Under net-silisiumhoudende oksiden hat aluminiumoxide goede meganyske eigenskippen, hege temperatuerresistinsje en korrosjebestriding, wylst mesoporeuze aluminiumoxide (MA) in ferstelbere poaregrutte, in grut spesifyk oerflak, in grut poarevolume en lege produksjekosten hat, en in soad brûkt wurdt yn katalyse, kontroleare frijlitting fan medisinen, adsorpsje en oare fjilden, lykas kraken, hydrokraken en hydrodesulfurisaasje fan petroleumgrûnstoffen. Mikroporeuze aluminiumoxide wurdt faak brûkt yn 'e yndustry, mar it sil direkt ynfloed hawwe op 'e aktiviteit fan aluminiumoxide, de libbensdoer en selektiviteit fan 'e katalysator. Bygelyks, yn it proses fan auto-útlaatreiniging sille de ôfsette fersmoargjende stoffen fan motoroalje-tafoegings koks foarmje, wat sil liede ta it blokkearjen fan 'e katalysatorpoaren, wêrtroch't de aktiviteit fan 'e katalysator ferminderet. Surfactant kin brûkt wurde om de struktuer fan 'e aluminiumoxidedrager oan te passen om MA te foarmjen. Ferbetterje syn katalytyske prestaasjes.
MA hat in beheiningseffekt, en de aktive metalen wurde deaktivearre nei hege-temperatuer kalsinaasje. Derneist, nei hege-temperatuer kalsinaasje, falt de mesoporeuze struktuer yn, is it MA-skelet yn in amorfe steat, en kin de oerflaksoerheid net foldwaan oan syn easken op it mêd fan funksjonalisaasje. Modifikaasjebehanneling is faak nedich om de katalytyske aktiviteit, mesoporeuze struktuerstabiliteit, oerflaktermyske stabiliteit en oerflaksoerheid fan MA-materialen te ferbetterjen. Mienskiplike modifikaasjegroepen omfetsje metaalheteroatomen (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr, ensfh.) en metaaloksiden (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7, ensfh.) dy't op it oerflak fan MA laden of yn it skelet dopeare wurde.
De spesjale elektronkonfiguraasje fan seldsume ierde-eleminten makket dat har ferbiningen spesjale optyske, elektryske en magnetyske eigenskippen hawwe, en wurde brûkt yn katalytyske materialen, fotoelektryske materialen, adsorpsjematerialen en magnetyske materialen. Mei seldsume ierde modifisearre mesoporeuze materialen kinne de soere (alkali) eigenskippen oanpasse, de soerstoffakânsje ferheegje, en in metaal-nanokristallijne katalysator synthetisearje mei in unifoarme fersprieding en in stabile nanometerskaal. Passende poreuze materialen en seldsume ierde-eleminten kinne de oerflakfersprieding fan metaal-nanokristallen en de stabiliteit en wjerstân tsjin koalstofôfsetting fan katalysatoren ferbetterje. Yn dit artikel sil de modifikaasje en funksjonalisaasje fan seldsume ierde-eleminten fan MA yntrodusearre wurde om de katalytyske prestaasjes, termyske stabiliteit, soerstofopslachkapasiteit, spesifike oerflakte en poarstruktuer te ferbetterjen.
1 MA-tarieding
1.1 tarieding fan aluminiumoxidedrager
De tariedingsmetoade fan aluminiumoxidedrager bepaalt de ferdieling fan 'e poarstruktuer, en de mienskiplike tariedingsmetoaden omfetsje de pseudo-boehmyt (PB) dehydrataasjemetoade en de sol-gelmetoade. Pseudoboehmyt (PB) waard earst foarsteld troch Calvet, en H+ befoardere peptisaasje om γ-AlOOH kolloïdaal PB te krijen mei tuskenlaachwetter, dat by hege temperatuer kalsinearre en dehydratisearre waard om aluminiumoxide te foarmjen. Neffens ferskate grûnstoffen wurdt it faak ferdield yn delslachmetoade, karbonisaasjemetoade en alkoholaluminiumhydrolysemetoade. De kolloïdale oplosberens fan PB wurdt beynfloede troch kristalliniteit, en it wurdt optimalisearre mei de tanimming fan kristalliniteit, en wurdt ek beynfloede troch de parameters fan it wurkproses.
PB wurdt meastentiids taret troch de delslachmetoade. Alkali wurdt tafoege oan in aluminaatoplossing of soer wurdt tafoege oan in aluminaatoplossing en delslach om hydratisearre aluminiumoxide te krijen (alkali-delslach), of soer wurdt tafoege oan aluminaatdelslach om aluminiumoxidemonohydraat te krijen, dat dan wosken, droege en kalsinearre wurdt om PB te krijen. De delslachmetoade is maklik te betsjinjen en leech yn kosten, en wurdt faak brûkt yn yndustriële produksje, mar it wurdt beynfloede troch in protte faktoaren (pH fan 'e oplossing, konsintraasje, temperatuer, ensfh.). En dy betingst foar it krijen fan dieltsjes mei bettere dispersibiliteit is strang. Yn 'e karbonisaasjemetoade wurdt Al(OH)3 krigen troch de reaksje fan CO2 en NaAlO2, en PB kin krigen wurde nei ferâldering. Dizze metoade hat de foardielen fan ienfâldige operaasje, hege produktkwaliteit, gjin fersmoarging en lege kosten, en kin aluminiumoxide tariede mei hege katalytyske aktiviteit, poerbêste korrosjebestriding en hege spesifike oerflakte mei lege ynvestearring en hege opbringst. De aluminiumalkoxidehydrolysemetoade wurdt faak brûkt om PB mei hege suverens te meitsjen. Aluminiumalkoxide wurdt hydrolysearre om aluminiumoxidemonohydraat te foarmjen, en dan behannele om hege suverens PB te krijen, dat in goede kristalliniteit, unifoarme dieltsjegrutte, konsintrearre poarjegrutteferdieling en hege yntegriteit fan sferyske dieltsjes hat. It proses is lykwols kompleks, en it is lestich om te herstellen fanwegen it gebrûk fan bepaalde giftige organyske oplosmiddels.
Derneist wurde anorganyske sâlt of organyske ferbiningen fan metalen faak brûkt foar it tarieden fan aluminiumoxide-foargongers mei de sol-gel-metoade, en suver wetter of organyske oplosmiddels wurde tafoege om oplossingen ta te rieden om sol te generearjen, dy't dan geljeard, droege en roastere wurdt. Op it stuit wurdt it tariedingsproses fan aluminiumoxide noch ferbettere op basis fan 'e PB-dehydrataasjemetoade, en de karbonisaasjemetoade is de wichtichste metoade wurden foar yndustriële aluminiumoxideproduksje fanwegen syn ekonomyske en miljeubeskerming. Aluminiumoxide taret mei de sol-gel-metoade hat in soad oandacht lutsen fanwegen syn mear unifoarme poargrutteferdieling, wat in potinsjele metoade is, mar it moat ferbettere wurde om yndustriële tapassing te realisearjen.
1.2 MA-tarieding
Konvinsjonele aluminiumoxide kin net oan de funksjonele easken foldwaan, dus is it needsaaklik om hege-prestaasjes MA te meitsjen. De syntezemetoaden omfetsje meastal: nano-castingmetoade mei koalstofmal as hurde sjabloan; Synteze fan SDA: Ferdamping-induzearre selsassemblageproses (EISA) yn 'e oanwêzigens fan sêfte sjabloanen lykas SDA en oare kationyske, anionyske of net-ionyske surfactants.
1.2.1 EISA-proses
De sêfte sjabloan wurdt brûkt yn soere omstannichheden, wat it yngewikkelde en tiidslinende proses fan 'e hurde membraanmetoade foarkomt en de trochgeande modulaasje fan 'e iepening kin realisearje. De tarieding fan MA troch EISA hat in soad oandacht lutsen fanwegen syn maklike beskikberens en reprodusearberens. Ferskillende mesoporeuze struktueren kinne wurde taret. De poarjegrutte fan MA kin oanpast wurde troch de hydrofobe ketenlingte fan surfactant te feroarjen of de molêre ferhâlding fan hydrolysekatalysator ta aluminiumprecursor yn oplossing oan te passen. Dêrom is EISA, ek wol bekend as ienstapssynteze- en modifikaasjesol-gelmetoade fan MA mei in heech oerflak en oardere mesoporeuze alumina (OMA), tapast op ferskate sêfte sjabloanen, lykas P123, F127, triethanolamine (tee), ensfh. EISA kin it ko-assemblageproses fan organoaluminiumprecursors ferfange, lykas aluminiumalkoxiden en surfactantsjabloanen, typysk aluminiumisopropoxide en P123, foar it leverjen fan mesoporeuze materialen. De suksesfolle ûntwikkeling fan it EISA-proses fereasket krekte oanpassing fan hydrolyse- en kondensaasjekinetyk om in stabile sol te krijen en de ûntwikkeling fan mesofaze mooglik te meitsjen dy't foarme wurdt troch surfactantmicellen yn sol.
Yn it EISA-proses kin it brûken fan net-wetterige oplosmiddels (lykas ethanol) en organyske kompleksfoarmers de hydrolyse- en kondensaasjesnelheid fan organoaluminiumfoargongers effektyf fertrage en de selsassemblage fan OMA-materialen, lykas Al(OR)3 en aluminiumisopropoxide, ynducearje. Yn net-wetterige flechtige oplosmiddels ferlieze surfactant-sjabloanen lykwols meastentiids har hydrofilisiteit/hydrofobisiteit. Derneist, fanwegen de fertraging fan hydrolyse en polykondensaasje, hat it tuskenprodukt in hydrofobe groep, wat it lestich makket om te ynteraksje mei de surfactant-sjabloan. Allinnich as de konsintraasje fan surfactant en de mjitte fan hydrolyse en polykondensaasje fan aluminium stadichoan ferhege wurde yn it proses fan oplosmiddelferdamping, kin de selsassemblage fan sjabloan en aluminium plakfine. Dêrom sille in protte parameters dy't de ferdampingsomstannichheden fan oplosmiddels en de hydrolyse- en kondensaasjereaksje fan foargongers beynfloedzje, lykas temperatuer, relative fochtigens, katalysator, oplosmiddelferdampingssnelheid, ensfh., de definitive gearstallingsstruktuer beynfloedzje. Lykas werjûn yn fig. 1, OMA-materialen mei hege termyske stabiliteit en hege katalytyske prestaasjes waarden synthetisearre troch solvothermyske assistearre ferdamping-ynducearre selsassemblaazje (SA-EISA). Solvothermyske behanneling befoardere de folsleine hydrolyse fan aluminiumfoarrinners om lytse klusteraluminiumhydroxylgroepen te foarmjen, wat de ynteraksje tusken surfactants en aluminium ferbettere. Twa-dimensionale hexagonale mesofaze waard foarme yn it EISA-proses en kalsinearre by 400 ℃ om OMA-materiaal te foarmjen. Yn it tradisjonele EISA-proses wurdt it ferdampingsproses begelaat troch de hydrolyse fan organoaluminiumfoarrinner, sadat de ferdampingsomstannichheden in wichtige ynfloed hawwe op 'e reaksje en de definitive struktuer fan OMA. De solvothermyske behannelingstap befoarderet de folsleine hydrolyse fan 'e aluminiumfoarrinner en produseart foar in part kondinsearre klusteraluminiumhydroxylgroepen. OMA wurdt foarme ûnder in breed skala oan ferdampingsomstannichheden. Yn ferliking mei MA taret mei de tradisjonele EISA-metoade, hat OMA taret mei de SA-EISA-metoade in heger poarvolume, in better spesifyk oerflak en in bettere termyske stabiliteit. Yn 'e takomst kin de EISA-metoade brûkt wurde om MA mei ultra-grutte aperture te meitsjen mei in hege konverzjetaryf en poerbêste selektiviteit sûnder gebrûk te meitsjen fan in ruimmiddel.
Fig. 1 flowchart fan SA-EISA-metoade foar it synthesisearjen fan OMA-materialen
1.2.2 oare prosessen
Konvinsjonele MA-tarieding fereasket krekte kontrôle fan syntezeparameters om in dúdlike mesoporeuze struktuer te berikken, en it fuortheljen fan sjabloanmaterialen is ek in útdaging, wat it syntezeproses komplisearret. Op it stuit hawwe in protte literatueren de synteze fan MA mei ferskate sjabloanen rapportearre. Yn 'e lêste jierren hat it ûndersyk him benammen rjochte op' e synteze fan MA mei glukoaze, sukrose en setmoal as sjabloanen troch aluminiumisopropokside yn wetterige oplossing. De measte fan dizze MA-materialen wurde synthesisearre út aluminiumnitraat, sulfaat en alkokside as aluminiumboarnen. MA CTAB kin ek krigen wurde troch direkte modifikaasje fan PB as aluminiumboarne. MA mei ferskate strukturele eigenskippen, nammentlik Al2O3)-1, Al2O3)-2 en al2o3, hat in goede termyske stabiliteit. De tafoeging fan surfactant feroaret de ynherinte kristalstruktuer fan PB net, mar feroaret de stapelmodus fan dieltsjes. Derneist wurdt de foarming fan Al2O3-3 foarme troch de adhesion fan nanopartikels stabilisearre troch organysk oplosmiddel PEG of aggregaasje om PEG hinne. De poargrutteferdieling fan Al2O3-1 is lykwols tige smel. Derneist waarden palladium-basearre katalysatoren taret mei syntetyske MA as drager. Yn metaanferbaarningsreaksje liet de katalysator stipe troch Al2O3-3 goede katalytyske prestaasjes sjen.
Foar it earst waard MA mei in relatyf smelle poargrutteferdieling taret mei goedkeape en aluminiumrike aluminium swarte slak ABD. It produksjeproses omfettet in ekstraksjeproses by lege temperatuer en normale druk. De fêste dieltsjes dy't oerbliuwe yn it ekstraksjeproses sille it miljeu net fersmoargje en kinne mei leech risiko opslein wurde of opnij brûkt wurde as filler of aggregaat yn betontapassingen. It spesifike oerflak fan 'e synthetisearre MA is 123 ~ 162m2 / g, De poargrutteferdieling is smel, de piekradius is 5.3 nm, en de porositeit is 0.37 cm3 / g. It materiaal is nano-grut en de kristalgrutte is sawat 11 nm. Fêste-steatsynteze is in nij proses om MA te synthetisearjen, dat brûkt wurde kin om radiogemysk absorbent te produsearjen foar klinysk gebrûk. Aluminiumchloride, ammoniumkarbonaat en glukoaze-rauwe materialen wurde mingd yn in molferhâlding fan 1: 1,5: 1,5, en MA wurdt synthetisearre troch in nije mechanochemyske reaksje yn fêste tastân. Troch 131I te konsintrearjen yn termyske batterijapparatuer is de totale opbringst fan 131I nei konsintraasje 90%, en de krigen 131I[NaI]-oplossing hat in hege radioaktive konsintraasje (1,7 TBq/mL), wêrtroch it gebrûk fan grutte doses 131I[NaI]-kapsules foar de behanneling fan skildklierkanker mooglik is.
Gearfetsjend kinne yn 'e takomst lytse molekulêre sjabloanen ek ûntwikkele wurde om mearlaachse oardere poarstrukturen te konstruearjen, de struktuer, morfology en oerflakgemyske eigenskippen fan materialen effektyf oan te passen, en in grut oerflak en oardere wjirmgat MA te generearjen. Undersykje goedkeape sjabloanen en aluminiumboarnen, optimalisearje it syntezeproses, ferdúdlikje it syntezemeganisme en begeliede it proses.
Modifikaasjemetoade fan 2 MA
De metoaden foar it unifoarm fersprieden fan aktive komponinten op MA-drager omfetsje impregnaasje, in-situ synteze, delslach, ionenútwikseling, meganysk mingen en smelten, wêrfan de earste twa it meast brûkte binne.
2.1 in-situ syntezemetoade
Groepen dy't brûkt wurde yn funksjonele modifikaasje wurde tafoege yn it proses fan it tarieden fan MA om de skeletstruktuer fan it materiaal te modifisearjen en te stabilisearjen en de katalytyske prestaasjes te ferbetterjen. It proses wurdt werjûn yn figuer 2. Liu et al. synthetisearren Ni/Mo-Al2O3 in situ mei P123 as sjabloan. Sawol Ni as Mo waarden ferspraat yn oarderlike MA-kanalen, sûnder de mesoporeuze struktuer fan MA te ferneatigjen, en de katalytyske prestaasjes waarden dúdlik ferbettere. Mei in in-situ groeimetoade op in synthetisearre gamma-al2o3-substraat, yn ferliking mei γ-Al2O3, hat MnO2-Al2O3 in grutter BET-spesifike oerflakte en poarevolume, en hat in bimodale mesoporeuze struktuer mei smelle poaregrutteferdieling. MnO2-Al2O3 hat in rappe adsorpsjesnelheid en hege effisjinsje foar F-, en hat in breed pH-tapassingsberik (pH = 4 ~ 10), wat geskikt is foar praktyske yndustriële tapassingsomstannichheden. De recyclingprestaasjes fan MnO2-Al2O3 binne better as dy fan γ-Al2O. Strukturele stabiliteit moat fierder optimalisearre wurde. Gearfetsjend hawwe de MA-modifisearre materialen dy't krigen binne troch in-situ synteze in goede strukturele oarder, sterke ynteraksje tusken groepen en aluminiumoxidedragers, in tichte kombinaasje, in grutte materiaallading, en feroarsaakje net maklik it ôfstjitten fan aktive komponinten yn it katalytyske reaksjeproses, en de katalytyske prestaasjes binne signifikant ferbettere.
Fig. 2 Tarieding fan funksjonalisearre MA troch in-situ synteze
2.2 ympregnaasjemetoade
It ûnderdompeljen fan 'e taret MA yn 'e modifisearre groep, en it krijen fan it modifisearre MA-materiaal nei behanneling, om de effekten fan katalyse, adsorpsje en soksoarte te realisearjen. Cai et al. hawwe MA taret út P123 mei de sol-gel-metoade, en it wekt yn ethanol en tetraethyleenpentamine-oplossing om amino-modifisearre MA-materiaal te krijen mei sterke adsorpsjeprestaasjes. Derneist hawwe Belkacemi et al. mei itselde proses yn in ZnCl2-oplossing doopt om bestelde sink-dopearre modifisearre MA-materialen te krijen. It spesifike oerflak en it poarvolume binne respektivelik 394m2/g en 0,55 cm3/g. Yn ferliking mei de in-situ syntezemetoade hat de impregnaasjemetoade bettere elemintfersprieding, stabile mesoporeuze struktuer en goede adsorpsjeprestaasjes, mar de ynteraksjekrêft tusken aktive komponinten en aluminiumoxidedrager is swak, en de katalytyske aktiviteit wurdt maklik beynfloede troch eksterne faktoaren.
3 funksjonele foarútgong
De synteze fan seldsume ierde MA mei spesjale eigenskippen is de ûntwikkelingstrend yn 'e takomst. Op it stuit binne d'r in protte syntezemetoaden. De prosesparameters beynfloedzje de prestaasjes fan MA. It spesifike oerflak, poarvolume en poardiameter fan MA kinne oanpast wurde troch it type sjabloan en de gearstalling fan 'e aluminiumfoargonger. De kalsinaasjetemperatuer en de polymeersjabloankonsintraasje beynfloedzje it spesifike oerflak en poarvolume fan MA. Suzuki en Yamauchi fûnen dat de kalsinaasjetemperatuer ferhege waard fan 500 ℃ nei 900 ℃. De iepening kin fergrutte wurde en it oerflak kin fermindere wurde. Derneist ferbetteret de behanneling mei seldsume ierdemodifikaasje de aktiviteit, termyske oerflakstabiliteit, strukturele stabiliteit en oerflaksoerheid fan MA-materialen yn it katalytyske proses, en foldocht oan 'e ûntwikkeling fan MA-funksjonalisaasje.
3.1 Defluorinaasje-adsorbens
De fluor yn drinkwetter yn Sina is slim skealik. Derneist sil de tanimming fan it fluorgehalte yn yndustriële sinksulfaatoplossing liede ta korrosje fan 'e elektrodeplaat, de efterútgong fan 'e wurkomjouwing, de delgong fan 'e kwaliteit fan elektrysk sink en de ôfname fan 'e hoemannichte recycled wetter yn it soermeitsjensysteem en it elektrolyseproses fan fluidisearre bêdovenroastgas. Op it stuit is de adsorpsjemetoade de meast oantreklike ûnder de mienskiplike metoaden fan wiete defluorinaasje. D'r binne lykwols wat tekoartkommingen, lykas minne adsorpsjekapasiteit, in smel beskikber pH-berik, sekundêre fersmoarging en sa fierder. Aktivearre koalstof, amorfe alumina, aktivearre alumina en oare adsorbinten binne brûkt foar defluorinaasje fan wetter, mar de kosten fan adsorbinten binne heech, en de adsorpsjekapasiteit fan F-yn neutrale oplossing of hege konsintraasje is leech. Aktivearre alumina is it meast bestudearre adsorbint wurden foar fluorideferwidering fanwegen syn hege affiniteit en selektiviteit foar fluoride by neutrale pH-wearde, mar it wurdt beheind troch de minne adsorpsjekapasiteit fan fluoride, en allinich by pH <6 kin it goede fluoride-adsorpsjeprestaasjes hawwe. MA hat in soad oandacht lutsen yn miljeufersmoargingskontrôle fanwegen syn grutte spesifike oerflak, unike poargrutte-effekt, soer-base-prestaasjes, termyske en meganyske stabiliteit. Kundu et al. hawwe MA taret mei in maksimale fluoride-adsorpsjekapasiteit fan 62,5 mg / g. De fluoride-adsorpsjekapasiteit fan MA wurdt sterk beynfloede troch syn strukturele skaaimerken, lykas spesifike oerflak, oerflakfunksjonele groepen, poargrutte en totale poargrutte. Oanpassing fan struktuer en prestaasjes fan MA is in wichtige manier om syn adsorpsjeprestaasjes te ferbetterjen.
Troch it hurde soer fan La en de hurde basisiteit fan fluor, is der in sterke affiniteit tusken La en fluor-ionen. Yn 'e lêste jierren hawwe guon stúdzjes oantoand dat La as modifikator de adsorpsjekapasiteit fan fluoride kin ferbetterje. Troch de lege strukturele stabiliteit fan seldsume ierde-adsorbinten wurde lykwols mear seldsume ierden yn 'e oplossing útlutsen, wat resulteart yn sekundêre wetterfersmoarging en skea oan 'e minsklike sûnens. Oan 'e oare kant is in hege konsintraasje aluminium yn 'e wetteromjouwing ien fan 'e gifstoffen foar de minsklike sûnens. Dêrom is it needsaaklik om in soarte gearstalde adsorbent te meitsjen mei goede stabiliteit en gjin útlûking of minder útlûking fan oare eleminten yn it fluorferwideringsproses. MA modifisearre mei La en Ce waard taret troch de impregnaasjemetoade (La/MA en Ce/MA). Seldsame ierde-oksiden waarden foar it earst mei súkses op it MA-oerflak laden, wat hegere defluorinaasjeprestaasjes hie. De wichtichste meganismen foar fluorferwidering binne elektrostatyske adsorpsje en gemyske adsorpsje, de elektronoanlûking fan 'e positive lading op it oerflak en de ligandútwikselingsreaksje kombinearret mei oerflakhydroxyl, de hydroxylfunksjonele groep op it adsorbentoerflak genereart in wetterstofbining mei F-, de modifikaasje fan La en Ce ferbetteret de adsorpsjekapasiteit fan fluor, La/MA befettet mear hydroxyl-adsorpsjeplakken, en de adsorpsjekapasiteit fan F is yn 'e oarder fan La/MA>Ce/MA>MA. Mei de tanimming fan 'e earste konsintraasje nimt de adsorpsjekapasiteit fan fluor ta. It adsorpsje-effekt is it bêste as de pH 5~9 is, en it adsorpsjeproses fan fluor komt oerien mei it Langmuir isotherme adsorpsjemodel. Derneist kinne de ûnreinheden fan sulfaationen yn aluminiumoxide ek de kwaliteit fan samples signifikant beynfloedzje. Hoewol it relatearre ûndersyk nei seldsume ierde modifisearre aluminiumoxide is útfierd, rjochtet it measte ûndersyk him op it proses fan adsorbent, dat lestich yndustrieel te brûken is. Yn 'e takomst kinne wy it dissosiaasjemeganisme fan fluorkompleks yn sinksulfaatoplossing en de migraasjekarakteristiken fan fluorionen bestudearje, in effisjint, goedkeap en duorsum fluorionadsorbent krije foar defluorinaasje fan sinksulfaatoplossing yn in sinkhydrometallurgysysteem, en in proseskontrôlemodel fêststelle foar it behanneljen fan in oplossing mei hege fluorynhâld basearre op seldsume ierde MA nano-adsorbent.
3.2 Katalysator
3.2.1 Droege reforming fan metaan
Seldsume ierde kin de soerheid (basiteit) fan poreuze materialen oanpasse, de soerstoffakânsje ferheegje, en katalysatoren synthetisearje mei unifoarme fersprieding, nanometerskaal en stabiliteit. It wurdt faak brûkt om edelmetalen en oergongsmetalen te stypjen om de metanisaasje fan CO2 te katalysearjen. Op it stuit ûntwikkelje seldsume ierde-modifisearre mesoporeuze materialen har rjochting metaan droege reforming (MDR), fotokatalytyske degradaasje fan VOC's en sturtgasreiniging. Yn ferliking mei edelmetalen (lykas Pd, Ru, Rh, ensfh.) en oare oergongsmetalen (lykas Co, Fe, ensfh.), wurdt Ni/Al2O3-katalysator breed brûkt fanwegen syn hegere katalytyske aktiviteit en selektiviteit, hege stabiliteit en lege kosten foar metaan. It sinterjen en koalstofôfsetting fan Ni-nanopartikels op it oerflak fan Ni/Al2O3 liedt lykwols ta de rappe deaktivaasje fan 'e katalysator. Dêrom is it needsaaklik om fersneller ta te foegjen, katalysatordrager te modifisearjen en de tariedingsrûte te ferbetterjen om de katalytyske aktiviteit, stabiliteit en ferbaarningsbestindigens te ferbetterjen. Yn 't algemien kinne seldsume ierdeoxiden brûkt wurde as strukturele en elektroanyske promotors yn heterogene katalysatoren, en CeO2 ferbetteret de fersprieding fan Ni en feroaret de eigenskippen fan metallysk Ni troch sterke ynteraksje mei metaaldragers.
MA wurdt in soad brûkt om de fersprieding fan metalen te ferbetterjen, en beheining te jaan foar aktive metalen om har agglomeraasje te foarkommen. La2O3 mei hege soerstofopslachkapasiteit ferbetteret de koalstofresistinsje yn it konverzjeproses, en La2O3 befoarderet de fersprieding fan Co op mesoporeuze aluminiumoxide, dy't hege reformearringsaktiviteit en fearkrêft hat. De La2O3-promotor fergruttet de MDR-aktiviteit fan Co/MA-katalysator, en Co3O4- en CoAl2O4-fazen wurde foarme op it katalysatoroerflak. De heechfersprate La2O3 hat lykwols lytse kerrels fan 8nm~10nm. Yn it MDR-proses foarme de in-situ-ynteraksje tusken La2O3 en CO2 La2O2CO3-mesofaze, wat de effektive eliminaasje fan CxHy op it katalysatoroerflak feroarsake. La2O3 befoarderet wetterstofreduksje troch in hegere elektrondichtheid te leverjen en de soerstoffakantaasje yn 10%Co/MA te ferbetterjen. De tafoeging fan La2O3 ferminderet de skynbere aktivearringsenerzjy fan CH4-konsumpsje. Dêrom naam de konverzjesnelheid fan CH4 ta nei 93,7% by 1073K K. De tafoeging fan La2O3 ferbettere de katalytyske aktiviteit, befoardere de reduksje fan H2, fergrutte it oantal Co0-aktive plakken, produsearre minder ôfsette koalstof en fergrutte de soerstoffakantaasje nei 73,3%.
Ce en Pr waarden stipe op Ni/Al2O3-katalysator troch de gelikense folume-impregnaasjemetoade yn Li Xiaofeng. Nei it tafoegjen fan Ce en Pr naam de selektiviteit foar H2 ta en de selektiviteit foar CO naam ôf. De MDR modifisearre troch Pr hie poerbêste katalytyske kapasiteiten, en de selektiviteit foar H2 naam ta fan 64,5% nei 75,6%, wylst de selektiviteit foar CO ôfnaam fan 31,4%. Peng Shujing et al. brûkten de sol-gel-metoade. Ce-modifisearre MA waard taret mei aluminiumisopropoxide, isopropanoloplosmiddel en ceriumnitraathexahydraat. It spesifike oerflak fan it produkt waard wat fergrutte. De tafoeging fan Ce fermindere de aggregaasje fan staaffoarmige nanopartikels op it MA-oerflak. Guon hydroxylgroepen op it oerflak fan γ-Al2O3 waarden yn prinsipe bedekt troch Ce-ferbiningen. De termyske stabiliteit fan MA waard ferbettere, en der fûn gjin kristalfazetransformaasje plak nei kalsinaasje by 1000 ℃ foar 10 oeren. Wang Baowei et al. taret MA-materiaal CeO2-Al2O4 troch kopresipitaasjemetoade. CeO2 mei lytse kubike kerrels waard unifoarm ferspraat yn aluminiumoxide. Nei it stypjen fan Co en Mo op CeO2-Al2O4 waard de ynteraksje tusken aluminiumoxide en aktive komponint Co en Mo effektyf ynhibearre troch CEO2
De seldsume ierdepromotors (La, Ce, y en Sm) wurde kombinearre mei Co/MA-katalysator foar MDR, en it proses wurdt werjûn yn fig. 3. De seldsume ierdepromotors kinne de fersprieding fan Co op MA-drager ferbetterje en de agglomeraasje fan ko-dieltsjes remme. Hoe lytser de dieltsjegrutte, hoe sterker de Co-MA-ynteraksje, hoe sterker it katalytyske en sinterfermogen yn 'e YCo/MA-katalysator, en de positive effekten fan ferskate promoters op MDR-aktiviteit en koalstofôfsetting. Fig. 4 is in HRTEM-ôfbylding nei MDR-behanneling by 1023K, Co2: ch4: N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3.1 foar 8 oeren. Ko-dieltsjes besteane yn 'e foarm fan swarte plakken, wylst MA-dragers besteane yn 'e foarm fan griis, wat ôfhinklik is fan it ferskil yn elektrondichtheid. Yn in HRTEM-ôfbylding mei 10%Co/MA (fig. 4b) wurdt de agglomeraasje fan Co-metaaldieltsjes waarnommen op ma-dragers. De tafoeging fan in seldsume ierdepromotor ferminderet Co-dieltsjes nei 11,0 nm ~ 12,5 nm. YCo/MA hat in sterke Co-MA-ynteraksje, en de sinterprestaasjes binne better as dy fan oare katalysatoren. Derneist, lykas te sjen is yn fig. 4b oant 4f, wurde holle koalstofnanodraden (CNF) produsearre op 'e katalysatoren, dy't yn kontakt bliuwe mei de gasstream en foarkomme dat de katalysator deaktivearre wurdt.
Fig. 3 Effekt fan seldsume ierde-tafoeging op fysike en gemyske eigenskippen en MDR-katalytyske prestaasjes fan Co/MA-katalysator
3.2.2 Deoksidaasjekatalysator
Fe2O3/Meso-CeAl, in Ce-dopearre Fe-basearre deoksidaasjekatalysator, waard taret troch oksidative dehydrogenering fan 1-buteen mei CO2 as sêfte oksidant, en waard brûkt yn 'e synteze fan 1,3-butadieen (BD). Ce wie heech ferspraat yn aluminiumoxide-matrix, en Fe2O3/meso wie heech ferspraat. De Fe2O3/Meso-CeAl-100-katalysator hat net allinich heech ferspraat izersoarten en goede strukturele eigenskippen, mar hat ek in goede soerstofopslachkapasiteit, sadat it in goede adsorpsje- en aktivearringskapasiteit fan CO2 hat. Lykas te sjen is yn figuer 5, litte TEM-ôfbyldings sjen dat Fe2O3/Meso-CeAl-100 regelmjittich is. It lit sjen dat de wjirmfoarmige kanaalstruktuer fan MesoCeAl-100 los en poreus is, wat foardielich is foar de fersprieding fan aktive yngrediïnten, wylst heech ferspraat Ce mei súkses dopeare wurdt yn aluminiumoxide-matrix. It edelmetaalkatalysatorcoatingmateriaal dat foldocht oan 'e ultra-lege útstjitnorm fan motorauto's hat in ûntwikkele poarstruktuer, goede hydrothermale stabiliteit en in grutte soerstofopslachkapasiteit.
3.2.3 Katalysator foar auto's
Pd-Rh-stipe kwaternêre aluminium-basearre seldsume ierdekompleksen AlCeZrTiOx en AlLaZrTiOx om coatingmaterialen foar autokatalysatoren te krijen. Mesoporous aluminium-basearre seldsume ierdekompleks Pd-Rh/ALC kin mei súkses brûkt wurde as in CNG-auto-útlaatreinigingkatalysator mei goede duorsumens, en de konverzje-effisjinsje fan CH4, it wichtichste ûnderdiel fan CNG-auto-útlaatgas, is sa heech as 97,8%. Brûk in hydrothermale MAl-ienstapmetoade om dat seldsume ierde ma-kompositmateriaal ta te rieden om selsassemblaazje te realisearjen. Bestelde mesoporous foargongers mei metastabiele steat en hege aggregaasje waarden synthetisearre, en de synteze fan RE-Al kaam oerien mei it model fan "gearstalde groei-ienheid", wêrtroch't de suvering fan auto-útlaat nei-monteare trijewege katalysator realisearre wurdt.
Fig. 4 HRTEM-ôfbyldings fan ma (a), Co/MA(b), LaCo/MA(c), CeCo/MA(d), YCo/MA(e) en SmCo/MA(f)
Fig. 5 TEM-ôfbylding (A) en EDS-elemintdiagram (b, c) fan Fe2O3/Meso-CeAl-100
3.3 ljochtprestaasjes
Elektronen fan seldsume ierde-eleminten wurde maklik oanstutsen om te wikseljen tusken ferskate enerzjynivo's en ljocht út te stjoeren. Seldsume ierde-ionen wurde faak brûkt as aktivators om lumineszinte materialen te meitsjen. Seldsume ierde-ionen kinne op it oerflak fan aluminiumfosfaat holle mikrosfearen laden wurde troch de kopresipitaasjemetoade en de ionútwikselingsmetoade, en lumineszinte materialen AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd) kinne taret wurde. De lumineszinte golflingte leit yn it tichtby ultraviolette gebiet. MA wurdt makke yn tinne films fanwegen syn traachheid, lege diëlektryske konstante en lege gelieding, wat it fan tapassing makket op elektryske en optyske apparaten, tinne films, barriêres, sensoren, ensfh. It kin ek brûkt wurde foar deteksjerespons iendiminsjonale fotonyske kristallen, enerzjyopwekking en anty-refleksjecoatings. Dizze apparaten binne stapele films mei in bepaalde optyske paadlingte, dus it is needsaaklik om de brekingsyndeks en dikte te kontrolearjen. Op it stuit wurde titaniumdiokside en sirkoniumoxide mei in hege brekingsyndeks en silisiumdiokside mei in lege brekingsyndeks faak brûkt om sokke apparaten te ûntwerpen en te bouwen. It beskikberensberik fan materialen mei ferskillende oerflakgemyske eigenskippen wurdt útwreide, wat it mooglik makket om avansearre fotonsensors te ûntwerpen. De ynfiering fan MA- en oksyhydroksidefilms yn it ûntwerp fan optyske apparaten lit in grut potinsjeel sjen, om't de brekingsyndeks fergelykber is mei dy fan silisiumdiokside. Mar de gemyske eigenskippen binne oars.
3.4 termyske stabiliteit
Mei de tanimming fan temperatuer beynfloedet sinterjen it gebrûkseffekt fan MA-katalysator serieus, en it spesifike oerflak nimt ôf en de γ-Al2O3 yn kristalline faze transformearret yn δ- en θ- nei χ-fazen. Seldsume ierdematerialen hawwe goede gemyske stabiliteit en termyske stabiliteit, hege oanpassingsfermogen, en maklik beskikbere en goedkeape grûnstoffen. De tafoeging fan seldsume ierde-eleminten kin de termyske stabiliteit, oksidaasjebestriding op hege temperatuer en meganyske eigenskippen fan 'e drager ferbetterje, en de oerflaksoerheid fan' e drager oanpasse. La en Ce binne de meast brûkte en bestudearre modifikaasje-eleminten. Lu Weiguang en oaren fûnen dat de tafoeging fan seldsume ierde-eleminten effektyf de bulkdiffúzje fan aluminiumoxidepartikels foarkaam, La en Ce beskermen de hydroxylgroepen op it oerflak fan aluminiumoxide, remden sinterjen en fazetransformaasje, en fermindere de skea fan hege temperatuer oan 'e mesoporeuze struktuer. De tariede aluminiumoxide hat noch altyd in hege spesifike oerflak en poarevolume. Tefolle of te min seldsume ierde-elemint sil lykwols de termyske stabiliteit fan aluminiumoxide ferminderje. Li Yanqiu et al. tafoege 5% La2O3 oan γ-Al2O3, wat de termyske stabiliteit ferbettere en it poarvolume en spesifike oerflak fan 'e aluminiumoxidedrager fergrutte. Lykas te sjen is yn figuer 6, ferbetteret La2O3 tafoege oan γ-Al2O3 de termyske stabiliteit fan 'e seldsume ierdekompositdrager.
Yn it proses fan it dopjen fan nano-fezelpartikels mei La oan MA, binne it BET-oerflakgebiet en it poarjevolume fan MA-La heger as dy fan MA as de waarmtebehannelingtemperatuer tanimt, en dopjen mei La hat in dúdlik fertragend effekt op it sinterjen by hege temperatuer. Lykas te sjen is yn fig. 7, remt La mei de tanimming fan temperatuer de reaksje fan kerrelgroei en fazetransformaasje, wylst fig. 7a en 7c de opgarjen fan nano-fezelpartikels sjen litte. Yn fig. 7b is de diameter fan grutte dieltsjes produsearre troch kalsinaasje by 1200 ℃ sawat 100 nm. Dit markearret it wichtige sinterjen fan MA. Derneist, yn ferliking mei MA-1200, aggregeart MA-La-1200 net nei waarmtebehanneling. Mei de tafoeging fan La hawwe nano-fezelpartikels in better sinterfermogen. Sels by hegere kalsinaasjetemperatuer is dope La noch altyd tige ferspraat op it MA-oerflak. La-modifisearre MA kin brûkt wurde as de drager fan Pd-katalysator yn in C3H8-oksidaasjereaksje.
Fig. 6 Struktuermodel fan it sinterjen fan aluminiumoxide mei en sûnder seldsume ierde-eleminten
figuer 7 TEM-ôfbyldings fan MA-400 (a), MA-1200 (b), MA-La-400 (c) en MA-La-1200 (d)
4 Konklúzje
De foarútgong fan 'e tarieding en funksjonele tapassing fan seldsume ierde-modifisearre MA-materialen wurdt yntrodusearre. Seldsume ierde-modifisearre MA wurdt in soad brûkt. Hoewol in soad ûndersyk dien is nei katalytyske tapassing, termyske stabiliteit en adsorpsje, hawwe in protte materialen hege kosten, in lege dopinghoemannichte, minne oarder en binne se lestich te yndustrialisearjen. It folgjende wurk moat yn 'e takomst dien wurde: de gearstalling en struktuer fan seldsume ierde-modifisearre MA optimalisearje, it passende proses selektearje, foldwaan oan 'e funksjonele ûntwikkeling; In proseskontrôlemodel fêststelle basearre op funksjoneel proses om kosten te ferminderjen en yndustriële produksje te realisearjen; Om de foardielen fan 'e seldsume ierdeboarnen fan Sina te maksimalisearjen, moatte wy it meganisme fan seldsume ierde MA-modifikaasje ûndersykje, de teory en it proses fan 'e tarieding fan seldsume ierde-modifisearre MA ferbetterje.
Fûnsprojekt: Algemien Ynnovaasjeprojekt foar Wittenskip en Technology Shaanxi (2011KTDZ01-04-01); Spesjaal Wittenskiplik Undersyksprojekt fan 'e Provinsje Shaanxi 2019 (19JK0490); spesjaal wittenskiplik ûndersyksprojekt fan Huaqing College, Universiteit fan Arsjitektuer en Technology Xi'an 2020 (20KY02)
Boarne: Seldsume Ierde
Pleatsingstiid: 4 july 2022