Ymhlith ocsidau nad ydynt yn siliconaidd, mae gan alwmina briodweddau mecanyddol da, ymwrthedd tymheredd uchel a gwrthiant cyrydiad, tra bod gan alwmina mesoporous (MA) faint mandwll addasadwy, arwynebedd penodol mawr, cyfaint mandwll mawr a chost cynhyrchu isel, a ddefnyddir yn helaeth mewn catalysis, rhyddhau cyffuriau dan reolaeth, amsugno a meysydd eraill, megis cracio, hydrogracio a hydrodadsulfureiddio deunyddiau crai petrolewm. Defnyddir alwmina microporous yn gyffredin mewn diwydiant, ond bydd yn effeithio'n uniongyrchol ar weithgaredd alwmina, oes gwasanaeth a detholusrwydd catalydd. Er enghraifft, yn y broses o buro gwacáu ceir, bydd y llygryddion a adneuwyd o ychwanegion olew injan yn ffurfio golosg, a fydd yn arwain at rwystro mandyllau catalydd, gan leihau gweithgaredd y catalydd. Gellir defnyddio syrffactydd i addasu strwythur cludwr alwmina i ffurfio MA. Gwella ei berfformiad catalytig.
Mae gan MA effaith gyfyngu, ac mae'r metelau gweithredol yn cael eu dadactifadu ar ôl calchynnu tymheredd uchel. Yn ogystal, ar ôl calchynnu tymheredd uchel, mae'r strwythur mesoporous yn cwympo, mae sgerbwd yr MA mewn cyflwr amorffaidd, ac ni all asidedd yr wyneb fodloni ei ofynion ym maes swyddogaetholi. Yn aml mae angen triniaeth addasu i wella'r gweithgaredd catalytig, sefydlogrwydd strwythur mesoporous, sefydlogrwydd thermol arwyneb ac asidedd arwyneb deunyddiau MA. Mae grwpiau addasu cyffredin yn cynnwys heteroatomau metel (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr, ac ati) ac ocsidau metel (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7, ac ati) wedi'u llwytho ar wyneb MA neu wedi'u dopio i'r sgerbwd.
Mae cyfluniad electronau arbennig elfennau daear prin yn golygu bod gan ei gyfansoddion briodweddau optegol, trydanol a magnetig arbennig, ac fe'i defnyddir mewn deunyddiau catalytig, deunyddiau ffotodrydanol, deunyddiau amsugno a deunyddiau magnetig. Gall deunyddiau mesoporous wedi'u haddasu gan ddaear prin addasu priodweddau asid (alcali), cynyddu gwagle ocsigen, a syntheseiddio catalydd nanogrisialog metel gyda gwasgariad unffurf a graddfa nanometr sefydlog. Gall deunyddiau mandyllog priodol a daear prin wella gwasgariad arwyneb nanogrisialau metel a sefydlogrwydd a gwrthwynebiad dyddodiad carbon catalyddion. Yn y papur hwn, cyflwynir addasu a swyddogaetholi MA o ddaear prin i wella perfformiad catalytig, sefydlogrwydd thermol, capasiti storio ocsigen, arwynebedd penodol a strwythur mandwll.
1 paratoad MA
1.1 paratoi cludwr alwmina
Mae dull paratoi cludwr alwmina yn pennu ei ddosbarthiad strwythur mandwll, ac mae ei ddulliau paratoi cyffredin yn cynnwys dull dadhydradu ffug-boehmit (PB) a dull sol-gel. Cynigiwyd ffug-boehmit (PB) gyntaf gan Calvet, a hyrwyddodd H+ bepteiddio i gael PB coloidaidd γ-AlOOH yn cynnwys dŵr rhynghaenog, a gafodd ei galchynnu a'i ddadhydradu ar dymheredd uchel i ffurfio alwmina. Yn ôl gwahanol ddeunyddiau crai, caiff ei rannu'n aml yn ddull gwaddodiad, dull carboneiddio a dull hydrolysis alcoholalwminiwm. Mae crisialedd yn effeithio ar hydoddedd coloidaidd PB, ac mae'n cael ei optimeiddio gyda chynnydd crisialedd, ac mae hefyd yn cael ei effeithio gan baramedrau'r broses weithredu.
Fel arfer, paratoir PB trwy'r dull gwaddodiad. Ychwanegir alcali at doddiant alwminad neu ychwanegir asid at doddiant alwminad a'i waddodi i gael alwmina hydradol (gwaddodiad alcalïaidd), neu ychwanegir asid at waddodiad alwminad i gael alwmina monohydrad, sydd wedyn yn cael ei olchi, ei sychu a'i galchynnu i gael PB. Mae'r dull gwaddodiad yn hawdd i'w weithredu ac yn isel o ran cost, a ddefnyddir yn aml mewn cynhyrchu diwydiannol, ond mae llawer o ffactorau'n dylanwadu arno (pH y toddiant, crynodiad, tymheredd, ac ati). Ac mae'r amodau hynny ar gyfer cael gronynnau â gwasgaradwyedd gwell yn llym. Yn y dull carboneiddio, ceir Al(OH)3 trwy adwaith CO2 a NaAlO2, a gellir cael PB ar ôl heneiddio. Mae gan y dull hwn fanteision gweithrediad syml, ansawdd cynnyrch uchel, dim llygredd a chost isel, a gall baratoi alwmina gyda gweithgaredd catalytig uchel, ymwrthedd cyrydiad rhagorol ac arwynebedd penodol uchel gyda buddsoddiad isel ac enillion uchel. Defnyddir dull hydrolysis alcocsid alwminiwm yn aml i baratoi PB purdeb uchel. Mae alcocsid alwminiwm yn cael ei hydrolysu i ffurfio monohydrad ocsid alwminiwm, ac yna'n cael ei drin i gael PB purdeb uchel, sydd â chrisialedd da, maint gronynnau unffurf, dosbarthiad maint mandwll crynodedig a chyfanrwydd uchel gronynnau sfferig. Fodd bynnag, mae'r broses yn gymhleth, ac mae'n anodd ei hadfer oherwydd y defnydd o rai toddyddion organig gwenwynig.
Yn ogystal, defnyddir halwynau anorganig neu gyfansoddion organig o fetelau yn gyffredin ar gyfer paratoi rhagflaenwyr alwmina trwy'r dull sol-gel, ac ychwanegir dŵr pur neu doddyddion organig i baratoi toddiannau i gynhyrchu sol, sydd wedyn yn cael ei gelio, ei sychu a'i rostio. Ar hyn o bryd, mae'r broses baratoi alwmina yn dal i gael ei gwella ar sail y dull dadhydradu PB, ac mae'r dull carboneiddio wedi dod yn brif ddull ar gyfer cynhyrchu alwmina diwydiannol oherwydd ei economi a'i ddiogelwch amgylcheddol. Mae alwmina a baratowyd trwy'r dull sol-gel wedi denu llawer o sylw oherwydd ei ddosbarthiad maint mandwll mwy unffurf, sy'n ddull posibl, ond mae angen ei wella i wireddu cymhwysiad diwydiannol.
1.2 Paratoi MA
Ni all alwmina confensiynol fodloni'r gofynion swyddogaethol, felly mae angen paratoi MA perfformiad uchel. Mae'r dulliau synthesis fel arfer yn cynnwys: dull nano-gastio gyda mowld carbon fel templed caled; Synthesis o SDA: Proses hunan-gydosod a achosir gan anweddiad (EISA) ym mhresenoldeb templedi meddal fel SDA a syrffactyddion cationig, anionig neu an-ionig eraill.
1.2.1 Proses EISA
Defnyddir y templed meddal mewn cyflwr asidig, sy'n osgoi'r broses gymhleth ac amser-gymerol o ddull pilen galed a gall wireddu modiwleiddio agorfa'n barhaus. Mae paratoi MA gan EISA wedi denu llawer o sylw oherwydd ei fod ar gael yn hawdd ac yn atgynhyrchadwy. Gellir paratoi gwahanol strwythurau mesoporous. Gellir addasu maint mandwll MA trwy newid hyd cadwyn hydroffobig y syrffactydd neu addasu'r gymhareb molar o gatalydd hydrolysis i ragflaenydd alwminiwm mewn hydoddiant. Felly, mae EISA, a elwir hefyd yn ddull synthesis a haddasu sol-gel un cam o MA arwynebedd uchel ac alwmina mesoporous trefnus (OMA), wedi'i gymhwyso i amrywiol dempledi meddal, megis P123, F127, triethanolamine (te), ac ati. Gall EISA ddisodli'r broses gyd-gynnull o ragflaenwyr organoalwminiwm, megis alcocsidau alwminiwm a thempledi syrffactydd, fel arfer isopropocsid alwminiwm a P123, ar gyfer darparu deunyddiau mesoporous. Mae datblygiad llwyddiannus y broses EISA yn gofyn am addasiad manwl gywir o gineteg hydrolysis a chyddwysiad i gael sol sefydlog a chaniatáu datblygiad mesoffas a ffurfir gan fiselau syrffactydd mewn sol.
Yn y broses EISA, gall defnyddio toddyddion nad ydynt yn ddyfrllyd (fel ethanol) ac asiantau cymhlethu organig arafu cyfradd hydrolysis a chyddwysiad rhagflaenwyr organoalwminiwm yn effeithiol ac ysgogi hunan-gydosodiad deunyddiau OMA, fel Al(OR)3 ac alwminiwm isopropocsid. Fodd bynnag, mewn toddyddion anweddol nad ydynt yn ddyfrllyd, mae templedi syrffactydd fel arfer yn colli eu hydroffiligrwydd/hydroffobigrwydd. Yn ogystal, oherwydd yr oedi wrth hydrolysis a pholy-gyddwysiad, mae gan y cynnyrch canolradd grŵp hydroffobig, sy'n ei gwneud hi'n anodd rhyngweithio â'r templed syrffactydd. Dim ond pan fydd crynodiad y syrffactydd a graddfa hydrolysis a pholy-gyddwysiad alwminiwm yn cynyddu'n raddol yn y broses anweddu toddyddion y gall hunan-gydosod y templed a'r alwminiwm ddigwydd. Felly, bydd llawer o baramedrau sy'n effeithio ar amodau anweddu toddyddion ac adwaith hydrolysis a chyddwysiad rhagflaenwyr, fel tymheredd, lleithder cymharol, catalydd, cyfradd anweddu toddyddion, ac ati, yn effeithio ar y strwythur cydosod terfynol. Fel y dangosir yn ffig. 1, Cafodd deunyddiau OMA â sefydlogrwydd thermol uchel a pherfformiad catalytig uchel eu syntheseiddio trwy hunan-gynulliad a achosir gan anweddiad â chymorth solvothermol (SA-EISA). Hyrwyddodd triniaeth solvothermol hydrolysis cyflawn rhagflaenwyr alwminiwm i ffurfio grwpiau hydroxyl alwminiwm clwstwr bach, a wellodd y rhyngweithio rhwng syrffactyddion ac alwminiwm. Ffurfiwyd mesoffas hecsagonol dau ddimensiwn yn y broses EISA a'i galchynnu ar 400 ℃ i ffurfio deunydd OMA. Yn y broses EISA draddodiadol, mae'r broses anweddu yn cyd-fynd â hydrolysis rhagflaenydd organoalwminiwm, felly mae gan yr amodau anweddu ddylanwad pwysig ar yr adwaith a strwythur terfynol OMA. Mae'r cam triniaeth solvothermol yn hyrwyddo hydrolysis cyflawn y rhagflaenydd alwminiwm ac yn cynhyrchu grwpiau hydroxyl alwminiwm clwstwr cyddwysedig yn rhannol. Mae OMA yn cael ei ffurfio o dan ystod eang o amodau anweddu. O'i gymharu ag MA a baratowyd gan y dull EISA traddodiadol, mae gan OMA a baratowyd gan y dull SA-EISA gyfaint mandwll uwch, arwynebedd penodol gwell a sefydlogrwydd thermol gwell. Yn y dyfodol, gellir defnyddio'r dull EISA i baratoi MA agorfa ultra-fawr gyda chyfradd drosi uchel a detholusrwydd rhagorol heb ddefnyddio asiant reamio.
Ffig. 1 siart llif o ddull SA-EISA ar gyfer syntheseiddio deunyddiau OMA
1.2.2 prosesau eraill
Mae paratoi MA confensiynol yn gofyn am reolaeth fanwl gywir o baramedrau synthesis i gyflawni strwythur mesoporous clir, ac mae tynnu deunyddiau templed hefyd yn heriol, sy'n cymhlethu'r broses synthesis. Ar hyn o bryd, mae llawer o lenyddiaeth wedi adrodd am synthesis MA gyda gwahanol dempledi. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae'r ymchwil wedi canolbwyntio'n bennaf ar synthesis MA gyda glwcos, swcros a startsh fel templedi gan alwminiwm isopropocsid mewn hydoddiant dyfrllyd. Mae'r rhan fwyaf o'r deunyddiau MA hyn yn cael eu syntheseiddio o alwminiwm nitrad, sylffad ac alcocsid fel ffynonellau alwminiwm. Gellir cael MA CTAB hefyd trwy addasu PB yn uniongyrchol fel ffynhonnell alwminiwm. Mae gan MA wahanol briodweddau strwythurol, h.y. Al2O3)-1, Al2O3)-2 ac al2o3Ac sefydlogrwydd thermol da. Nid yw ychwanegu syrffactydd yn newid strwythur crisial cynhenid PB, ond mae'n newid y modd pentyrru o ronynnau. Yn ogystal, mae ffurfio Al2O3-3 yn cael ei ffurfio trwy adlyniad nanoronynnau wedi'u sefydlogi gan doddydd organig PEG neu agregu o amgylch PEG. Fodd bynnag, mae dosbarthiad maint mandwll Al2O3-1 yn gul iawn. Yn ogystal, paratowyd catalyddion wedi'u seilio ar baladiwm gydag MA synthetig fel cludwr. Mewn adwaith hylosgi methan, dangosodd y catalydd a gefnogir gan Al2O3-3 berfformiad catalytig da.
Am y tro cyntaf, paratowyd MA gyda dosbarthiad maint mandwll cymharol gul trwy ddefnyddio slag alwminiwm du ABD rhad a chyfoethog mewn alwminiwm. Mae'r broses gynhyrchu yn cynnwys proses echdynnu ar dymheredd isel a phwysau arferol. Ni fydd y gronynnau solet sy'n weddill yn y broses echdynnu yn llygru'r amgylchedd, a gellir eu pentyrru gyda risg isel neu eu hailddefnyddio fel llenwr neu agregau mewn cymhwysiad concrit. Arwynebedd penodol yr MA wedi'i syntheseiddio yw 123 ~ 162m2 / g, Mae'r dosbarthiad maint mandwll yn gul, mae radiws y brig yn 5.3nm, a'r mandylledd yw 0.37 cm3 / g. Mae'r deunydd yn nano-faint ac mae maint y grisial tua 11nm. Mae synthesis cyflwr solid yn broses newydd i syntheseiddio MA, y gellir ei ddefnyddio i gynhyrchu amsugnwr radiogemegol ar gyfer defnydd clinigol. Cymysgir deunyddiau crai alwminiwm clorid, amoniwm carbonad a glwcos mewn cymhareb molar o 1: 1.5: 1.5, ac mae MA yn cael ei syntheseiddio gan adwaith mecanocemegol cyflwr solet newydd. Drwy ganolbwyntio 131I mewn offer batri thermol, cyfanswm y cynnyrch o 131I ar ôl crynodiad yw 90%, ac mae gan y toddiant 131I[NaI] a geir grynodiad ymbelydrol uchel (1.7TBq/mL), gan wireddu'r defnydd o gapsiwlau 131I[NaI] dos mawr ar gyfer trin canser y thyroid.
I grynhoi, yn y dyfodol, gellir datblygu templedi moleciwlaidd bach hefyd i adeiladu strwythurau mandwll trefnus aml-lefel, addasu strwythur, morffoleg a phriodweddau cemegol arwyneb deunyddiau yn effeithiol, a chynhyrchu arwynebedd mawr a MA twll mwydod trefnus. Archwiliwch dempledi rhad a ffynonellau alwminiwm, optimeiddiwch y broses synthesis, eglurwch y mecanwaith synthesis ac arwain y broses.
Dull addasu 2 MA
Mae'r dulliau o ddosbarthu cydrannau actif yn unffurf ar gludydd MA yn cynnwys trwytho, synthesis in-situ, gwaddodiad, cyfnewid ïonau, cymysgu mecanyddol a thoddi, ac ymhlith y ddau gyntaf mae'r rhai a ddefnyddir amlaf.
2.1 dull synthesis in-situ
Mae grwpiau a ddefnyddir mewn addasiad swyddogaethol yn cael eu hychwanegu yn y broses o baratoi MA i addasu a sefydlogi strwythur sgerbwd y deunydd a gwella'r perfformiad catalytig. Dangosir y broses yn Ffigur 2. Syntheseiddiodd Liu et al. Ni/Mo-Al2O3 in situ gyda P123 fel templed. Gwasgarwyd Ni a Mo mewn sianeli MA trefnus, heb ddinistrio strwythur mesoporous MA, a gwellwyd y perfformiad catalytig yn amlwg. Gan fabwysiadu dull twf in situ ar swbstrad gama-al2o3 wedi'i syntheseiddio, O'i gymharu â γ-Al2O3, mae gan MnO2-Al2O3 arwynebedd penodol BET a chyfaint mandwll mwy, ac mae ganddo strwythur mesoporous bimodal gyda dosbarthiad maint mandwll cul. Mae gan MnO2-Al2O3 gyfradd amsugno cyflym ac effeithlonrwydd uchel ar gyfer F-, ac mae ganddo ystod cymhwysiad pH eang (pH = 4 ~ 10), sy'n addas ar gyfer amodau cymhwysiad diwydiannol ymarferol. Mae perfformiad ailgylchu MnO2-Al2O3 yn well na pherfformiad ailgylchu γ-Al2O. Mae angen optimeiddio sefydlogrwydd strwythurol ymhellach. I grynhoi, mae gan y deunyddiau wedi'u haddasu gan MA a geir trwy synthesis in-situ drefn strwythurol dda, rhyngweithio cryf rhwng grwpiau a chludwyr alwmina, cyfuniad tynn, llwyth deunydd mawr, ac nid ydynt yn hawdd achosi colli cydrannau gweithredol yn y broses adwaith catalytig, ac mae'r perfformiad catalytig wedi gwella'n sylweddol.
Ffig. 2 Paratoi MA swyddogaethol trwy synthesis in-situ
2.2 dull trwytho
Drwy drochi'r MA wedi'i baratoi yn y grŵp wedi'i addasu, a chael y deunydd MA wedi'i addasu ar ôl ei drin, er mwyn sylweddoli effeithiau catalysis, amsugno a'r cyffelyb. Paratôdd Cai et al. MA o P123 trwy'r dull sol-gel, a'i socian mewn ethanol a hydoddiant tetraethylenepentamine i gael deunydd MA wedi'i addasu ag amino gyda pherfformiad amsugno cryf. Yn ogystal, trochodd Belkacemi et al. mewn hydoddiant ZnCl2 trwy'r un broses i gael deunyddiau MA wedi'u haddasu wedi'u dopio â sinc wedi'u trefnu. Mae'r arwynebedd penodol a'r cyfaint mandwll yn 394m2/g a 0.55 cm3/g, yn y drefn honno. O'i gymharu â'r dull synthesis in-situ, mae gan y dull trwytho wasgariad elfennau gwell, strwythur mesoporous sefydlog a pherfformiad amsugno da, ond mae'r grym rhyngweithio rhwng y cydrannau gweithredol a'r cludwr alwmina yn wan, ac mae ffactorau allanol yn ymyrryd yn hawdd â'r gweithgaredd catalytig.
3 cynnydd swyddogaethol
Synthesis MA daear prin gyda phriodweddau arbennig yw'r duedd ddatblygu yn y dyfodol. Ar hyn o bryd, mae yna lawer o ddulliau synthesis. Mae paramedrau'r broses yn effeithio ar berfformiad MA. Gellir addasu arwynebedd penodol, cyfaint mandwll a diamedr mandwll MA yn ôl math y templed a chyfansoddiad rhagflaenydd alwminiwm. Mae tymheredd calchynnu a chrynodiad templed y polymer yn effeithio ar arwynebedd penodol a chyfaint mandwll MA. Canfu Suzuki a Yamauchi fod y tymheredd calchynnu wedi cynyddu o 500 ℃ i 900 ℃. Gellir cynyddu'r agorfa a gellir lleihau'r arwynebedd. Yn ogystal, mae'r driniaeth addasu daear prin yn gwella gweithgaredd, sefydlogrwydd thermol arwyneb, sefydlogrwydd strwythurol ac asidedd arwyneb deunyddiau MA yn y broses catalytig, ac yn bodloni datblygiad swyddogaetholi MA.
3.1 Amsugnydd Dadfflworineiddio
Mae'r fflworin mewn dŵr yfed yn Tsieina yn niweidiol iawn. Yn ogystal, bydd cynnydd yng nghynnwys fflworin mewn hydoddiant sinc sylffad diwydiannol yn arwain at gyrydu plât electrod, dirywiad yr amgylchedd gwaith, dirywiad ansawdd sinc trydan a gostyngiad yn faint o ddŵr wedi'i ailgylchu yn y system gwneud asid a'r broses electrolysis o nwy ffliw rhostio ffwrnais gwely hylifedig. Ar hyn o bryd, y dull amsugno yw'r mwyaf deniadol ymhlith y dulliau cyffredin o ddadflworineiddio gwlyb. Fodd bynnag, mae rhai diffygion, megis gallu amsugno gwael, ystod pH gul sydd ar gael, llygredd eilaidd ac yn y blaen. Defnyddiwyd carbon wedi'i actifadu, alwmina amorffaidd, alwmina wedi'i actifadu ac amsugnyddion eraill ar gyfer dadflworineiddio dŵr, ond mae cost amsugnyddion yn uchel, ac mae gallu amsugno F-mewn hydoddiant niwtral neu grynodiad uchel yn isel. Mae alwmina wedi'i actifadu wedi dod yn amsugnydd a astudiwyd fwyaf eang ar gyfer tynnu fflworid oherwydd ei affinedd uchel a'i ddetholiad i fflworid ar werth pH niwtral, ond mae wedi'i gyfyngu gan allu amsugno gwael fflworid, a dim ond ar pH <6 y gall gael perfformiad amsugno fflworid da. Mae MA wedi denu sylw eang mewn rheoli llygredd amgylcheddol oherwydd ei arwynebedd penodol mawr, effaith maint mandwll unigryw, perfformiad asid-bas, sefydlogrwydd thermol a mecanyddol. Paratôdd Kundu et al. MA gyda chynhwysedd amsugno fflworin uchaf o 62.5 mg/g. Mae gallu amsugno fflworin MA yn cael ei ddylanwadu'n fawr gan ei nodweddion strwythurol, megis arwynebedd penodol, grwpiau swyddogaethol arwyneb, maint mandwll a chyfanswm maint mandwll. Mae addasu strwythur a pherfformiad MA yn ffordd bwysig o wella ei berfformiad amsugno.
Oherwydd asid caled La a basigedd caled fflworin, mae perthynas gref rhwng La ac ïonau fflworin. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae rhai astudiaethau wedi canfod y gall La fel addasydd wella gallu amsugno fflworid. Fodd bynnag, oherwydd sefydlogrwydd strwythurol isel amsugnwyr priddoedd prin, mae mwy o briddoedd prin yn cael eu gollwng i'r toddiant, gan arwain at lygredd dŵr eilaidd a niwed i iechyd pobl. Ar y llaw arall, mae crynodiad uchel o alwminiwm mewn amgylchedd dŵr yn un o'r gwenwynau i iechyd pobl. Felly, mae angen paratoi math o amsugnwr cyfansawdd gyda sefydlogrwydd da a dim gollwng neu lai o gollwng elfennau eraill yn y broses o gael gwared â fflworin. Paratowyd MA wedi'i addasu gan La a Ce trwy'r dull trwytho (La/MA a Ce/MA). Llwythwyd ocsidau daear prin yn llwyddiannus ar wyneb MA am y tro cyntaf, a oedd â pherfformiad dadflworineiddio uwch. Y prif fecanweithiau ar gyfer tynnu fflworin yw amsugno electrostatig ac amsugno cemegol, mae atyniad electronau gwefr bositif arwyneb ac adwaith cyfnewid ligand yn cyfuno â hydroxyl arwyneb, mae'r grŵp swyddogaethol hydroxyl ar wyneb yr amsugnwr yn cynhyrchu bond hydrogen gydag F-, mae addasu La a Ce yn gwella gallu amsugno fflworin, mae La/MA yn cynnwys mwy o safleoedd amsugno hydroxyl, ac mae gallu amsugno F yn y drefn La/MA>Ce/MA>MA. Gyda chynnydd y crynodiad cychwynnol, mae gallu amsugno fflworin yn cynyddu. Mae'r effaith amsugno orau pan fydd pH yn 5 ~ 9, ac mae proses amsugno fflworin yn cyd-fynd â model amsugno isothermol Langmuir. Yn ogystal, gall amhureddau ïonau sylffad mewn alwmina hefyd effeithio'n sylweddol ar ansawdd samplau. Er bod yr ymchwil gysylltiedig ar alwmina wedi'i addasu â phridd prin wedi'i chynnal, mae'r rhan fwyaf o'r ymchwil yn canolbwyntio ar y broses o amsugno, sy'n anodd ei ddefnyddio'n ddiwydiannol. Yn y dyfodol, gallwn astudio mecanwaith daduniad cymhlyg fflworin mewn toddiant sylffad sinc a nodweddion mudo ïonau fflworin, cael amsugno ïon fflworin effeithlon, cost isel ac adnewyddadwy ar gyfer dadfflworineiddio toddiant sylffad sinc mewn system hydrometelau sinc, a sefydlu model rheoli prosesau ar gyfer trin toddiant fflworin uchel yn seiliedig ar amsugno nano MA pridd prin.
3.2 Catalydd
3.2.1 Diwygio methan yn sych
Gall pridd prin addasu asidedd (basigedd) deunyddiau mandyllog, cynyddu gwagle ocsigen, a syntheseiddio catalyddion gyda gwasgariad unffurf, graddfa nanometr a sefydlogrwydd. Fe'i defnyddir yn aml i gefnogi metelau nobl a metelau pontio i gataleiddio methaneiddio CO2. Ar hyn o bryd, mae deunyddiau mesopandyllog wedi'u haddasu â phridd prin yn datblygu tuag at ddiwygio methan sych (MDR), diraddio VOCs yn ffotocatalytig a phuro nwy cynffon. O'i gymharu â metelau nobl (megis Pd, Ru, Rh, ac ati) a metelau pontio eraill (megis Co, Fe, ac ati), defnyddir catalydd Ni/Al2O3 yn helaeth am ei weithgaredd catalytig a'i ddetholiad uwch, sefydlogrwydd uchel a chost isel ar gyfer methan. Fodd bynnag, mae sintro a dyddodiad carbon nanoronynnau Ni ar wyneb Ni/Al2O3 yn arwain at ddadactifadu cyflym y catalydd. Felly, mae angen ychwanegu cyflymydd, addasu cludwr catalydd a gwella'r llwybr paratoi i wella gweithgaredd catalytig, sefydlogrwydd a gwrthwynebiad llosgi. Yn gyffredinol, gellir defnyddio ocsidau daear prin fel hyrwyddwyr strwythurol ac electronig mewn catalyddion heterogenaidd, ac mae CeO2 yn gwella gwasgariad Ni ac yn newid priodweddau Ni metelaidd trwy ryngweithio cefnogaeth metel cryf.
Defnyddir MA yn helaeth i wella gwasgariad metelau, a darparu cyfyngiad ar fetelau gweithredol i atal eu crynhoi. Mae La2O3 gyda chynhwysedd storio ocsigen uchel yn gwella'r ymwrthedd carbon yn y broses drawsnewid, ac mae La2O3 yn hyrwyddo gwasgariad Co ar alwmina mesoporous, sydd â gweithgaredd diwygio uchel a gwydnwch. Mae'r hyrwyddwr La2O3 yn cynyddu gweithgaredd MDR catalydd Co/MA, ac mae cyfnodau Co3O4 a CoAl2O4 yn cael eu ffurfio ar wyneb y catalydd. Fodd bynnag, mae gan y La2O3 gwasgaredig iawn ronynnau bach o 8nm ~ 10nm. Yn y broses MDR, ffurfiodd y rhyngweithio in-situ rhwng La2O3 a CO2 mesoffas La2O2CO3, a ysgogodd ddileu CxHy yn effeithiol ar wyneb y catalydd. Mae La2O3 yn hyrwyddo lleihau hydrogen trwy ddarparu dwysedd electronau uwch a gwella gwagle ocsigen mewn 10%Co/MA. Mae ychwanegu La2O3 yn lleihau'r egni actifadu ymddangosiadol o ddefnydd CH4. Felly, cynyddodd cyfradd trosi CH4 i 93.7% ar 1073K K. Gwellodd ychwanegu La2O3 y gweithgaredd catalytig, hyrwyddo gostyngiad H2, cynyddu nifer y safleoedd gweithredol Co0, cynhyrchu llai o garbon a adneuwyd a chynyddu'r gwagle ocsigen i 73.3%.
Cefnogwyd Ce a Pr ar gatalydd Ni/Al2O3 trwy ddull impregnation cyfaint cyfartal yn Li Xiaofeng. Ar ôl ychwanegu Ce a Pr, cynyddodd y detholiad i H2 a gostyngodd y detholiad i CO. Roedd gan yr MDR a addaswyd gan Pr allu catalytig rhagorol, a chynyddodd y detholiad i H2 o 64.5% i 75.6%, tra gostyngodd y detholiad i CO o 31.4%. Defnyddiodd Peng Shujing et al. y dull sol-gel. Paratowyd MA wedi'i addasu â Ce gydag isopropocsid alwminiwm, toddydd isopropanol a hecsahydrad nitrad ceriwm. Cynyddodd arwynebedd penodol y cynnyrch ychydig. Gostyngodd ychwanegu Ce agregu nanoronynnau tebyg i wialen ar wyneb MA. Roedd rhai grwpiau hydroxyl ar wyneb γ-Al2O3 wedi'u gorchuddio'n y bôn gan gyfansoddion Ce. Gwellodd sefydlogrwydd thermol MA, ac ni ddigwyddodd unrhyw drawsnewidiad cyfnod crisial ar ôl calchynnu ar 1000 ℃ am 10 awr. Wang Baowei et al. Deunydd MA wedi'i baratoi CeO2-Al2O4 trwy'r dull cyd-ddyfodiad. Gwasgarwyd CeO2 gyda grawn bach ciwbig yn unffurf mewn alwmina. Ar ôl cynnal Co a Mo ar CeO2-Al2O4, ataliwyd y rhyngweithio rhwng alwmina a'r gydran weithredol Co a Mo yn effeithiol gan CEO2
Mae'r hyrwyddwyr priddoedd prin (La, Ce, y a Sm) yn cael eu cyfuno â chatalydd Co/MA ar gyfer MDR, a dangosir y broses yn ffig. 3. Gall yr hyrwyddwyr priddoedd prin wella gwasgariad Co ar gludydd MA ac atal crynhoi gronynnau co. Po leiaf yw maint y gronynnau, y cryfaf yw'r rhyngweithio Co-MA, y cryfaf yw'r gallu catalytig a sinteru mewn catalydd YCo/MA, ac effeithiau cadarnhaol sawl hyrwyddwr ar weithgaredd MDR a dyddodiad carbon. Mae Ffig. 4 yn ddelwedd HRTEM ar ôl triniaeth MDR ar 1023K, Co2: ch4: N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3.1 am 8 awr. Mae gronynnau Co yn bodoli ar ffurf smotiau du, tra bod cludwyr MA yn bodoli ar ffurf llwyd, sy'n dibynnu ar y gwahaniaeth mewn dwysedd electronau. Yn y ddelwedd HRTEM gyda 10%Co/MA (ffig. 4b), gwelir crynhoad gronynnau metel Co ar gludwyr ma. Mae ychwanegu hyrwyddwr daear prin yn lleihau gronynnau Co i 11.0nm~12.5nm. Mae gan YCo/MA ryngweithio Co-MA cryf, ac mae ei berfformiad sinteru yn well na chatalyddau eraill. Yn ogystal, fel y dangosir yn ffig. 4b i 4f, cynhyrchir nanowifrau carbon gwag (CNF) ar y catalyddau, sy'n cadw mewn cysylltiad â llif nwy ac yn atal y catalydd rhag dadactifadu.
Ffig. 3 Effaith ychwanegu priddoedd prin ar briodweddau ffisegol a chemegol a pherfformiad catalytig MDR catalydd Co/MA
3.2.2 Catalydd dadocsideiddio
Paratowyd Fe2O3/Meso-CeAl, catalydd dadocsideiddio seiliedig ar Fe wedi'i dopio â Ce, trwy ddadhydrogeniad ocsideiddiol 1-biwten gyda CO2 fel ocsidydd meddal, a chafodd ei ddefnyddio wrth synthesis 1,3-bwtadien (BD). Roedd Ce wedi'i wasgaru'n fawr mewn matrics alwmina, ac roedd Fe2O3/meso wedi'i wasgaru'n fawr. Nid yn unig mae gan y catalydd Fe2O3/Meso-CeAl-100 rywogaethau haearn wedi'u gwasgaru'n fawr a phriodweddau strwythurol da, ond mae ganddo hefyd gapasiti storio ocsigen da, felly mae ganddo gapasiti amsugno ac actifadu da o CO2. Fel y dangosir yn Ffigur 5, mae delweddau TEM yn dangos bod Fe2O3/Meso-CeAl-100 yn rheolaidd. Mae'n dangos bod strwythur sianel tebyg i fwydod MesoCeAl-100 yn llac ac yn fandyllog, sy'n fuddiol i wasgariad cynhwysion actif, tra bod Ce wedi'i wasgaru'n fawr wedi'i dopio'n llwyddiannus mewn matrics alwmina. Mae'r deunydd cotio catalydd metel nobl sy'n bodloni safon allyriadau isel iawn cerbydau modur wedi datblygu strwythur mandwll, sefydlogrwydd hydrothermol da a chapasiti storio ocsigen mawr.
3.2.3 Catalydd ar gyfer Cerbydau
Cymhlethdodau pridd prin AlCeZrTiOx ac AlLaZrTiOx sy'n seiliedig ar alwminiwm cwaternaidd wedi'u cefnogi gan Pd-Rh i gael deunyddiau gorchuddio catalydd modurol. Gellir defnyddio'r cymhleth pridd prin Pd-Rh/ALC sy'n seiliedig ar alwminiwm mesoporous yn llwyddiannus fel catalydd puro gwacáu cerbydau CNG gyda gwydnwch da, ac mae effeithlonrwydd trosi CH4, prif gydran nwy gwacáu cerbydau CNG, mor uchel â 97.8%. Mabwysiadu dull un cam hydrothermalMAl i baratoi'r deunydd cyfansawdd pridd prin ma hwnnw i wireddu hunan-gydosod, syntheseiddiwyd rhagflaenwyr mesoporous archebedig â chyflwr metasefydlog ac agregu uchel, ac roedd synthesis RE-Al yn cydymffurfio â model “uned twf cyfansawdd”, gan wireddu puro trawsnewidydd catalytig tair ffordd wedi'i osod ar ôl gwacáu ceir.
Ffig. 4 delweddau HRTEM o ma (a), Co/ MA(b), LaCo/MA(c), CeCo/MA(d), YCo/MA(e) a SmCo/MA(f)
Ffig. 5 Delwedd TEM (A) a diagram elfen EDS (b,c) o Fe2O3/Meso-CeAl-100
3.3 perfformiad goleuol
Mae electronau elfennau daear prin yn cael eu cyffroi'n hawdd i drawsnewid rhwng gwahanol lefelau ynni ac allyrru golau. Defnyddir ïonau daear prin yn aml fel actifadyddion i baratoi deunyddiau luminescent. Gellir llwytho ïonau daear prin ar wyneb microsfferau gwag alwminiwm ffosffad trwy'r dull cyd-ddyfodiad a'r dull cyfnewid ïonau, a gellir paratoi deunyddiau luminescent AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd). Mae'r donfedd luminescent yn y rhanbarth uwchfioled agos. Gwneir MA yn ffilmiau tenau oherwydd ei inertia, ei gysonyn dielectrig isel a'i ddargludedd isel, sy'n ei gwneud yn berthnasol i ddyfeisiau trydanol ac optegol, ffilmiau tenau, rhwystrau, synwyryddion, ac ati. Gellir ei ddefnyddio hefyd ar gyfer ymateb synhwyro crisialau ffotonig un dimensiwn, cynhyrchu ynni a haenau gwrth-adlewyrchiad. Mae'r dyfeisiau hyn yn ffilmiau wedi'u pentyrru â hyd llwybr optegol pendant, felly mae angen rheoli mynegai plygiannol a thrwch. Ar hyn o bryd, defnyddir titaniwm deuocsid ac ocsid sirconiwm gyda mynegai plygiannol uchel a silicon deuocsid gyda mynegai plygiannol isel yn aml i ddylunio ac adeiladu dyfeisiau o'r fath. Mae'r ystod o ddeunyddiau sydd â gwahanol briodweddau cemegol arwyneb wedi'i hehangu, sy'n ei gwneud hi'n bosibl dylunio synwyryddion ffoton uwch. Mae cyflwyno ffilmiau MA ac ocsihydrocsid wrth ddylunio dyfeisiau optegol yn dangos potensial mawr oherwydd bod y mynegai plygiannol yn debyg i fynegai silicon deuocsid. Ond mae'r priodweddau cemegol yn wahanol.
3.4 sefydlogrwydd thermol
Gyda chynnydd tymheredd, mae sintro yn effeithio'n ddifrifol ar effaith defnyddio catalydd MA, ac mae'r arwynebedd penodol yn lleihau ac mae cyfnod crisialog γ-Al2O3in yn trawsnewid i gyfnodau δ a θ i χ. Mae gan ddeunyddiau daear prin sefydlogrwydd cemegol a sefydlogrwydd thermol da, addasrwydd uchel, a deunyddiau crai sydd ar gael yn hawdd ac yn rhad. Gall ychwanegu elfennau daear prin wella sefydlogrwydd thermol, ymwrthedd ocsideiddio tymheredd uchel a phriodweddau mecanyddol y cludwr, ac addasu asidedd arwyneb y cludwr. La a Ce yw'r elfennau addasu a ddefnyddir ac a astudir amlaf. Canfu Lu Weiguang ac eraill fod ychwanegu elfennau daear prin yn atal trylediad swmp gronynnau alwmina yn effeithiol, bod La a Ce yn amddiffyn y grwpiau hydroxyl ar wyneb alwmina, yn atal sintro a thrawsnewid cyfnod, ac yn lleihau difrod tymheredd uchel i strwythur mesoporous. Mae gan yr alwmina a baratowyd arwynebedd penodol a chyfaint mandwll uchel o hyd. Fodd bynnag, bydd gormod neu rhy ychydig o elfennau daear prin yn lleihau sefydlogrwydd thermol alwmina. Li Yanqiu et al. ychwanegwyd 5% o La2O3 at γ-Al2O3, a wellodd y sefydlogrwydd thermol a chynyddodd gyfaint y mandwll ac arwynebedd penodol y cludwr alwmina. Fel y gwelir o Ffigur 6, ychwanegwyd La2O3 at γ-Al2O3, gan wella sefydlogrwydd thermol y cludwr cyfansawdd daear prin.
Yn y broses o ddopio gronynnau nano-ffibrog gyda La i MA, mae arwynebedd BET a chyfaint mandwll MA-La yn uwch na rhai MA pan fydd tymheredd y driniaeth wres yn cynyddu, ac mae gan ddopio gyda La effaith amlwg ar atal sintro ar dymheredd uchel. Fel y dangosir yn ffig. 7, gyda chynnydd tymheredd, mae La yn atal adwaith twf grawn a thrawsnewid cyfnod, tra bod ffig. 7a a 7c yn dangos cronni gronynnau nano-ffibrog. Yn ffig. 7b, mae diamedr gronynnau mawr a gynhyrchir trwy galchynnu ar 1200 ℃ tua 100nm. Mae'n nodi sintro sylweddol MA. Yn ogystal, o'i gymharu â MA-1200, nid yw MA-La-1200 yn agregu ar ôl triniaeth wres. Gydag ychwanegu La, mae gan ronynnau nano-ffibr allu sintro gwell. Hyd yn oed ar dymheredd calchynnu uwch, mae La wedi'i ddopio yn dal i fod wedi'i wasgaru'n fawr ar wyneb MA. Gellir defnyddio MA wedi'i addasu â La fel cludwr catalydd Pd mewn adwaith ocsideiddio C3H8.
Ffig. 6 Model strwythur o sintro alwmina gydag a heb elfennau daear prin
Ffig. 7 delweddau TEM o MA-400 (a), MA-1200(b), MA-La-400(c) ac MA-La-1200(d)
4 Casgliad
Cyflwynir cynnydd paratoi a chymhwyso swyddogaethol deunyddiau MA wedi'u haddasu gan briddoedd prin. Defnyddir MA wedi'i addasu gan briddoedd prin yn helaeth. Er bod llawer o ymchwil wedi'i wneud mewn cymhwysiad catalytig, sefydlogrwydd thermol ac amsugno, mae gan lawer o ddeunyddiau gost uchel, swm dopio isel, trefn wael ac maent yn anodd eu diwydiannu. Mae angen gwneud y gwaith canlynol yn y dyfodol: optimeiddio cyfansoddiad a strwythur MA wedi'i addasu gan briddoedd prin, dewis y broses briodol, Bodloni'r datblygiad swyddogaethol; Sefydlu model rheoli prosesau yn seiliedig ar broses swyddogaethol i leihau costau a gwireddu cynhyrchu diwydiannol; Er mwyn gwneud y mwyaf o fanteision adnoddau priddoedd prin Tsieina, dylem archwilio mecanwaith addasu MA priddoedd prin, gwella'r ddamcaniaeth a'r broses o baratoi MA wedi'i addasu gan briddoedd prin.
Prosiect y Gronfa: Prosiect Arloesi Cyffredinol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Shaanxi (2011KTDZ01-04-01); Prosiect Ymchwil Wyddonol Arbennig Talaith Shaanxi 2019 (19JK0490); prosiect ymchwil wyddonol arbennig 2020 Coleg Huaqing, Prifysgol Pensaernïaeth a Thechnoleg Xi 'an (20KY02)
Ffynhonnell: Prin Ddaear
Amser postio: Gorff-04-2022