Ënnert den net-kiselhaltegen Oxiden huet Aluminiumoxid gutt mechanesch Eegeschaften, héich Temperaturbeständegkeet a Korrosiounsbeständegkeet, während mesoporös Aluminiumoxid (MA) eng justierbar Poregréisst, eng grouss spezifesch Uewerfläch, e grousst Porevolumen an niddreg Produktiounskäschten huet, wat wäit verbreet an der Katalyse, kontrolléierter Medikamentenfräisetzung, Adsorptioun an anere Beräicher, wéi Rëssbildung, Hydrorëssbildung an Hydroentschwefelung vu Pëtrolsrohmaterialien, benotzt gëtt. Mikroporös Aluminiumoxid gëtt dacks an der Industrie benotzt, awer et beaflosst direkt d'Aktivitéit vun Aluminiumoxid, d'Liewensdauer an d'Selektivitéit vum Katalysator. Zum Beispill, am Prozess vun der Autosauspuffreinigung bilden déi ofgelagert Schadstoffer aus Motoruelegadditiven Koks, wat zu enger Blockéierung vun de Katalysatorporen féiert an doduerch d'Aktivitéit vum Katalysator reduzéiert. Tenside kann benotzt ginn fir d'Struktur vum Aluminiumoxidträger unzepassen fir MA ze bilden. Seng katalytesch Leeschtung ze verbesseren.
MA huet e Restriktiounseffekt, an déi aktiv Metaller ginn no der Héichtemperaturkalzinatioun deaktivéiert. Zousätzlech fält no der Héichtemperaturkalzinatioun déi mesoporéis Struktur zesummen, den MA-Skelett ass an engem amorphen Zoustand, an d'Uewerflächensäuer kann seng Ufuerderungen am Beräich vun der Funktionaliséierung net erfëllen. Eng Modifikatiounsbehandlung ass dacks néideg fir d'katalytesch Aktivitéit, d'Stabilitéit vun der mesoporéiser Struktur, d'thermesch Stabilitéit vun der Uewerfläch an d'Uewerflächensäuer vun MA-Materialien ze verbesseren. Zu de gängege Modifikatiounsgruppen gehéieren Metallheteroatome (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr, etc.) a Metalloxide (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7, etc.), déi op d'Uewerfläch vum MA gelueden oder an de Skelett dotéiert ginn.
Déi speziell Elektronekonfiguratioun vun de seltenen Äerdmetaller gëtt hire Verbindungen speziell optesch, elektresch a magnetesch Eegeschaften, a gëtt a katalytesche Materialien, photoelektresche Materialien, Adsorptiounsmaterialien a magnetesche Materialien benotzt. Mesoporéis Materialien, déi duerch selten Äerdmetaller modifizéiert sinn, kënnen d'Säure- (Alkali-) Eegeschafte upassen, de Sauerstoffvakanz erhéijen a Metall-Nanokristalline-Katalysatoren mat enger eenheetlecher Dispersioun an enger stabiler Nanometerskala synthetiséieren. Geeignet poréis Materialien a selten Äerdmetaller kënnen d'Uewerflächendispersioun vu Metall-Nanokristaller an d'Stabilitéit an d'Resistenz géint Kuelestoffoflagerung vu Katalysatoren verbesseren. An dëser Aarbecht gëtt d'Modifikatioun an d'Funktionaliséierung vu seltenen Äerdmetaller (MA) agefouert, fir d'katalytesch Leeschtung, d'thermesch Stabilitéit, d'Sauerstoffspäicherkapazitéit, déi spezifesch Uewerfläch an d'Porestruktur ze verbesseren.
1 MA Virbereedung
1.1 Virbereedung vun engem Aluminiumoxidträger
D'Virbereedungsmethod vum Aluminiumoxidträger bestëmmt seng Porenstrukturverdeelung, an zu senge gängege Virbereedungsmethoden gehéieren d'Dehydratiounsmethod vum Pseudo-Böhmit (PB) an d'Sol-Gel-Method. Pseudo-Böhmit (PB) gouf fir d'éischt vum Calvet virgeschloen, an H+ huet d'Peptiséierung gefördert fir γ-AlOOH kolloidal PB mat Zwëscheschichtwaasser ze kréien, déi bei héijer Temperatur kalzinéiert an dehydratiséiert gouf fir Aluminiumoxid ze bilden. Jee no de verschiddene Rohmaterialien gëtt et dacks an d'Nidderschlagsmethod, d'Karboniséierungsmethod an d'Alkoholaluminiumhydrolysemethod opgedeelt. D'kolloidal Léislechkeet vum PB gëtt vun der Kristallinitéit beaflosst, an si gëtt mat der Erhéijung vun der Kristallinitéit optimiséiert, an och vun de Parameter vum Betribsprozess beaflosst.
PB gëtt normalerweis duerch d'Ausfällungsmethod preparéiert. Alkali gëtt an d'Aluminatléisung bäigefüügt oder Säure gëtt an d'Aluminatléisung bäigefüügt a fällt aus, fir hydratiséiert Aluminiumoxid (Alkali-Ausfällung) ze kréien, oder Säure gëtt an d'Aluminat-Ausfällung bäigefüügt, fir Aluminiumoxidmonohydrat ze kréien, dat dann gewäsch, gedréchent a kalzinéiert gëtt, fir PB ze kréien. D'Ausfällungsmethod ass einfach ze bedreiwen an deier, a gëtt dacks an der industrieller Produktioun benotzt, awer si gëtt vu ville Faktoren beaflosst (pH-Wäert vun der Léisung, Konzentratioun, Temperatur, etc.). An dës Konditioun fir Partikelen mat besserer Dispergabilitéit ze kréien ass streng. Bei der Karboniséierungsmethod gëtt Al(OH)3 duerch d'Reaktioun vu CO2 an NaAlO2 kritt, a PB kann no Alterung kritt ginn. Dës Method huet d'Virdeeler vun einfacher Operatioun, héijer Produktqualitéit, kenger Verschmotzung an niddrege Käschten, a kann Aluminiumoxid mat héijer katalytescher Aktivitéit, exzellenter Korrosiounsbeständegkeet an héijer spezifescher Uewerfläch mat niddreger Investitioun an héijer Rendement preparéieren. D'Aluminiumalkoxidhydrolysemethod gëtt dacks benotzt fir PB mat héijer Rengheet ze preparéieren. Aluminiumalkoxid gëtt hydrolyséiert fir Aluminiumoxidmonohydrat ze bilden, an duerno behandelt fir héichreine PB ze kréien, deen eng gutt Kristallinitéit, eng eenheetlech Partikelgréisst, eng konzentréiert Poregréisstverdeelung an eng héich Integritéit vu sphäresche Partikelen huet. De Prozess ass awer komplex, an et ass schwéier ze recuperéieren wéinst dem Gebrauch vu bestëmmte gëftege organesche Léisungsmëttel.
Zousätzlech ginn anorganesch Salzer oder organesch Metallverbindunge fir d'Virbereedung vun Aluminiumoxid-Virleefer mat der Sol-Gel-Method dacks benotzt, a rengt Waasser oder organesch Léisungsmëttel ginn derbäigesat fir Léisungen ze preparéieren fir e Sol ze generéieren, deen dann geliéiert, gedréchent a geréischtert gëtt. De Moment gëtt de Virbereedungsprozess vun Aluminiumoxid weiderhin op Basis vun der PB-Dehydratiounsmethod verbessert, an d'Karboniséierungsmethod ass wéinst senger Wirtschaftlechkeet an Ëmweltschutz zur Haaptmethod fir d'industriell Aluminiumoxidproduktioun ginn. Aluminiumoxid, deen mat der Sol-Gel-Method preparéiert gëtt, huet vill Opmierksamkeet op sech gezunn wéinst senger méi eenheetlecher Poregréisstverdeelung, wat eng potenziell Method ass, awer se muss verbessert ginn fir eng industriell Uwendung ëmzesetzen.
1.2 MA-Virbereedung
Konventionellt Aluminiumoxid kann déi funktionell Ufuerderungen net erfëllen, dofir ass et néideg, héichperformant MA ze preparéieren. D'Synthesemethoden enthalen normalerweis: Nano-Goss-Method mat Kuelestoffform als haart Schabloun; Synthese vun SDA: Verdampfungsinduzéierte Selbstassembléierungsprozess (EISA) a Präsenz vu mëllen Schablounen wéi SDA an aner kationesch, anionesch oder net-ionesch Tenside.
1.2.1 EISA-Prozess
Déi mëll Schabloun gëtt ënner sauren Zoustänn benotzt, wat de komplizéierten an zäitopwännege Prozess vun der haarder Membranmethod vermeit an déi kontinuéierlech Modulatioun vun der Apertur realiséiere kann. D'Virbereedung vun MA duerch EISA huet vill Opmierksamkeet op sech gezunn wéinst senger einfacher Disponibilitéit a Reproduzéierbarkeet. Verschidde mesoporös Strukturen kënne virbereet ginn. D'Poregréisst vun MA kann ugepasst ginn andeems d'hydrophob Kettenlängt vum Tensid geännert gëtt oder de molare Verhältnis vum Hydrolysekatalysator zum Aluminiumvirleefer an der Léisung ugepasst gëtt. Dofir gouf EISA, och bekannt als One-Step-Synthese- a Modifikatiouns-Sol-Gel-Method vun MA mat héijer Uewerfläch an geuerdnetem mesoporösem Aluminiumoxid (OMA), op verschidde mëll Schablounen, wéi P123, F127, Triethanolamin (Téi), etc. ugewannt. EISA kann de Koassembléierungsprozess vun Organoaluminiumvirleefer, wéi Aluminiumalkoxide a Tensid-Schablounen, typescherweis Aluminiumisopropoxid a P123, ersetzen, fir mesoporös Materialien ze liwweren. Déi erfollegräich Entwécklung vum EISA-Prozess erfuerdert eng präzis Upassung vun der Hydrolyse- a Kondensatiounskinetik, fir e stabilt Sol ze kréien an d'Entwécklung vun enger Mesophase ze erméiglechen, déi duerch Tensidmizellen am Sol geformt gëtt.
Am EISA-Prozess kann d'Benotzung vun net-wässerege Léisungsmëttelen (wéi Ethanol) an organesche Komplexbilder effektiv d'Hydrolyse- a Kondensatiounsquote vun Organoaluminium-Virleefer verlangsamen an d'Selbstopbau vun OMA-Materialien, wéi Al(OR)3 an Aluminiumisopropoxid, induzéieren. Wéinst der Verspéidung vun der Hydrolyse a Polykondensatioun huet den Zwëschenprodukt awer normalerweis eng hydrophob Grupp, wat et schwéier mécht, mat der Tensid-Virleefer ze interagéieren. Nëmmen wann d'Konzentratioun vum Tensid an de Grad vun der Hydrolyse a Polykondensatioun vun Aluminium am Prozess vun der Léisungsmëttelverdampfung graduell eropgesat ginn, kann d'Selbstopbau vu Virleefer an Aluminium stattfannen. Dofir beaflossen vill Parameteren, déi d'Verdampfungsbedingunge vu Léisungsmëttelen an d'Hydrolyse- a Kondensatiounsreaktioun vu Virleefer beaflossen, wéi Temperatur, relativ Fiichtegkeet, Katalysator, Léisungsmëttelverdampfungsquote, etc., déi endgülteg Montagestruktur. Wéi an der Fig. gewisen. 1, OMA-Materialien mat héijer thermescher Stabilitéit an héijer katalytescher Leeschtung goufen duerch solvothermesch assistéiert Verdampfungsinduzéiert Selbstassembléierung (SA-EISA) synthetiséiert. D'solvothermesch Behandlung huet d'komplett Hydrolyse vun Aluminiumvirgänger gefördert fir kleng Cluster-Aluminiumhydroxylgruppen ze bilden, wat d'Interaktioun tëscht Tensiden an Aluminium verbessert huet. Eng zweedimensional hexagonal Mesophas gouf am EISA-Prozess geformt a bei 400 ℃ kalzinéiert fir OMA-Material ze bilden. Am traditionellen EISA-Prozess gëtt de Verdampfungsprozess vun der Hydrolyse vum Organoaluminiumvirgänger begleet, sou datt d'Verdampfungsbedingungen en entscheedenden Afloss op d'Reaktioun an déi endgülteg Struktur vun OMA hunn. De solvothermesche Behandlungsschritt fördert déi komplett Hydrolyse vum Aluminiumvirgänger a produzéiert deelweis kondenséiert Cluster-Aluminiumhydroxylgruppen. OMA gëtt ënner enger breeder Palette vun Verdampfungsbedingungen geformt. Am Verglach mat MA, deen mat der traditioneller EISA-Method preparéiert gëtt, huet OMA, deen mat der SA-EISA-Method preparéiert gëtt, e méi héicht Porenvolumen, eng besser spezifesch Uewerfläch an eng besser thermesch Stabilitéit. An Zukunft kann d'EISA-Method benotzt ginn, fir MA mat ultragrousser Apertur mat héijer Konversiounsquote an exzellenter Selektivitéit ze preparéieren, ouni e Räimmëttel ze benotzen.
Fig. 1 Flossdiagramm vun der SA-EISA Method fir d'Synthese vun OMA Materialien
1.2.2 aner Prozesser
Konventionell MA-Virbereedung erfuerdert eng präzis Kontroll vun de Syntheseparameter fir eng kloer mesoporös Struktur z'erreechen, an d'Entfernung vu Schablounmaterialien ass och eng Erausfuerderung, wat de Syntheseprozess komplizéiert. Aktuell gëtt a ville Literaturen iwwer d'Synthese vun MA mat verschiddene Schablounen bericht. An de leschte Joren huet sech d'Fuerschung haaptsächlech op d'Synthese vun MA mat Glukos, Saccharose a Stärke als Schablounen duerch Aluminiumisopropoxid a wässerlecher Léisung konzentréiert. Déi meescht vun dësen MA-Materialien ginn aus Aluminiumnitrat, -sulfat an -alkoxid als Aluminiumquellen synthetiséiert. MA-CTAB kann och duerch direkt Modifikatioun vu PB als Aluminiumquell kritt ginn. MA mat verschiddene strukturellen Eegeschaften, z.B. Al2O3)-1, Al2O3)-2 an al2o3And huet eng gutt thermesch Stabilitéit. D'Zousätz vun engem Tensid ännert net déi inherent Kristallstruktur vu PB, awer ännert de Stapelmodus vun de Partikelen. Zousätzlech gëtt d'Bildung vun Al2O3-3 duerch d'Adhäsioun vun Nanopartikelen geformt, déi duerch organescht Léisungsmëttel PEG stabiliséiert sinn, oder Aggregatioun ronderëm PEG. D'Poregréisstverdeelung vun Al2O3-1 ass awer ganz enk. Zousätzlech goufen op Palladium baséiert Katalysatoren mat syntheteschen MA als Träger hiergestallt. An der Methanverbrennungsreaktioun huet de Katalysator, deen duerch Al2O3-3 ënnerstëtzt gouf, eng gutt katalytesch Leeschtung gewisen.
Fir d'éischt Kéier gouf MA mat enger relativ schmueler Poregréisstverdeelung mat Hëllef vu bëllegem an aluminiumräichem Aluminiumschwaarzschlack (ABD) hiergestallt. De Produktiounsprozess ëmfaasst en Extraktiounsprozess bei niddreger Temperatur an normalen Drock. Déi fest Partikelen, déi beim Extraktiounsprozess iwwreg bleiwen, verschmotzen d'Ëmwelt net a kënne mat wéineg Risiko opgestapelt oder als Fëllstoff oder Aggregat a Betonapplikatioune nei benotzt ginn. Déi spezifesch Uewerfläch vum synthetiséierten MA ass 123~162m2/g. D'Poregréisstverdeelung ass schmuel, de Spëtzeradius ass 5,3nm an d'Porositéit ass 0,37 cm3/g. D'Material ass nanogrouss an d'Kristallgréisst ass ongeféier 11nm. Festkierpersynthese ass en neie Prozess fir MA ze synthetiséieren, deen benotzt ka ginn fir radiochemesch Absorbent fir klinesch Uwendungen ze produzéieren. Aluminiumchlorid, Ammoniumkarbonat a Glukos-Rohmaterialien ginn an engem molare Verhältnis vun 1:1,5:1,5 gemëscht, an MA gëtt duerch eng nei mechanochemesch Festkierperreaktioun synthetiséiert. Duerch d'Konzentratioun vun 131I an thermesche Batterieausrüstung ass den Gesamtertrag vun 131I no der Konzentratioun 90%, an déi kritt 131I[NaI]-Léisung huet eng héich radioaktiv Konzentratioun (1,7 TBq/mL), wouduerch d'Benotzung vu grousser Dosis 131I[NaI]-Kapselen fir d'Behandlung vu Schilddrüsekriibs méiglech ass.
Zesummegefaasst, an Zukunft kënnen och kleng molekulare Schablounen entwéckelt ginn, fir méistufeg geuerdnete Porenstrukturen ze konstruéieren, d'Struktur, d'Morphologie an d'Uewerflächenchemesch Eegeschafte vu Materialien effektiv unzepassen, a grouss Uewerflächen an geuerdnete Wurmlach-MA ze generéieren. Bëlleg Schablounen an Aluminiumquellen entdecken, de Syntheseprozess optimiséieren, de Synthesemechanismus klären a de Prozess guidéieren.
Modifikatiounsmethod vun 2 MA
D'Methode fir d'aktiv Komponenten gläichméisseg op MA-Träger ze verdeelen enthalen Imprägnatioun, In-situ-Synthese, Nidderschlag, Ionenaustausch, mechanescht Mëschen a Schmëlzen, vun deenen déi éischt zwee am meeschte benotzt sinn.
2.1 In-situ Synthesemethod
Gruppen, déi an der funktioneller Modifikatioun benotzt ginn, ginn am Prozess vun der Virbereedung vun MA bäigefüügt, fir d'Skelettstruktur vum Material ze modifizéieren an ze stabiliséieren an d'katalytesch Leeschtung ze verbesseren. De Prozess ass an der Figur 2 gewisen. Liu et al. hunn Ni/Mo-Al2O3 in situ mat P123 als Schabloun synthetiséiert. Souwuel Ni wéi och Mo goufen an geuerdnete MA-Kanäl dispergéiert, ouni d'mesoporös Struktur vum MA ze zerstéieren, an d'katalytesch Leeschtung gouf offensichtlech verbessert. Mat enger In-situ-Wuesstumsmethod op engem synthetiséierte Gamma-al2o3-Substrat huet MnO2-Al2O3 am Verglach mat γ-Al2O3 eng méi grouss BET-spezifesch Uewerfläch a Porenvolumen, an eng bimodal mesoporös Struktur mat enger schmueler Porengréisstverdeelung. MnO2-Al2O3 huet eng séier Adsorptiounsquote an eng héich Effizienz fir F-, an huet e breede pH-Applikatiounsberäich (pH=4~10), wat fir praktesch industriell Uwendungsbedingungen gëeegent ass. D'Recyclingleistung vu MnO2-Al2O3 ass besser wéi déi vu γ-Al2O. D'Strukturstabilitéit muss weider optimiséiert ginn. Zesummegefaasst hunn déi MA-modifizéiert Materialien, déi duerch In-situ-Synthese kritt ginn, eng gutt strukturell Uerdnung, eng staark Interaktioun tëscht Gruppen an Aluminiumoxidträger, eng enk Kombinatioun, eng grouss Materialbelaaschtung, a si verursaachen net einfach de Verloscht vun aktiven Komponenten am katalytesche Reaktiounsprozess, an d'katalytesch Leeschtung ass däitlech verbessert.
Abb. 2 Virbereedung vu funktionaliséiertem MA duerch In-situ-Synthese
2.2 Imprägnatiounsmethod
D'preparéiert MA gëtt an déi modifizéiert Grupp ënnerdaucht an dat modifizéiert MA-Material no der Behandlung kritt, fir d'Effekter vun der Katalyse, der Adsorptioun a sou weider ze realiséieren. Cai et al. hunn MA aus P123 mat der Sol-Gel-Method preparéiert an an Ethanol an Tetraethylenpentamin-Léisung ageweit, fir e modifizéiert MA-Material mat enger staarker Adsorptiounsleistung ze kréien. Zousätzlech hunn de Belkacemi et al. mat deem selwechte Prozess an eng ZnCl2-Léisung getippt, fir mat Zink dotiert modifizéiert MA-Materialien ze kréien. Déi spezifesch Uewerfläch an de Porenvolumen sinn 394 m2/g respektiv 0,55 cm3/g. Am Verglach mat der In-situ-Synthesemethod huet d'Imprägnatiounsmethod eng besser Elementdispersioun, eng stabil mesoporös Struktur an eng gutt Adsorptiounsleistung, awer d'Interaktiounskraaft tëscht den aktiven Komponenten an dem Aluminiumoxidträger ass schwaach, an d'katalytesch Aktivitéit gëtt liicht duerch extern Faktoren gestéiert.
3 funktionelle Fortschrëtter
D'Synthese vu seltenen Äerdmetaller (MA) mat spezielle Eegeschaften ass den Entwécklungstrend an der Zukunft. Am Moment gëtt et vill Synthesemethoden. D'Prozessparameter beaflossen d'Leeschtung vun MA. Déi spezifesch Uewerfläch, de Porenvolumen an de Porenduerchmiesser vun MA kënnen no der Schablounenart an der Zesummesetzung vum Aluminiumvirleefer ugepasst ginn. D'Kalzinatiounstemperatur an d'Polymerschablounkonzentratioun beaflossen déi spezifesch Uewerfläch an de Porenvolumen vun MA. Suzuki a Yamauchi hunn erausfonnt, datt d'Kalzinatiounstemperatur vu 500 ℃ op 900 ℃ erhéicht gouf. D'Apertur kann erhéicht an d'Uewerfläch reduzéiert ginn. Zousätzlech verbessert d'Modifikatiounsbehandlung vu seltenen Äerdmetaller d'Aktivitéit, d'Uewerflächenthermesch Stabilitéit, d'Strukturstabilitéit an d'Uewerflächensäure vun MA-Materialien am katalytesche Prozess a gerecht der Entwécklung vun der MA-Funktionaliséierung.
3.1 Defluoréierungsadsorbent
De Fluor am Drénkwaasser a China ass eescht schiedlech. Zousätzlech féiert den Opstig vum Fluorgehalt an der industrieller Zinksulfatléisung zu Korrosioun vun der Elektrodenplack, enger Verschlechterung vum Aarbechtsëmfeld, enger Réckgang vun der Qualitéit vum elektreschen Zink an enger Ofsenkung vun der Quantitéit u recycléiertem Waasser am Säureproduktiounssystem an am Elektrolyseprozess vum Réischtergas aus engem Fluidbettuewen. Am Moment ass d'Adsorptiounsmethod déi attraktivst vun den übleche Methode vun der Naassdefluoréierung. Wéi och ëmmer, et gëtt e puer Nodeeler, wéi eng schlecht Adsorptiounskapazitéit, e schmuele pH-Beräich, sekundär Verschmotzung asw. Aktivkuel, amorph Aluminiumoxid, aktivéiert Aluminiumoxid an aner Adsorbentien goufen fir d'Defluoréierung vu Waasser benotzt, awer d'Käschte vun Adsorbentien sinn héich, an d'Adsorptiounskapazitéit vu F-an neutraler Léisung oder héijer Konzentratioun ass niddreg. Aktivéiert Aluminiumoxid ass zum am wäitste studéierten Adsorbent fir d'Entfernung vu Fluorid ginn wéinst senger héijer Affinitéit a Selektivitéit zu Fluorid bei neutralem pH-Wäert, awer et ass limitéiert duerch déi schlecht Adsorptiounskapazitéit vu Fluorid, an nëmmen bei pH < 6 kann et eng gutt Fluoridadsorptiounsleistung hunn. MA huet vill Opmierksamkeet an der Ëmweltverschmotzungskontroll op sech gezunn wéinst senger grousser spezifescher Uewerfläch, sengem eenzegaartegen Poregréissteffekt, senger Säure-Basen-Leistung, senger thermescher a mechanescher Stabilitéit. Kundu et al. hunn MA mat enger maximaler Fluoradsorptiounskapazitéit vu 62,5 mg/g hiergestallt. D'Fluoradsorptiounskapazitéit vu MA gëtt staark vun senge strukturellen Charakteristiken beaflosst, wéi spezifesch Uewerfläch, Uewerflächenfunktionsgruppen, Poregréisst a Gesamtporegréisst. D'Upassung vun der Struktur an der Leeschtung vu MA ass e wichtege Wee fir seng Adsorptiounsleistung ze verbesseren.
Wéinst der haarder Säure vun La an der haarder Basizitéit vu Fluor gëtt et eng staark Affinitéit tëscht La a Fluorionen. An de leschte Joren hunn e puer Studien erausfonnt, datt La als Modifikator d'Adsorptiounskapazitéit vu Fluorid verbessere kann. Wéinst der gerénger struktureller Stabilitéit vun den Adsorbente vu seltenen Äerdmetaller ginn awer méi selten Äerdmetaller an d'Léisung ausgelaugt, wat zu sekundärer Waasserverschmotzung a Schued fir d'mënschlech Gesondheet féiert. Op der anerer Säit ass eng héich Konzentratioun vun Aluminium am Waasserëmfeld ee vun de Gëfter fir d'mënschlech Gesondheet. Dofir ass et néideg, eng Zort Komposit-Adsorbent mat gudder Stabilitéit an ouni oder manner Auslauge vun aneren Elementer am Fluorentfernungsprozess ze preparéieren. MA, deen duerch La a Ce modifizéiert gouf, gouf mat der Imprägnatiounsmethod (La/MA a Ce/MA) preparéiert. Selten Äerdoxide goufen fir d'éischt Kéier erfollegräich op MA-Uewerfläch gelueden, déi eng méi héich Defluoréierungsleistung haten. Déi wichtegst Mechanismen fir d'Fluorentfernung sinn elektrostatesch Adsorptioun a chemesch Adsorptioun, d'Elektronezuzéiung vun der positiver Uewerflächenladung an d'Ligandaustauschreaktioun kombinéiert sech mat Uewerflächenhydroxyl, d'Hydroxylfunktionell Grupp op der Adsorbentuewerfläch generéiert eng Waasserstoffbindung mat F-, d'Modifikatioun vu La an Ce verbessert d'Adsorptiounskapazitéit vu Fluor, La/MA enthält méi Hydroxyladsorptiounsplazen, an d'Adsorptiounskapazitéit vu F ass an der Gréisstenuerdnung vun La/MA>Ce/MA>MA. Mat der Erhéijung vun der initialer Konzentratioun klëmmt d'Adsorptiounskapazitéit vu Fluor. Den Adsorptiounseffekt ass am beschten wann de pH 5~9 ass, an den Adsorptiounsprozess vu Fluor entsprécht dem Langmuir isothermen Adsorptiounsmodell. Zousätzlech kënnen d'Onreinheeten vu Sulfationen an Aluminiumoxid och d'Qualitéit vun de Proben däitlech beaflossen. Obwuel déi relevant Fuerschung iwwer mat seltenen Äerdmetaller modifizéiert Aluminiumoxid duerchgefouert gouf, konzentréiert sech déi meescht Fuerschung op de Prozess vum Adsorbent, deen schwéier industriell agesat ka ginn. An Zukunft kënne mir den Dissoziatiounsmechanismus vum Fluorkomplex an enger Zinksulfatléisung an d'Migratiounseigenschaften vu Fluorionen studéieren, en effizienten, bëllegen an erneierbaren Fluorionenadsorbent fir d'Defluoréierung vun der Zinksulfatléisung an engem Zinkhydrometallurgiesystem kréien, an e Prozesskontrollmodell fir d'Behandlung vu Léisungen mat héijem Fluorgehalt op Basis vun engem Nano-Adsorbent aus seltenen Äerdmetaller MA etabléieren.
3.2 Katalysator
3.2.1 Dréche Reforméierung vu Methan
Selten Äerdmetaller kënnen d'Säuregkeet (Basisitéit) vu poröse Materialien upassen, de Sauerstoffvakanz erhéijen a Katalysatoren mat enger eenheetlecher Dispersioun, Nanometerskala a Stabilitéit synthetiséieren. Et gëtt dacks benotzt fir Edelmetaller an Iwwergangsmetaller z'ënnerstëtzen, fir d'Methaniséierung vu CO2 ze katalyséieren. Aktuell entwéckelen sech mat seltenen Äerdmetaller modifizéiert mesoporéis Materialien a Richtung Methandrockreforméierung (MDR), photokatalytescher Degradatioun vu VOCs a Reinigung vum Réckgas. Am Verglach mat Edelmetaller (wéi Pd, Ru, Rh, etc.) an aneren Iwwergangsmetaller (wéi Co, Fe, etc.) gëtt den Ni/Al2O3-Katalysator wäit verbreet wéinst senger méi héijer katalytischer Aktivitéit a Selektivitéit, héijer Stabilitéit a niddrege Käschte fir Methan. Wéi och ëmmer, d'Sinteren an d'Kuelestoffoflagerung vun Ni-Nanopartikelen op der Uewerfläch vum Ni/Al2O3 féiert zu enger schneller Deaktivéierung vum Katalysator. Dofir ass et néideg, Beschleuniger bäizefügen, de Katalysatorträger ze modifizéieren an de Virbereedungswee ze verbesseren, fir d'katalytesch Aktivitéit, d'Stabilitéit an d'Verbrennungsbeständegkeet ze verbesseren. Am Allgemengen kënnen Oxide vu seltenen Äerdmetaller als strukturell an elektronesch Promoteuren an heterogenen Katalysatoren benotzt ginn, an CeO2 verbessert d'Dispersioun vun Ni a verännert d'Eegeschafte vu metalleschen Ni duerch eng staark Interaktioun mat Metallträger.
MA gëtt wäit verbreet benotzt fir d'Dispersioun vu Metaller ze verbesseren an aktiv Metaller ze bremsen, fir hir Agglomeratioun ze verhënneren. La₂O₃ mat héijer Sauerstoffspäicherkapazitéit verbessert d'Kuelestoffresistenz am Konversiounsprozess, an La₂O₃ fördert d'Dispersioun vu Co op mesoporösem Aluminiumoxid, wat eng héich Reforméierungsaktivitéit a Widderstandsfäegkeet huet. De La₂O₃Promoter erhéicht d'MDR-Aktivitéit vum Co/MA-Katalysator, an et gi Co₂O₄- a CoAl₂O₄-Phasen op der Katalysatoruewerfläch geformt. Wéi och ëmmer, den héich dispergéierten La₂O₃ huet kleng Kären vun 8nm~10nm. Am MDR-Prozess huet d'In-situ-Interaktioun tëscht La₂O₃ a CO₂ d'La₂O₂CO₃Mesophas geformt, déi déi effektiv Eliminatioun vu CxHy op der Katalysatoruewerfläch induzéiert huet. La₂O₃ fördert d'Waasserstoffreduktioun andeems et eng méi héich Elektronendichte bitt an d'Sauerstoffvakanz an 10%Co/MA erhéicht. D'Zousätzlech vu La₂O₃ reduzéiert déi scheinbar Aktivéierungsenergie vum CH₄-Verbrauch. Dofir ass d'Ëmwandlungsquote vu CH4 op 93,7% bei 1073K K eropgaang. D'Zousätzlech vun La2O3 huet d'katalytesch Aktivitéit verbessert, d'Reduktioun vun H2 gefördert, d'Zuel vun den aktiven Co0-Plazen erhéicht, manner ofgelagerte Kuelestoff produzéiert an de Sauerstoffvakanz op 73,3% erhéicht.
Ce a Pr goufen op engem Ni/Al2O3-Katalysator mat Hëllef vun der gläicher Volumen-Imprägnatiounsmethod am Li Xiaofeng ënnerstëtzt. Nom Zousaz vu Ce a Pr ass d'Selektivitéit zu H2 eropgaang an d'Selektivitéit zu CO erofgaang. Den duerch Pr modifizéierten MDR hat eng exzellent katalytesch Fäegkeet, an d'Selektivitéit zu H2 ass vu 64,5% op 75,6% eropgaang, während d'Selektivitéit zu CO vun 31,4% erofgaang ass. Peng Shujing et al. hunn d'Sol-Gel-Method benotzt. Ce-modifizéiert MA gouf mat Aluminiumisopropoxid, Isopropanol-Léisungsmëttel a Ceriumnitrat-Hexahydrat virbereet. Déi spezifesch Uewerfläch vum Produkt gouf liicht erhéicht. D'Zousaz vu Ce huet d'Aggregatioun vu staafefërmegen Nanopartikelen op der MA-Uewerfläch reduzéiert. E puer Hydroxylgruppen op der Uewerfläch vum γ-Al2O3 goufen am Fong vu Ce-Verbindunge bedeckt. D'thermesch Stabilitéit vum MA gouf verbessert, an no der Kalzinatioun bei 1000 ℃ fir 10 Stonnen ass keng Kristallphasentransformatioun opgetrueden. Wang Baowei et al. D'MA-Material CeO2-Al2O4 gouf mat der Coprezipitatiounsmethod virbereet. CeO2 mat klenge kubesche Kären gouf gläichméisseg an Aluminiumoxid dispergéiert. Nodeems Co a Mo op CeO2-Al2O4 ënnerstëtzt goufen, gouf d'Interaktioun tëscht Aluminiumoxid an den aktiven Komponenten Co a Mo effektiv duerch CEO2 inhibéiert.
D'Promotore vu seltenen Äerdmetaller (La, Ce, y an Sm) gi mat Co/MA-Katalysator fir MDR kombinéiert, an de Prozess gëtt an der Fig. 3 gewisen. D'Promotore vu seltenen Äerdmetaller kënnen d'Dispersioun vu Co um MA-Träger verbesseren an d'Agglomeratioun vu Co-Partikelen hemmen. Wat méi kleng d'Partikelgréisst ass, wat méi staark d'Co-MA-Interaktioun ass, wat méi staark d'katalytesch a Sinterfäegkeet am YCo/MA-Katalysator ass, an d'positiv Auswierkunge vu verschiddene Promotoren op d'MDR-Aktivitéit an d'Kuelestoffoflagerung sinn. Fig. 4 ass en HRTEM-Bild no enger MDR-Behandlung bei 1023K, Co2:ch4:N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3.1 fir 8 Stonnen. Co-Partikelen existéieren a Form vu schwaarze Flecken, während MA-Träger a Form vu Gro existéieren, wat vum Ënnerscheed vun der Elektronendicht ofhänkt. Am HRTEM-Bild mat 10%Co/MA (Fig. 4b) gëtt d'Agglomeratioun vu Co-Metallpartikelen op Ma-Träger observéiert. D'Zousätzlech vun engem Promotor aus seltenen Äerdmetaller reduzéiert d'Co-Partikelen op 11,0 nm ~ 12,5 nm. YCo/MA huet eng staark Co-MA-Interaktioun, a seng Sinterleistung ass besser wéi déi vun anere Katalysatoren. Zousätzlech, wéi an de Fig. 4b bis 4f gewisen, ginn huel Kuelestoff-Nanodréit (CNF) op de Katalysatoren produzéiert, déi a Kontakt mam Gasstroum bleiwen an d'Deaktivéierung vum Katalysator verhënneren.
Fig. 3 Effekt vun der Zousaz vun seltenen Äerdmetaller op physikalesch a chemesch Eegeschaften an MDR-katalytesch Leeschtung vum Co/MA-Katalysator
3.2.2 Deoxidatiounskatalysator
Fe2O3/Meso-CeAl, en Deoxidatiounskatalysator op Basis vu Fe mat Ce dotiert, gouf duerch oxidativ Dehydrogenéierung vun 1-Buten mat CO2 als mëllen Oxidatiounsmëttel hiergestallt a gouf an der Synthese vun 1,3-Butadien (BD) benotzt. Ce war staark an der Aluminiumoxidmatrix dispergéiert, an Fe2O3/Meso war staark dispergéiert. De Fe2O3/Meso-CeAl-100 Katalysator huet net nëmmen staark dispergéiert Eisenarten a gutt strukturell Eegeschaften, mä och eng gutt Sauerstoffspäicherkapazitéit, sou datt en eng gutt Adsorptiouns- a Aktivéierungskapazitéit vu CO2 huet. Wéi an der Figur 5 gewisen, weisen d'TEM-Biller, datt Fe2O3/Meso-CeAl-100 reegelméisseg ass. Si weisen, datt déi wormfërmeg Kanalstruktur vu MesoCeAl-100 locker a poréis ass, wat fir d'Dispersioun vun den aktiven Zutaten gutt ass, während staark dispergéiert Ce erfollegräich an der Aluminiumoxidmatrix dotiert gëtt. D'Beschichtungsmaterial vum Edelmetallkatalysator, dat den ultra-niddrege Emissiounsstandard vu Motorfahrzeuge erfëllt, huet eng Porenstruktur, eng gutt hydrothermesch Stabilitéit an eng grouss Sauerstoffspäicherkapazitéit entwéckelt.
3.2.3 Katalysator fir Gefierer
Pd-Rh-gestëtzte quaternär Aluminium-baséiert Seltenerde-Komplexe AlCeZrTiOx an AlLaZrTiOx fir Beschichtungsmaterialien fir Autoskatalysatoren ze kréien. De mesoporösen Aluminium-baséierten Seltenerde-Komplex Pd-Rh/ALC kann erfollegräich als CNG-Gefierausgasreinigungskatalysator mat gudder Haltbarkeet benotzt ginn, an d'Konversiounseffizienz vu CH4, dem Haaptbestanddeel vum CNG-Gefierausgas, ass bis zu 97,8% héich. Fir dat selten Erde-Ma-Kompositmaterial virzebereeden, gëtt eng hydrothermesch MA-Ee-Schrëtt-Method benotzt, fir d'Selbstassemblage z'erreechen. Bestallt mesoporös Virleefer mat metastabilem Zoustand an héijer Aggregatioun goufen synthetiséiert, an d'Synthese vu RE-Al entsprécht dem Modell vun der "Verbindungswuesstemseenheet", wouduerch d'Reinigung vun Autosausgas-Post-montéiertem Dräi-Wee-Katalysator realiséiert gëtt.
Fig. 4 HRTEM Biller vun ma (a), Co / MA (b), LaCo / MA (c), CeCo / MA (d), YCo / MA (e) an SmCo / MA (f)
Abb. 5 TEM-Bild (A) an EDS-Elementdiagramm (b,c) vu Fe2O3/Meso-CeAl-100
3.3 Liichtleistung
Elektrone vu seltenen Äerdmetaller gi liicht ugereegt, fir tëscht verschiddenen Energieniveauen ze wiesselen an Liicht auszestralen. Ionen vu seltenen Äerdmetaller ginn dacks als Aktivatoren benotzt, fir lumineszent Materialien ze preparéieren. Ionen vu seltenen Äerdmetaller kënnen op d'Uewerfläch vun Aluminiumphosphat-Hohlmikrokugelen duerch d'Kopräzipitatiounsmethod an d'Ionenaustauschmethod gelueden ginn, an et kënne lumineszent Materialien AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd) preparéiert ginn. D'lumineszent Wellelängt läit am nooste ultraviolett Beräich. MA gëtt wéinst senger Trägheet, gerénger dielektrescher Konstant a gerénger Konduktivitéit zu dënne Schichten gemaach, wat et op elektresch an optesch Apparater, dënn Schichten, Barrièren, Sensoren, etc. uwendbar mécht. Et kann och fir d'Detektioun vun eendimensionale photonesche Kristaller, Energiegeneratioun an Antireflexbeschichtungen benotzt ginn. Dës Apparater si gestapelte Filmer mat enger definéierter optescher Weelängt, dofir ass et néideg, de Breechungsindex an d'Dicke ze kontrolléieren. De Moment ginn Titandioxid an Zirkoniumoxid mat héijem Breechungsindex a Siliziumdioxid mat engem niddrege Breechungsindex dacks benotzt, fir sou Apparater ze designen an ze bauen. D'Disponibilitéit vu Materialien mat verschiddenen Uewerflächenchemeschen Eegeschafte gëtt erweidert, wat et erméiglecht, fortgeschratt Photonsensoren ze designen. D'Aféierung vun MA- a Oxyhydroxidfilmer am Design vun opteschen Apparater weist e grousst Potenzial, well de Breechungsindex ähnlech wéi dee vu Siliziumdioxid ass. Awer déi chemesch Eegeschafte sinn anescht.
3.4 thermesch Stabilitéit
Mat der Temperaturerhéijung beaflosst d'Sinterung den Notzungseffekt vum MA-Katalysator eescht, an d'spezifesch Uewerfläch hëlt of an d'γ-Al2O3 an der kristalliner Phas transforméiert sech an δ- an θ- an χ-Phasen. Selten Äerdmaterialien hunn eng gutt chemesch Stabilitéit an thermesch Stabilitéit, eng héich Adaptabilitéit a liicht verfügbar a bëlleg Rohmaterialien. D'Zousätzlech vu Selten Äerdelementer kann d'thermesch Stabilitéit, d'Oxidatiounsbeständegkeet bei héijen Temperaturen an d'mechanesch Eegeschafte vum Träger verbesseren an d'Uewerflächensäuerheet vum Träger upassen. La an Ce sinn déi am meeschte verbreet a studéiert Modifikatiounselementer. De Lu Weiguang an anerer hunn erausfonnt, datt d'Zousätzlech vu Selten Äerdelementer effektiv d'Diffusioun vun Aluminiumoxidpartikelen am Masse verhënnert hunn, La an Ce d'Hydroxylgruppen op der Uewerfläch vum Aluminiumoxid geschützt hunn, d'Sinterung an d'Phasentransformatioun hemmen an de Schued vun héijen Temperaturen un der mesoporöser Struktur reduzéiert hunn. Dat preparéiert Aluminiumoxid huet ëmmer nach eng héich spezifesch Uewerfläch a Porenvolumen. Wéi och ëmmer, ze vill oder ze wéineg Selten Äerdelementer wäert d'thermesch Stabilitéit vum Aluminiumoxid reduzéieren. Li Yanqiu et al. 5% La2O3 goufen zu γ-Al2O3 bäigefüügt, wat d'thermesch Stabilitéit verbessert an de Porenvolumen an d'spezifesch Uewerfläch vum Aluminiumoxidträger erhéicht huet. Wéi aus der Figur 6 ze gesinn ass, huet La2O3, deen zu γ-Al2O3 bäigefüügt gouf, d'thermesch Stabilitéit vum Kompositträger aus seltenen Äerdmetaller verbessert.
Beim Dotéiere vun Nanofaserpartikelen mat La op MA sinn d'BET-Uewerfläch an d'Porenvolumen vum MA-La méi héich wéi déi vum MA, wann d'Hëtzebehandlungstemperatur eropgeet, an d'Dotéiere mat La huet en offensichtlechen Retardeffekt op d'Sinteren bei héijer Temperatur. Wéi an der Fig. 7 gewisen, hemmt La mat der Temperaturerhéijung d'Reaktioun vum Kärwuesstum an der Phasentransformatioun, während d'Fig. 7a an 7c d'Akkumulation vun Nanofaserpartikelen weisen. An der Fig. 7b ass den Duerchmiesser vu grousse Partikelen, déi duerch Kalzinatioun bei 1200 ℃ produzéiert ginn, ongeféier 100 nm. Dëst markéiert déi bedeitend Sinterung vum MA. Zousätzlech aggregéiert MA-La-1200 am Verglach mam MA-1200 net no der Hëtzebehandlung. Mat der Zousaz vun La hunn d'Nanofaserpartikelen eng besser Sinterfäegkeet. Och bei méi héijer Kalzinatiounstemperatur ass dotéiert La ëmmer nach staark op der MA-Uewerfläch dispergéiert. Mat La modifizéierten MA kann als Träger vum Pd-Katalysator an der C3H8-Oxidatiounsreaktioun benotzt ginn.
Fig. 6 Strukturmodell vun der Sinterung vun Aluminiumoxid mat an ouni selten Äerdelementer
Fig. 7 TEM Biller vun MA-400 (a), MA-1200 (b), MA-La-400 (c) an MA-La-1200 (d)
4 Conclusioun
De Fortschrëtt vun der Virbereedung an der funktioneller Uwendung vu mat seltenen Äerdmetaller modifizéierten MA gëtt virgestallt. Mat seltenen Äerdmetaller modifizéiert MA gëtt wäit verbreet benotzt. Obwuel vill Fuerschung an der katalytescher Uwendung, thermescher Stabilitéit an Adsorptioun gemaach gouf, hunn vill Materialien héich Käschten, eng niddreg Dotierungsquantitéit, eng schlecht Uerdnung a si schwéier ze industrialiséieren. Déi folgend Aarbecht muss an Zukunft gemaach ginn: d'Zesummesetzung an d'Struktur vum mat seltenen Äerdmetaller modifizéierten MA optimiséieren, de passenden Prozess auswielen, déi funktionell Entwécklung erfëllen; e Prozesskontrollmodell baséiert op funktionelle Prozesser etabléieren fir d'Käschten ze reduzéieren an d'Industrieproduktioun ëmzesetzen; Fir d'Virdeeler vun de chinesesche Ressourcen mat seltenen Äerdmetaller ze maximéieren, solle mir de Mechanismus vun der Modifikatioun vun mat seltenen Äerdmetaller MA exploréieren an d'Theorie an de Prozess vun der Virbereedung vun mat seltenen Äerdmetaller modifizéierten MA verbesseren.
Fondsprojet: Shaanxi Wëssenschafts- a Technologie-Gesamtinnovatiounsprojet (2011KTDZ01-04-01); Provënz Shaanxi 2019 Spezialwëssenschaftlecht Fuerschungsprojet (19JK0490); 2020 Spezialwëssenschaftlecht Fuerschungsprojet vum Huaqing College, Xi'an Universitéit fir Architektur an Technologie (20KY02)
Quell: Rare Earth
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 04. Juli 2022