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納米二氧化鈰用途廣在各行各業(yè)中大顯神通
納米氧化鈰是一種廉價(jià)、用途極廣的稀土氧化物,優(yōu)鋯的納米二氧化鈰UG-CE01粒徑尺寸小、粒徑分布均勻、純度高,外觀為淡黃或黃褐色狀粉末。不溶于水和堿,微溶于酸。它可用作拋光材料、催化劑、催化劑載體(助劑)、汽車尾氣吸收劑、紫外線吸收劑、燃料電池電解質(zhì)、電子陶瓷等。納米級(jí)的二氧化鈰可以直接影響到材料的性能,比如:超細(xì)納米氧化鈰加入到陶瓷中,可以降低陶瓷的燒結(jié)溫度,抑制晶格生長(zhǎng),提高陶瓷的致密性。大的比表面積可以更好的提高催化劑的催化活性。它的變價(jià)特性使其具有很好的光電性能,可摻雜在其它半導(dǎo)體材料中進(jìn)行改性,提高光量子遷移效率,改善材料的光致激發(fā)作用。
①優(yōu)鋯納米二氧化鈰UG-CE01在廢水處理方面的應(yīng)用
我國(guó)每年的污水排放量達(dá)390多億噸,其中工業(yè)廢水占了51%,然而染料廢水又占總工業(yè)廢水的35%,并且還在以1%的速度逐年增加,對(duì)水安全造成極大隱患。不同于一般的生活污水,印染廢水造成的污染尤為嚴(yán)重。染料品種數(shù)以萬計(jì),印染加工過程中約有10%~20%的染料隨廢水排出,每排放1噸染料廢水,就會(huì)污染20噸水體。染料廢水是難處理的工業(yè)廢水之一,具有色度深、堿性大、有機(jī)污染物含量高和水質(zhì)變化大等特點(diǎn)。大多數(shù)染料為有毒難降解有機(jī)物,化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng),具有致癌、致畸、致突等作用,直接危害人類健康,并嚴(yán)重破壞水體、土壤及生態(tài)環(huán)境,造成嚴(yán)重的后果。通常染料廢水中含有的成分是纖維原料、紡織漿料和印染加工所用的化學(xué)試劑、染料、各類整理劑和表面活性劑等,其中的纖維原料和漿料等成分可以在物理沉降過程中被大量地去除,而廢水的脫色降解處理是最關(guān)鍵的一步。
目前,采用處理染料廢水的方法有物理法、化學(xué)法、生物法等。使用物理法中的絮凝、吸附等方法會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生二次污染,帶來大量的污泥,并且對(duì)處理成本和運(yùn)輸條件要求高。生物法處理染料廢水是通過微生物酶對(duì)染料分子產(chǎn)生氧化或還原作用,以達(dá)到脫色的目的。但這需要微生物具有專一性。由于培養(yǎng)專用生物試劑的周期較長(zhǎng),設(shè)備占地面積大,處理周期長(zhǎng)等因素不利于效率的提高,且染料分子抗生物降解性強(qiáng),所以在提高廢水的可生化降解性的前提下,才能獲得良好的效果。
與之相比,利用蘇州優(yōu)鋯的納米氧化鈰UG-CE01采用化學(xué)氧化法可以將染料分子中雙鍵或不飽和基團(tuán)進(jìn)行氧化,使大分子發(fā)生斷鏈,降解為小分子物質(zhì),達(dá)到礦化的目的。高級(jí)氧化技術(shù)作用時(shí)間短,礦化作用強(qiáng),過程控制單元操作簡(jiǎn)單,是近年來廣泛關(guān)注的一種方法。高級(jí)氧化技術(shù)包括Fenton法、O3/UV發(fā)、光催化氧化法、電化學(xué)法和O3/催化組合發(fā)等。Fenton法是較早采用的高級(jí)氧化技術(shù),使用Fe2+和H2O2作為組成成分,控制一定的pH值范圍,催化生成羥基自由基攻擊有機(jī)物分子。但使用此法的pH值要求在1~3之間,對(duì)設(shè)備的要求嚴(yán)格,且消耗了大量的H2O2,有一定的生產(chǎn)成本。O3作為氧化劑的主要成分時(shí),雖然O3的氧化能力強(qiáng),但對(duì)人員和工作環(huán)境要求嚴(yán)格,泄露時(shí)易造成污染,且將O2加工成O3要耗用較多的能量,這與減耗節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)是相違背的。電化學(xué)法通過電極反應(yīng)將有機(jī)物分子氧化,但耗費(fèi)的電能多,不利于工業(yè)化的生產(chǎn)方式。光催化氧化法作為一種高級(jí)氧化技術(shù),利用優(yōu)鋯的納米氧化鈰UG-CE01在紫外線照射下產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑羥基自由基,其中的作用機(jī)理和O3氧化是相同的??刂埔欢ǖ娜芤涵h(huán)境,即可實(shí)現(xiàn)在光照下連續(xù)產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑,具有多次循環(huán)使用的特點(diǎn),且不同于均相催化反應(yīng)方式,半導(dǎo)體參與的非均相催化不對(duì)環(huán)境造成二次污染,可對(duì)光催化劑進(jìn)行有效的回收。
②優(yōu)鋯納米二氧化鈰UG-CE01在紫外線吸收方面的應(yīng)用
根據(jù)研究表明280 nm~320 nm的紫外光會(huì)讓皮膚曬黑、曬傷,嚴(yán)重的甚至?xí)鹌つw癌。在化妝品中加入優(yōu)鋯納米級(jí)氧化鈰,可以減少紫外線對(duì)人體的傷害。優(yōu)鋯納米二氧化鈰對(duì)紫外線的吸收作用極強(qiáng),可作為紫外線吸收劑用于防曬化妝品、汽車玻璃、防曬纖維、涂料、塑料等產(chǎn)品上。蘇州優(yōu)鋯氧化鈰用于防曬的化妝品中,其對(duì)可見光無特征吸收,透過性好,防止紫外線的效果好;而且非晶的氧化硅包涂在二氧化鈰上可以降低二氧化鈰的催化活性,從而防止了二氧化鈰的催化活性引起的化妝品的變色變質(zhì)。
③優(yōu)鋯納米二氧化鈰UG-CE01在催化劑方面的應(yīng)用
近年來,隨著人們生活水平的提高,汽車已經(jīng)在人們的生活中越來越普及,目前的汽車主要還是以燃燒汽油為主。這就避免不了會(huì)產(chǎn)生有害的氣體,目前人們已經(jīng)從汽車尾氣中分離出100多種物質(zhì),其中80多種為中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)公布的有害物質(zhì),主要包括:一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸衔?、二氧化碳、顆粒物(PM)等。在汽車尾氣中,除氮?dú)?、氧氣以及燃燒產(chǎn)物二氧化碳、水蒸氣為無害成分外,其余均為有害成分。因此,控制和解決汽車尾氣污染成為了一個(gè)迫切解決的問題。
關(guān)于汽車尾氣催化劑,人民早期使用的大多是普通金屬鉻(Cr)、銅(Cu)、鎳(Ni),其缺點(diǎn)是起燃溫度高、易中毒、催化活性差。之后使用貴金屬鉑(Pt)、銠(Rh)、鈀(Pd)等作為催化劑,其具有壽命長(zhǎng)、活性高、凈化效果好等優(yōu)點(diǎn),但是由于貴金屬價(jià)格昂貴,成本較高,也容易因磷(P)、硫(S)、鉛(Pb)等而中毒,因此很難推廣。
鈰作為鑭系元素中的一種,可失去一個(gè)5d電子和兩個(gè)6s電子形成Ce3+,也會(huì)因?yàn)槭?/span>4f電子層排布的影響而形成比較穩(wěn)定的4f空軌道,從而形成Ce4+,這種變價(jià)特性使其具有較好的氧化還原能力。
由于Ce3+和Ce4+的可逆轉(zhuǎn)換,使得優(yōu)鋯納米氧化鈰具有獨(dú)特的儲(chǔ)放氧功能。其過程如下。
儲(chǔ)存氧過程:
Ce2O3+1/2O2=2CeO2
Ce2O3+NO=2CeO2+1/2N2
Ce2O3+H2O=2CeO2+H2
釋放氧過程:
2CeO2+H2=Ce2O3+H2O
2CeO2+CO=Ce2O3+CO2
常用的汽車尾氣催化劑中,CeO2是助催化劑。其功能有兩個(gè):一是儲(chǔ)放氧,氧氣不足時(shí),CeO2轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Ce2O3;氧氣過剩時(shí),Ce2O3轉(zhuǎn)變成CeO2;二是催化劑中的貴金屬微粒受CeO2控制(它隨CecO2微粒的增大而增大,而研究表明,催化劑中的貴金屬微??刂圃诩{米級(jí)時(shí)才具有很高催化活性)。因此,在汽車尾氣凈化劑中添加優(yōu)鋯UG-CE01納米二氧化鈰相對(duì)于添加非納米級(jí)二氧化鈰有以下優(yōu)點(diǎn):蘇州優(yōu)鋯供應(yīng)的納米級(jí)氧化鈰的粒子比表面積大,涂層量高,稀土礦物粒度粗,有害雜質(zhì)含量低,增加了儲(chǔ)氧能力;優(yōu)鋯納米氧化鈰處于納米級(jí)可控制催化劑中貴金屬微粒處于納米級(jí),保證了在高溫氣氛中崔化劑高的比表面,從而大大提高了催化活性;作為添加劑,可以降低Pt.、Rh用量,自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣燃料比和助催化作用,并能提高載體的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度等性能。
④優(yōu)鋯納米二氧化鈰UG-CE03在拋光粉上的應(yīng)用
優(yōu)鋯納米二氧化鈰是目前玻璃拋光最常用的磨料,廣泛應(yīng)用于玻璃的精密加工。SiO2也是常用的磨料,當(dāng)三價(jià)和四價(jià)物質(zhì)單健強(qiáng)度規(guī)范化為各白氧化物的IEP (isoelectric point)時(shí),去除率最高的材料是優(yōu)鋯二氧化鈰,其次是Zr和Ti的氧化物,SiO2,比起其他的氧化物去除率很小。由于優(yōu)鋯納米二氧化鈰具有強(qiáng)氧化作用,作為層間SiO2介電層拋光的研磨粒子具有平整質(zhì)量高、拋光速率快、選擇性好的優(yōu)點(diǎn)。CeO2粒子比SiO2 粒子柔軟,因此在拋光過程中,不容易刮傷SiO2拋光面,而且具有拋光速率快的優(yōu)點(diǎn),這主要在于CeO2粒子在拋光過程中所起的化學(xué)作用。
通過化學(xué)反應(yīng)與拋光表面Si之間形成Ce-O-Si鍵,CeO2粒子便把SiO2表面的部分SiO2撕咬下來。進(jìn)入溶液中,經(jīng)過分散以后SiO2粒子又從CeO2粒子的表面脫落下來。Ce-O-Si 鍵的形成與Si-O-Si鍵的斷裂影響著拋光速率?;瘜W(xué)解聚作用和機(jī)械撕咬作用同時(shí)影響著Si-O-Si鍵的斷裂。
⑤優(yōu)鋯納米二氧化鈰UG-CE02在鋼鐵工業(yè)上的應(yīng)用
稀土元素由于其特殊的原子結(jié)構(gòu)和活性,作為微量添加劑用于鋼、鑄鐵、欽、鋁、鎳、鎢、鑰等材料中,能消除雜質(zhì)、細(xì)化晶粒和改善材料組成,從而改進(jìn)合金的機(jī)械、物理和加工性能,提高合金的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性。例如,在鋼鐵工業(yè)中,稀土作為添加劑,可以凈化鋼液,改變鋼中央雜物的形態(tài)和分布,細(xì)化晶粒,改變結(jié)構(gòu)和性能。以優(yōu)鋯納米二氧化鈰作涂層和添加劑能改善高溫合金和不銹鋼的抗氧化、熱腐蝕、水腐蝕和硫化性能,也可用作球墨鑄鐵的孕育劑。將納米二氧化鈰涂敷于合金上有許多種技術(shù),包括噴涂、在硝酸亞鈰溶液中浸漬、濺射、電泳、應(yīng)用二氧化鈰泥漿于乙醇懸浮液中和等。
⑥優(yōu)鋯納米二氧化鈰UG-CE01在其它方面的應(yīng)用
納米二氧化鈰還有很多的用途,比如在燃料電池中以二氧化鈰基復(fù)合氧化物作電解質(zhì),在中溫(500C~800 C)時(shí)就能有足夠高的氧離于電流密度;橡膠硫化過程中加入優(yōu)鋯二氧化鈰可以對(duì)橡膠起到一定的改性作用;在發(fā)光材料、磁性材料等領(lǐng)域優(yōu)鋯二氧化鈰也有著重要的作用。
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