal alkossidi tal-aluminju u mudelli ta' surfactant, tipikament isopropossidu tal-aluminju u P123, biex tipprovdi materjali mesoporużi. L-iżvilupp b'suċċess tal-proċess EISA jeħtieġ aġġustament preċiż tal-kinetika tal-idroliżi u l-kondensazzjoni biex jinkiseb sol stabbli u jippermetti l-iżvilupp tal-mesofażi ffurmata minn miċelli tas-surfactant fis-sol.
Fil-proċess EISA, l-użu ta' solventi mhux akweji (bħall-etanol) u aġenti organiċi kumplessanti jista' effettivament inaqqas ir-rata ta' idroliżi u kondensazzjoni tal-prekursuri tal-organoaluminju u jinduċi l-awto-assemblaġġ ta' materjali OMA, bħal Al(OR)3 u isopropossidu tal-aluminju. Madankollu, f'solventi volatili mhux akweji, il-mudelli tas-surfactants ġeneralment jitilfu l-idrofiliċità/idrofobiċità tagħhom. Barra minn hekk, minħabba d-dewmien tal-idroliżi u l-polikondensazzjoni, il-prodott intermedju għandu grupp idrofobiku, li jagħmilha diffiċli biex jinteraġixxi mal-mudell tas-surfactant. Huwa biss meta l-konċentrazzjoni tas-surfactant u l-grad ta' idroliżi u polikondensazzjoni tal-aluminju jiżdiedu gradwalment fil-proċess ta' evaporazzjoni tas-solvent li jista' jseħħ l-awto-assemblaġġ tal-mudell u l-aluminju. Għalhekk, ħafna parametri li jaffettwaw il-kundizzjonijiet ta' evaporazzjoni tas-solventi u r-reazzjoni ta' idroliżi u kondensazzjoni tal-prekursuri, bħat-temperatura, l-umdità relattiva, il-katalist, ir-rata ta' evaporazzjoni tas-solvent, eċċ., jaffettwaw l-istruttura finali tal-assemblaġġ. Kif muri fil-fig. 1, Materjali OMA b'stabbiltà termali għolja u prestazzjoni katalitika għolja ġew sintetizzati permezz ta' awto-assemblaġġ indott minn evaporazzjoni assistita minn solvotermali (SA-EISA). It-trattament solvotermali ppromwova l-idroliżi kompleta tal-prekursuri tal-aluminju biex jiffurmaw gruppi idrossiliċi tal-aluminju ta' daqs żgħir, li tejbu l-interazzjoni bejn is-surfactants u l-aluminju. Mesofażi eżagonali bidimensjonali ġiet iffurmata fil-proċess EISA u kalċinata f'400℃ biex tifforma materjal OMA. Fil-proċess tradizzjonali EISA, il-proċess ta' evaporazzjoni huwa akkumpanjat mill-idroliżi tal-prekursur organoaluminju, għalhekk il-kundizzjonijiet ta' evaporazzjoni għandhom influwenza importanti fuq ir-reazzjoni u l-istruttura finali tal-OMA. Il-pass tat-trattament solvotermali jippromwovi l-idroliżi kompleta tal-prekursur tal-aluminju u jipproduċi gruppi idrossiliċi tal-aluminju miġbura parzjalment ikkondensati. L-OMA hija ffurmata taħt firxa wiesgħa ta' kundizzjonijiet ta' evaporazzjoni. Meta mqabbla mal-MA ppreparata bil-metodu tradizzjonali EISA, l-OMA ppreparata bil-metodu SA-EISA għandha volum ta' pori ogħla, erja tal-wiċċ speċifika aħjar u stabbiltà termali aħjar. Fil-futur, il-metodu EISA jista' jintuża biex jipprepara MA b'apertura ultra-kbira b'rata ta' konverżjoni għolja u selettività eċċellenti mingħajr ma jintuża aġent ta' reaming.
Fig. 1 dijagramma tal-fluss tal-metodu SA-EISA għas-sinteżi ta' materjali OMA
1.2.2 proċessi oħra
Il-preparazzjoni konvenzjonali tal-MA teħtieġ kontroll preċiż tal-parametri tas-sintesi biex tinkiseb struttura mesoporuża ċara, u t-tneħħija tal-materjali template hija wkoll ta’ sfida, u dan jikkomplika l-proċess tas-sintesi. Fil-preżent, ħafna letteratura rrappurtat is-sintesi tal-MA b’templates differenti. Fi snin reċenti, ir-riċerka ffokat prinċipalment fuq is-sintesi tal-MA bil-glukożju, sukrożju u lamtu bħala templates permezz tal-isopropossidu tal-aluminju f’soluzzjoni akwea. Il-biċċa l-kbira ta’ dawn il-materjali MA huma sintetizzati minn nitrat tal-aluminju, sulfat u alkossidu bħala sorsi tal-aluminju. L-MA CTAB jista’ jinkiseb ukoll permezz ta’ modifika diretta tal-PB bħala sors tal-aluminju. L-MA bi proprjetajiet strutturali differenti, jiġifieri Al2O3)-1, Al2O3)-2 u al2o3, u għandu stabbiltà termali tajba. Iż-żieda ta’ surfactant ma tbiddilx l-istruttura kristallina inerenti tal-PB, iżda tbiddel il-mod ta’ stivar tal-partiċelli. Barra minn hekk, il-formazzjoni tal-Al2O3-3 hija ffurmata mill-adeżjoni ta’ nanopartiċelli stabbilizzati minn solvent organiku PEG jew aggregazzjoni madwar PEG. Madankollu, id-distribuzzjoni tad-daqs tal-pori tal-Al2O3-1 hija dejqa ħafna. Barra minn hekk, katalisti bbażati fuq il-palladju ġew ippreparati b'MA sintetiku bħala trasportatur. Fir-reazzjoni tal-kombustjoni tal-metanu, il-katalist appoġġjat minn Al2O3-3 wera prestazzjoni katalitika tajba.
Għall-ewwel darba, MA b'distribuzzjoni tad-daqs tal-pori relattivament dejqa ġiet ippreparata bl-użu ta' gagazza sewda tal-aluminju ABD irħisa u rikka fl-aluminju. Il-proċess ta' produzzjoni jinkludi proċess ta' estrazzjoni f'temperatura baxxa u pressjoni normali. Il-partiċelli solidi li jitħallew fil-proċess ta' estrazzjoni mhux se jniġġsu l-ambjent, u jistgħu jiġu f'munzelli b'riskju baxx jew jerġgħu jintużaw bħala mili jew aggregat fl-applikazzjoni tal-konkrit. L-erja tal-wiċċ speċifika tal-MA sintetizzata hija 123~162m2/g, Id-distribuzzjoni tad-daqs tal-pori hija dejqa, ir-raġġ tal-quċċata huwa 5.3nm, u l-porożità hija 0.37 cm3/g. Il-materjal huwa ta' daqs nano u d-daqs tal-kristall huwa madwar 11nm. Is-sinteżi fi stat solidu hija proċess ġdid biex tiġi sintetizzata MA, li jista' jintuża biex jipproduċi assorbent radjokimiku għal użu kliniku. Materja prima tal-klorur tal-aluminju, tal-karbonat tal-ammonju u tal-glukożju huma mħallta fi proporzjon molari ta' 1: 1.5: 1.5, u l-MA hija sintetizzata permezz ta' reazzjoni mekkanokimika ġdida fi stat solidu. Billi tikkonċentra 131I f'tagħmir tal-batterija termali, ir-rendiment totali ta' 131I wara l-konċentrazzjoni huwa ta' 90%, u s-soluzzjoni ta' 131I[NaI] miksuba għandha konċentrazzjoni radjuattiva għolja (1.7TBq/mL), u b'hekk tirrealizza l-użu ta' kapsuli ta' doża kbira ta' 131I[NaI] għat-trattament tal-kanċer tat-tirojde.
Fil-qosor, fil-futur, jistgħu jiġu żviluppati wkoll mudelli molekulari żgħar biex jinbnew strutturi ta' pori ordnati b'ħafna livelli, jaġġustaw b'mod effettiv l-istruttura, il-morfoloġija u l-proprjetajiet kimiċi tal-wiċċ tal-materjali, u jiġġeneraw erja tal-wiċċ kbira u MA ta' wormhole ordnata. Esplora mudelli rħas u sorsi tal-aluminju, ottimizza l-proċess ta' sinteżi, ċċara l-mekkaniżmu ta' sinteżi u ggwida l-proċess.
Metodu ta' modifika ta' 2 MA
Il-metodi ta' distribuzzjoni uniformi tal-komponenti attivi fuq trasportatur MA jinkludu impregnazzjoni, sinteżi in situ, preċipitazzjoni, skambju ta' joni, taħlit mekkaniku u tidwib, li fosthom l-ewwel tnejn huma l-aktar użati komunement.
2.1 metodu ta' sinteżi in situ
Gruppi użati fil-modifika funzjonali huma miżjuda fil-proċess tat-tħejjija tal-MA biex jimmodifikaw u jistabbilizzaw l-istruttura skeletru tal-materjal u jtejbu l-prestazzjoni katalitika. Il-proċess huwa muri fil-Figura 2. Liu et al. sintetizzaw Ni/Mo-Al2O3in situ b'P123 bħala mudell. Kemm Ni kif ukoll Mo ġew imxerrda f'kanali MA ordnati, mingħajr ma qerdu l-istruttura mesoporuża tal-MA, u l-prestazzjoni katalitika tjiebet b'mod ovvju. Bl-adozzjoni ta' metodu ta' tkabbir in situ fuq sottostrat gamma-al2o3 sintetizzat, meta mqabbel ma' γ-Al2O3, MnO2-Al2O3 għandu erja tal-wiċċ speċifika BET u volum tal-pori akbar, u għandu struttura mesoporuża bimodali b'distribuzzjoni tad-daqs tal-pori dejqa. MnO2-Al2O3 għandu rata ta' adsorbiment mgħaġġla u effiċjenza għolja għal F-, u għandu firxa wiesgħa ta' applikazzjoni ta' pH (pH = 4 ~ 10), li hija adattata għal kundizzjonijiet prattiċi ta' applikazzjoni industrijali. Il-prestazzjoni tar-riċiklaġġ ta' MnO2-Al2O3 hija aħjar minn dik ta' γ-Al2O. L-istabbiltà strutturali teħtieġ li tiġi ottimizzata aktar. Fil-qosor, il-materjali modifikati bl-MA miksuba permezz ta' sinteżi in situ għandhom ordni strutturali tajba, interazzjoni qawwija bejn il-gruppi u t-trasportaturi tal-alumina, kombinazzjoni stretta, tagħbija kbira ta' materjal, u mhumiex faċli li jikkawżaw it-twaqqigħ tal-komponenti attivi fil-proċess ta' reazzjoni katalitika, u l-prestazzjoni katalitika titjieb b'mod sinifikanti.
Fig. 2 Preparazzjoni ta' MA funzjonalizzat permezz ta' sinteżi in situ
2.2 metodu ta' impregnazzjoni
L-għaddasa tal-MA ppreparata fil-grupp modifikat, u l-kisba tal-materjal MA modifikat wara t-trattament, sabiex jiġu realizzati l-effetti tal-katalisi, l-assorbiment u affarijiet simili. Cai et al. ħejjew MA minn P123 bil-metodu sol-gel, u xarrbuha f'soluzzjoni ta' etanol u tetraethylenepentamine biex jiksbu materjal MA modifikat bl-amino b'prestazzjoni qawwija ta' assorbiment. Barra minn hekk, Belkacemi et al. għaddsuha f'soluzzjoni ta' ZnCl2 bl-istess proċess biex jiksbu materjali MA modifikati ddoppjati biż-żingu ordnati. L-erja tal-wiċċ speċifika u l-volum tal-pori huma 394m2/g u 0.55 cm3/g, rispettivament. Meta mqabbel mal-metodu ta' sinteżi in situ, il-metodu ta' impregnazzjoni għandu dispersjoni aħjar tal-elementi, struttura mesoporuża stabbli u prestazzjoni tajba ta' assorbiment, iżda l-forza ta' interazzjoni bejn il-komponenti attivi u t-trasportatur tal-alumina hija dgħajfa, u l-attività katalitika hija faċilment interferita minn fatturi esterni.
3 progress funzjonali
Is-sintesi ta' MA tad-dinja rari bi proprjetajiet speċjali hija x-xejra ta' żvilupp fil-futur. Fil-preżent, hemm ħafna metodi ta' sinteżi. Il-parametri tal-proċess jaffettwaw il-prestazzjoni tal-MA. L-erja tal-wiċċ speċifika, il-volum tal-pori u d-dijametru tal-pori tal-MA jistgħu jiġu aġġustati skont it-tip ta' mudell u l-kompożizzjoni tal-prekursur tal-aluminju. It-temperatura tal-kalċinazzjoni u l-konċentrazzjoni tal-mudell tal-polimeru jaffettwaw l-erja tal-wiċċ speċifika u l-volum tal-pori tal-MA. Suzuki u Yamauchi sabu li t-temperatura tal-kalċinazzjoni żdiedet minn 500 ℃ għal 900 ℃. L-apertura tista' tiżdied u l-erja tal-wiċċ tista' titnaqqas. Barra minn hekk, it-trattament ta' modifikazzjoni tad-dinja rari jtejjeb l-attività, l-istabbiltà termali tal-wiċċ, l-istabbiltà strutturali u l-aċidità tal-wiċċ tal-materjali MA fil-proċess katalitiku, u jissodisfa l-iżvilupp tal-funzjonalizzazzjoni tal-MA.
3.1 Assorbent tad-Defluworinazzjoni
Il-fluworin fl-ilma tax-xorb fiċ-Ċina huwa ta’ ħsara serja. Barra minn hekk, iż-żieda fil-kontenut tal-fluworin fis-soluzzjoni industrijali taż-żingu sulfat se twassal għall-korrużjoni tal-pjanċa tal-elettrodu, id-deterjorament tal-ambjent tax-xogħol, it-tnaqqis fil-kwalità taż-żingu elettriku u t-tnaqqis fl-ammont ta’ ilma riċiklat fis-sistema tal-produzzjoni tal-aċidu u l-proċess tal-elettroliżi tal-gass taċ-ċumnija tax-xiwi tal-forn tas-sodda fluwidizzata. Fil-preżent, il-metodu ta’ adsorbiment huwa l-aktar attraenti fost il-metodi komuni ta’ defluorinazzjoni mxarrba. Madankollu, hemm xi nuqqasijiet, bħal kapaċità fqira ta’ adsorbiment, firxa dejqa ta’ pH disponibbli, tniġġis sekondarju, eċċ. Il-karbonju attivat, l-alumina amorfa, l-alumina attivata u assorbenti oħra ntużaw għad-defluworinazzjoni tal-ilma, iżda l-ispiża tal-assorbenti hija għolja, u l-kapaċità ta' adsorbiment ta' F-f'soluzzjoni newtrali jew konċentrazzjoni għolja hija baxxa. L-alumina attivata saret l-aktar adsorbent studjat b'mod wiesa' għat-tneħħija tal-fluworidu minħabba l-affinità għolja u s-selettività tagħha għall-fluworidu f'valur ta' pH newtrali, iżda hija limitata mill-kapaċità fqira ta' adsorbiment tal-fluworidu, u biss f'pH <6 jista' jkollha prestazzjoni tajba ta' adsorbiment tal-fluworidu. L-MA ġibdet attenzjoni wiesgħa fil-kontroll tat-tniġġis ambjentali minħabba l-erja tal-wiċċ speċifika kbira tagħha, l-effett uniku tad-daqs tal-pori, il-prestazzjoni aċidu-bażi, l-istabbiltà termali u mekkanika. Kundu et al. ħejjew MA b'kapaċità massima ta' adsorbiment tal-fluworidu ta' 62.5 mg/g. Il-kapaċità ta' adsorbiment tal-fluworidu tal-MA hija influwenzata ħafna mill-karatteristiċi strutturali tagħha, bħall-erja tal-wiċċ speċifika, il-gruppi funzjonali tal-wiċċ, id-daqs tal-pori u d-daqs totali tal-pori. L-aġġustament tal-istruttura u l-prestazzjoni tal-MA huwa mod importanti biex tittejjeb il-prestazzjoni ta' adsorbiment tagħha.
Minħabba l-aċidu iebes ta' La u l-bażiċità iebsa tal-fluworu, hemm affinità qawwija bejn La u l-joni tal-fluworu. Fi snin reċenti, xi studji sabu li La bħala modifikatur jista' jtejjeb il-kapaċità ta' adsorbiment tal-fluworidu. Madankollu, minħabba l-istabbiltà strutturali baxxa tal-assorbenti tad-dinja rari, aktar dinja rari jiġu rilaxxati fis-soluzzjoni, li jirriżulta fi tniġġis sekondarju tal-ilma u ħsara lis-saħħa tal-bniedem. Min-naħa l-oħra, konċentrazzjoni għolja ta' aluminju fl-ambjent tal-ilma hija waħda mill-veleni għas-saħħa tal-bniedem. Għalhekk, huwa meħtieġ li jiġi ppreparat tip ta' adsorbent kompost b'stabbiltà tajba u mingħajr tnixxija jew inqas tnixxija ta' elementi oħra fil-proċess tat-tneħħija tal-fluworu. MA modifikat minn La u Ce ġie ppreparat bil-metodu ta' impregnazzjoni (La/MA u Ce/MA). Ossidi tad-dinja rari ġew mgħobbija b'suċċess fuq wiċċ MA għall-ewwel darba, li kellu prestazzjoni ogħla ta' defluworinazzjoni. Il-mekkaniżmi ewlenin tat-tneħħija tal-fluworin huma l-assorbiment elettrostatiku u l-assorbiment kimiku, l-attrazzjoni tal-elettroni ta' ċarġ pożittiv tal-wiċċ u r-reazzjoni ta' skambju ta' ligand jingħaqdu mal-idrossil tal-wiċċ, il-grupp funzjonali idrossil fuq il-wiċċ tal-assorbent jiġġenera rabta tal-idroġenu ma' F-, il-modifika ta' La u Ce ttejjeb il-kapaċità ta' assorbiment tal-fluworin, La/MA fih aktar siti ta' assorbiment tal-idrossil, u l-kapaċità ta' assorbiment ta' F hija fl-ordni ta' La/MA>Ce/MA>MA. Biż-żieda tal-konċentrazzjoni inizjali, il-kapaċità ta' assorbiment tal-fluworin tiżdied. L-effett ta' assorbiment huwa l-aħjar meta l-pH huwa 5~9, u l-proċess ta' assorbiment tal-fluworin jaqbel mal-mudell ta' assorbiment iżotermali ta' Langmuir. Barra minn hekk, l-impuritajiet tal-joni tas-sulfat fl-alumina jistgħu wkoll jaffettwaw b'mod sinifikanti l-kwalità tal-kampjuni. Għalkemm ir-riċerka relatata dwar l-alumina modifikata b'elementi rari tad-dinja twettqet, il-biċċa l-kbira tar-riċerka tiffoka fuq il-proċess tal-assorbent, li huwa diffiċli biex jintuża industrijalment. Fil-futur, nistgħu nistudjaw il-mekkaniżmu ta' dissoċjazzjoni tal-kumpless tal-fluworin f'soluzzjoni taż-żingu sulfat u l-karatteristiċi tal-migrazzjoni tal-joni tal-fluworin, niksbu assorbent tal-joni tal-fluworin effiċjenti, bi prezz baxx u rinnovabbli għad-defluworinazzjoni tas-soluzzjoni taż-żingu sulfat fis-sistema tal-idrometallurġija taż-żingu, u nistabbilixxu mudell ta' kontroll tal-proċess għat-trattament ta' soluzzjoni b'livell għoli ta' fluworin ibbażat fuq nano-assorbent MA b'elementi rari tad-dinja.
3.2 Katalist
3.2.1 Riformar niexef tal-metanu
L-art rari tista' taġġusta l-aċidità (bażiċità) ta' materjali porużi, iżżid il-vakanza tal-ossiġnu, u tissintetizza katalisti b'dispersjoni uniformi, skala nanometrika u stabbiltà. Spiss tintuża biex tappoġġja metalli nobbli u metalli ta' transizzjoni biex tikkatalizza l-metanazzjoni tas-CO2. Fil-preżent, materjali mesoporużi modifikati bl-art rari qed jiżviluppaw lejn ir-riformar niexef tal-metanu (MDR), id-degradazzjoni fotokatalitika tal-VOCs u l-purifikazzjoni tal-gass tad-denb. Meta mqabbla ma' metalli nobbli (bħal Pd, Ru, Rh, eċċ.) u metalli ta' transizzjoni oħra (bħal Co, Fe, eċċ.), il-katalist Ni/Al2O3 jintuża ħafna għall-attività u s-selettività katalitika ogħla tiegħu, l-istabbiltà għolja u l-ispiża baxxa għall-metanu. Madankollu, is-sinterizzazzjoni u d-depożizzjoni tal-karbonju tan-nanopartiċelli Ni fuq il-wiċċ ta' Ni/Al2O3 iwasslu għad-diżattivazzjoni rapida tal-katalist. Għalhekk, huwa meħtieġ li jiżdied aċċeleratur, jiġi modifikat it-trasportatur tal-katalist u tittejjeb ir-rotta ta' preparazzjoni biex tittejjeb l-attività katalitika, l-istabbiltà u r-reżistenza għall-ħruq. B'mod ġenerali, l-ossidi tad-dinja rari jistgħu jintużaw bħala promoturi strutturali u elettroniċi f'katalisti eteroġenji, u CeO2 itejjeb it-tixrid tan-Ni u jibdel il-proprjetajiet tan-Ni metalliku permezz ta' interazzjoni qawwija ta' appoġġ tal-metall.
L-MA jintuża ħafna biex itejjeb it-tixrid tal-metalli, u jipprovdi trażżin għall-metalli attivi biex jipprevjeni l-agglomerazzjoni tagħhom. La2O3 b'kapaċità għolja ta' ħażna ta' ossiġnu jtejjeb ir-reżistenza tal-karbonju fil-proċess ta' konverżjoni, u La2O3 jippromwovi t-tixrid ta' Co fuq alumina mesoporuża, li għandha attività ta' riforma u reżiljenza għolja. Il-promotur La2O3 iżid l-attività MDR tal-katalist Co/MA, u l-fażijiet Co3O4 u CoAl2O4 huma ffurmati fuq il-wiċċ tal-katalist. Madankollu, La2O3 mifrux ħafna għandu qmuħ żgħar ta' 8nm ~ 10nm. Fil-proċess MDR, l-interazzjoni in situ bejn La2O3 u CO2 iffurmat il-mesofażi La2O2CO3, li wasslet għall-eliminazzjoni effettiva ta' CxHy fuq il-wiċċ tal-katalist. La2O3 jippromwovi t-tnaqqis tal-idroġenu billi jipprovdi densità ogħla ta' elettroni u jtejjeb il-vakanza tal-ossiġnu f'10% Co/MA. Iż-żieda ta' La2O3 tnaqqas l-enerġija ta' attivazzjoni apparenti tal-konsum tas-CH4. Għalhekk, ir-rata ta' konverżjoni tas-CH4 żdiedet għal 93.7% f'1073K K. Iż-żieda ta' La2O3 tejbet l-attività katalitika, ippromwoviet it-tnaqqis tal-H2, żiedet in-numru ta' siti attivi tas-Co0, ipproduċiet inqas karbonju depożitat u żiedet il-vakanza tal-ossiġnu għal 73.3%.
Ce u Pr ġew appoġġjati fuq katalist Ni/Al2O3 permezz tal-metodu ta' impregnazzjoni b'volum ugwali f'Li Xiaofeng. Wara ż-żieda ta' Ce u Pr, is-selettività għal H2 żdiedet u s-selettività għal CO naqset. L-MDR modifikat minn Pr kellu kapaċità katalitika eċċellenti, u s-selettività għal H2 żdiedet minn 64.5% għal 75.6%, filwaqt li s-selettività għal CO naqset minn 31.4%. Peng Shujing et al. użaw il-metodu sol-gel, MA modifikat bis-Ce ġie ppreparat b'isopropossidu tal-aluminju, solvent ta' isopropanol u eżaidrat tan-nitrat taċ-ċerju. L-erja tal-wiċċ speċifika tal-prodott żdiedet xi ftit. Iż-żieda ta' Ce naqqset l-aggregazzjoni ta' nanopartiċelli bħal vireg fuq il-wiċċ tal-MA. Xi gruppi idrossiliċi fuq il-wiċċ ta' γ-Al2O3 kienu bażikament mgħottija minn komposti Ce. L-istabbiltà termali tal-MA tjiebet, u ma seħħet l-ebda trasformazzjoni tal-fażi kristallina wara kalċinazzjoni f'1000℃ għal 10 sigħat. Wang Baowei et al. Materjal MA ppreparat CeO2-Al2O4 bil-metodu ta' kopreċipitazzjoni. CeO2 bi qmuħ żgħar kubiċi kien imxerred b'mod uniformi fl-alumina. Wara li Co u Mo ġew appoġġjati fuq CeO2-Al2O4, l-interazzjoni bejn l-alumina u l-komponent attiv Co u Mo ġiet inibita b'mod effettiv minn CEO2
Il-promoturi tad-dinja rari (La, Ce, y u Sm) huma kkombinati ma' katalist Co/MA għall-MDR, u l-proċess huwa muri fil-figura 3. Il-promoturi tad-dinja rari jistgħu jtejbu t-tixrid ta' Co fuq trasportatur MA u jinibixxu l-agglomerazzjoni ta' partiċelli Co. Iktar ma jkun żgħir id-daqs tal-partiċelli, iktar tkun b'saħħitha l-interazzjoni Co-MA, iktar tkun b'saħħitha l-abbiltà katalitika u ta' sinterizzazzjoni fil-katalist YCo/MA, u l-effetti pożittivi ta' diversi promoturi fuq l-attività MDR u d-depożizzjoni tal-karbonju. Il-Figura 4 hija immaġni HRTEM wara trattament MDR f'1023K, Co2: ch4: N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3.1 għal 8 sigħat. Il-partiċelli Co jeżistu fil-forma ta' tikek suwed, filwaqt li t-trasportaturi MA jeżistu fil-forma ta' griż, li jiddependi mid-differenza fid-densità tal-elettroni. Fl-immaġni HRTEM b'10%Co/MA (fig. 4b), l-agglomerazzjoni ta' partiċelli tal-metall Co hija osservata fuq trasportaturi ma. Iż-żieda ta' promotur tad-dinja rari tnaqqas il-partiċelli Co għal 11.0nm~12.5nm. YCo/MA għandu interazzjoni qawwija Co-MA, u l-prestazzjoni tas-sinterizzazzjoni tiegħu hija aħjar minn katalisti oħra. Barra minn hekk, kif muri fil-figuri 4b sa 4f, nanowires vojta tal-karbonju (CNF) huma prodotti fuq il-katalisti, li jibqgħu f'kuntatt mal-fluss tal-gass u jipprevjenu d-diżattivazzjoni tal-katalist.
Fig. 3 Effett taż-żieda ta' elementi rari tad-dinja fuq il-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi u l-prestazzjoni katalitika MDR tal-katalist Co/MA
3.2.2 Katalist tad-deossidazzjoni
Fe2O3/Meso-CeAl, katalist tad-deossidazzjoni bbażat fuq il-Fe ddoppjat bis-Ce, ġie ppreparat permezz ta' deidroġenazzjoni ossidattiva ta' 1-butene bis-CO2 bħala ossidant artab, u ntuża fis-sintesi ta' 1,3-butadiene (BD). Ce kien mifrux ħafna fil-matriċi tal-alumina, u Fe2O3/meso kien mifrux ħafna. Il-katalist Fe2O3/Meso-CeAl-100 mhux biss għandu speċi ta' ħadid mifruxa ħafna u proprjetajiet strutturali tajbin, iżda għandu wkoll kapaċità tajba ta' ħażna tal-ossiġnu, għalhekk għandu kapaċità tajba ta' adsorbiment u attivazzjoni tas-CO2. Kif muri fil-Figura 5, l-immaġini TEM juru li Fe2O3/Meso-CeAl-100 huwa regolari. Juri li l-istruttura tal-kanal simili għal dudu ta' MesoCeAl-100 hija maħlula u poruża, li hija ta' benefiċċju għat-tixrid tal-ingredjenti attivi, filwaqt li Ce mifrux ħafna huwa ddoppjat b'suċċess fil-matriċi tal-alumina. Il-materjal tal-kisi tal-katalist tal-metall nobbli li jissodisfa l-istandard ta' emissjoni ultra-baxxa tal-vetturi bil-mutur żviluppa struttura tal-pori, stabbiltà idrotermali tajba u kapaċità kbira ta' ħażna tal-ossiġnu.
3.2.3 Katalist għall-Vetturi
Kumplessi tad-dinja rari bbażati fuq l-aluminju kwaternarju appoġġjati minn Pd-Rh AlCeZrTiOx u AlLaZrTiOx biex jinkisbu materjali tal-kisi tal-katalist tal-karozzi. Il-kumpless tad-dinja rari bbażat fuq l-aluminju mesoporuż Pd-Rh/ALC jista' jintuża b'suċċess bħala katalist tal-purifikazzjoni tal-egżost tal-vetturi CNG b'durabbiltà tajba, u l-effiċjenza tal-konverżjoni tas-CH4, il-komponent ewlieni tal-gass tal-egżost tal-vetturi CNG, hija għolja sa 97.8%. Adotta metodu ta' pass wieħed idrotermMAl biex tipprepara dak il-materjal kompost tad-dinja rari ma biex tirrealizza awtoassemblaġġ. Prekursuri mesoporużi ordnati bi stat metastabbli u aggregazzjoni għolja ġew sintetizzati, u s-sintesi ta' RE-Al ikkonformat mal-mudell ta' "unità ta' tkabbir kompost", u b'hekk tirrealizza l-purifikazzjoni tal-konvertitur katalitiku bi tliet direzzjonijiet immuntat wara l-egżost tal-karozzi.
Fig. 4 Immaġini HRTEM ta’ ma (a), Co/MA(b), LaCo/MA(c), CeCo/MA(d), YCo/MA(e) u SmCo/MA(f)
Fig. 5 Immaġni TEM (A) u dijagramma tal-element EDS (b,c) ta' Fe2O3/Meso-CeAl-100
3.3 prestazzjoni luminuża
L-elettroni tal-elementi rari tad-dinja huma faċilment eċċitati biex jaqilbu bejn livelli ta' enerġija differenti u jarmu d-dawl. Jonji rari tad-dinja spiss jintużaw bħala attivaturi biex jippreparaw materjali luminexxenti. Jonji rari tad-dinja jistgħu jitgħabbew fuq il-wiċċ ta' mikrosferi vojta tal-fosfat tal-aluminju permezz tal-metodu ta' kopreċipitazzjoni u l-metodu ta' skambju ta' joni, u materjali luminexxenti AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd) jistgħu jiġu ppreparati. It-tul ta' mewġa luminexxenti huwa fir-reġjun ultravjola qrib. L-MA huwa magħmul f'films irqaq minħabba l-inerzja tiegħu, il-kostanti dielettrika baxxa u l-konduttività baxxa, li jagħmilha applikabbli għal apparati elettriċi u ottiċi, films irqaq, barrieri, sensuri, eċċ. Jista' jintuża wkoll għal rispons ta' sensing kristalli fotoniċi unidimensjonali, ġenerazzjoni ta' enerġija u kisi anti-riflessjoni. Dawn l-apparati huma films f'munzelli b'tul definit tal-passaġġ ottiku, għalhekk huwa meħtieġ li jiġu kkontrollati l-indiċi refrattiv u l-ħxuna. Fil-preżent, id-dijossidu tat-titanju u l-ossidu taż-żirkonju b'indiċi refrattiv għoli u d-dijossidu tas-silikon b'indiċi refrattiv baxx spiss jintużaw biex jiddisinjaw u jinbnew apparati bħal dawn. Il-firxa tad-disponibbiltà ta' materjali bi proprjetajiet kimiċi tal-wiċċ differenti hija estiża, u dan jagħmilha possibbli li jiġu ddisinjati sensuri avvanzati tal-fotoni. L-introduzzjoni ta' films MA u oxyhydroxide fid-disinn ta' apparati ottiċi turi potenzjal kbir għaliex l-indiċi refrattiv huwa simili għal dak tad-dijossidu tas-silikon. Iżda l-proprjetajiet kimiċi huma differenti.
3.4 stabbiltà termali
Biż-żieda fit-temperatura, is-sinterizzazzjoni taffettwa serjament l-effett tal-użu tal-katalist MA, u l-erja tal-wiċċ speċifika tonqos u l-fażi kristallina γ-Al2O3 tinbidel fil-fażijiet δ u θ għal χ. Il-materjali tad-dinja rari għandhom stabbiltà kimika tajba u stabbiltà termali, adattabilità għolja, u materja prima faċilment disponibbli u rħisa. Iż-żieda ta' elementi tad-dinja rari tista' ttejjeb l-istabbiltà termali, ir-reżistenza għall-ossidazzjoni f'temperatura għolja u l-proprjetajiet mekkaniċi tat-trasportatur, u taġġusta l-aċidità tal-wiċċ tat-trasportatur. La u Ce huma l-elementi ta' modifika l-aktar użati u studjati komunement. Lu Weiguang u oħrajn sabu li ż-żieda ta' elementi tad-dinja rari effettivament ipprevjeniet id-diffużjoni bl-ingrossa tal-partiċelli tal-alumina, La u Ce pproteġew il-gruppi idrossiliċi fuq il-wiċċ tal-alumina, inibixxu s-sinterizzazzjoni u t-trasformazzjoni tal-fażi, u naqqsu l-ħsara tat-temperatura għolja lill-istruttura mesoporuża. L-alumina ppreparata xorta għandha erja tal-wiċċ speċifika għolja u volum tal-pori. Madankollu, wisq jew ftit wisq elementi tad-dinja rari jnaqqsu l-istabbiltà termali tal-alumina. Li Yanqiu et al. Żidna 5% La2O3 ma' γ-Al2O3, li tejjeb l-istabbiltà termali u żiedet il-volum tal-pori u l-erja tal-wiċċ speċifika tat-trasportatur tal-alumina. Kif jidher mill-Figura 6, iż-żieda ta' La2O3 ma' γ-Al2O3 ittejjeb l-istabbiltà termali tat-trasportatur kompost tad-dinja rari.
Fil-proċess tad-doping ta' partiċelli nano-fibrużi b'La għal MA, l-erja tal-wiċċ BET u l-volum tal-pori ta' MA-La huma ogħla minn dawk ta' MA meta t-temperatura tat-trattament bis-sħana tiżdied, u d-doping b'La għandu effett ovvju ta' ritardament fuq is-sinterizzazzjoni f'temperatura għolja. Kif muri fil-figura 7, biż-żieda fit-temperatura, La jinibixxi r-reazzjoni tat-tkabbir tal-qamħ u t-trasformazzjoni tal-fażi, filwaqt li l-figuri 7a u 7c juru l-akkumulazzjoni ta' partiċelli nano-fibrużi. Fil-figura 7b, id-dijametru tal-partiċelli kbar prodotti mill-kalċinazzjoni f'1200℃ huwa madwar 100nm. Dan jimmarka s-sinterizzazzjoni sinifikanti ta' MA. Barra minn hekk, meta mqabbel ma' MA-1200, MA-La-1200 ma jiġġeneralx wara t-trattament bis-sħana. Biż-żieda ta' La, il-partiċelli nano-fibra għandhom kapaċità ta' sinterizzazzjoni aħjar. Anke f'temperatura ogħla ta' kalċinazzjoni, La iddopjat xorta jibqa' mxerred ħafna fuq il-wiċċ ta' MA. MA modifikat b'La jista' jintuża bħala t-trasportatur tal-katalist tal-Pd fir-reazzjoni ta' ossidazzjoni C3H8.
Fig. 6 Mudell tal-istruttura tas-sinterizzazzjoni tal-alumina b'elementi rari tad-dinja u mingħajrhom
Fig. 7 Immaġini TEM ta 'MA-400 (a), MA-1200 (b), MA-La-400 (c) u MA-La-1200 (d)
4 Konklużjoni
Jiġi introdott il-progress fil-preparazzjoni u l-applikazzjoni funzjonali ta' materjali MA modifikati b'elementi rari tad-dinja. L-MA modifikata b'elementi rari tad-dinja tintuża ħafna. Għalkemm saret ħafna riċerka fl-applikazzjoni katalitika, l-istabbiltà termali u l-assorbiment, ħafna materjali għandhom spiża għolja, ammont baxx ta' doping, ordni fqira u huma diffiċli biex jiġu industrijalizzati. Ix-xogħol li ġej jeħtieġ li jsir fil-futur: ottimizzazzjoni tal-kompożizzjoni u l-istruttura tal-MA modifikata b'elementi rari tad-dinja, għażla tal-proċess xieraq, Tissodisfa l-iżvilupp funzjonali; Stabbiliment ta' mudell ta' kontroll tal-proċess ibbażat fuq proċess funzjonali biex jitnaqqsu l-ispejjeż u titwettaq il-produzzjoni industrijali; Sabiex jiġu massimizzati l-vantaġġi tar-riżorsi rari tad-dinja taċ-Ċina, għandna nesploraw il-mekkaniżmu tal-modifika tal-MA modifikata b'elementi rari tad-dinja, intejbu t-teorija u l-proċess tal-preparazzjoni tal-MA modifikata b'elementi rari tad-dinja.
Proġett tal-Fond: Proġett ta' Innovazzjoni Ġenerali tax-Xjenza u t-Teknoloġija ta' Shaanxi (2011KTDZ01-04-01); Proġett ta' Riċerka Xjentifika Speċjali tal-2019 tal-Provinċja ta' Shaanxi (19JK0490); Proġett ta' riċerka xjentifika speċjali tal-2020 tal-Kulleġġ Huaqing, Università tal-Arkitettura u t-Teknoloġija ta' Xi'an (20KY02)
Sors: Dinja Rari
Ħin tal-posta: 04 ta' Lulju 2022