ความคืบหน้าของการใช้อลูมินา mesoporous ที่ดัดแปลงจากธาตุหายาก

ในบรรดาออกไซด์ที่ไม่ใช่ซิลิกา อลูมินามีคุณสมบัติเชิงกลที่ดี ทนต่ออุณหภูมิสูงและทนต่อการกัดกร่อน ในขณะที่อลูมินา mesoporous (MA) มีขนาดรูพรุนที่ปรับได้ พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ ปริมาณรูพรุนขนาดใหญ่ และต้นทุนการผลิตต่ำ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการเร่งปฏิกิริยา ควบคุมการปล่อยยา การดูดซับ และสาขาอื่น ๆ เช่นการแตกร้าว การไฮโดรแคร็ก และไฮโดรเดสซัลเฟอร์ไรเซชันของวัตถุดิบปิโตรเลียม อลูมินาที่มีรูพรุนขนาดเล็กมักใช้ในอุตสาหกรรม แต่จะส่งผลโดยตรงต่อกิจกรรม ของอลูมินา อายุการใช้งาน และการเลือกสรรของตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการฟอกไอเสียรถยนต์ สารมลพิษที่สะสมจากสารเติมแต่งน้ำมันเครื่องจะก่อตัวเป็นโค้ก ซึ่งจะนำไปสู่การอุดตันของรูตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งช่วยลดการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยา สารลดแรงตึงผิวสามารถใช้เพื่อปรับโครงสร้างของตัวพาอลูมินาให้เป็น MA ได้ ปรับปรุงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยา

MA มีผลกระทบจากข้อจำกัด และโลหะที่ใช้งานอยู่จะถูกปิดใช้งานหลังจากการเผาที่อุณหภูมิสูง นอกจากนี้ หลังจากการเผาที่อุณหภูมิสูง โครงสร้าง mesoporous จะพังทลายลง โครงกระดูก MA อยู่ในสถานะสัณฐาน และความเป็นกรดของพื้นผิวไม่สามารถตอบสนองความต้องการในด้านการทำงานได้ การปรับเปลี่ยนมักจำเป็นเพื่อปรับปรุงกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยา ความเสถียรของโครงสร้าง mesoporous ความเสถียรทางความร้อนของพื้นผิว และความเป็นกรดของพื้นผิวของวัสดุ MA กลุ่มการปรับเปลี่ยนทั่วไป ได้แก่ เฮเทอโรอะตอมของโลหะ (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr เป็นต้น ) และโลหะออกไซด์ (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7 ฯลฯ) โหลดบนพื้นผิวของ MA หรือเจือเข้าไปในโครงกระดูก

โครงสร้างอิเล็กตรอนแบบพิเศษของธาตุหายากทำให้สารประกอบของมันมีคุณสมบัติทางแสง ไฟฟ้า และแม่เหล็กเป็นพิเศษ และใช้ในวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยา วัสดุโฟโตอิเล็กทริก วัสดุดูดซับ และวัสดุแม่เหล็ก วัสดุ mesoporous ที่ดัดแปลงจากธาตุหายากสามารถปรับคุณสมบัติของกรด (ด่าง) เพิ่มตำแหน่งออกซิเจน และสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยานาโนคริสตัลไลน์ของโลหะด้วยการกระจายตัวที่สม่ำเสมอและขนาดนาโนเมตรที่เสถียร วัสดุที่มีรูพรุนที่เหมาะสมและธาตุหายากสามารถปรับปรุงการกระจายตัวของพื้นผิวของผลึกนาโนของโลหะ และความเสถียรและการสะสมของคาร์บอน ความต้านทานของตัวเร่งปฏิกิริยา ในบทความนี้ เราจะนำเสนอการดัดแปลงและการทำงานของ Rare Earth และการทำงานของ MA เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยา ความคงตัวทางความร้อน ความสามารถในการกักเก็บออกซิเจน พื้นที่ผิวจำเพาะ และโครงสร้างรูพรุน

การเตรียม 1 MA

1.1 การเตรียมตัวพาอลูมินา

วิธีการเตรียมตัวพาอลูมินาจะกำหนดการกระจายตัวของโครงสร้างรูพรุน และวิธีการเตรียมโดยทั่วไป ได้แก่ วิธีการแยกน้ำแบบหลอก-โบเอห์ไมต์ (PB) และวิธีการโซล-เจล Pseudoboehmite (PB) ได้รับการเสนอครั้งแรกโดย Calvet และ H+ ส่งเสริมการทำให้เป็นเพปไทด์เพื่อให้ได้ PB คอลลอยด์ γ-AlOOH ที่ประกอบด้วยน้ำระหว่างชั้น ซึ่งถูกเผาและทำให้แห้งที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างอลูมินา ตามวัตถุดิบที่แตกต่างกัน มักแบ่งออกเป็นวิธีการตกตะกอน วิธีการคาร์บอเนต และวิธีการไฮโดรไลซิสของแอลกอฮอล์อะลูมิเนียม ความสามารถในการละลายคอลลอยด์ของ PB ได้รับผลกระทบจากความเป็นผลึก และได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมด้วยการเพิ่มความเป็นผลึก และยังได้รับผลกระทบจากพารามิเตอร์กระบวนการทำงานอีกด้วย

โดยทั่วไป PB จะเตรียมโดยวิธีการตกตะกอน อัลคาไลถูกเติมลงในสารละลายอะลูมิเนต หรือกรดถูกเติมลงในสารละลายอะลูมิเนตและตกตะกอนเพื่อให้ได้อลูมินาไฮเดรต (การตกตะกอนของอัลคาไล) หรือเติมกรดลงในการตกตะกอนของอะลูมิเนตเพื่อให้ได้อลูมินาโมโนไฮเดรต ซึ่งจากนั้นจะถูกล้าง ทำให้แห้ง และเผาเพื่อให้ได้ PB วิธีการตกตะกอนนั้นใช้งานง่ายและมีต้นทุนต่ำ ซึ่งมักใช้ในการผลิตทางอุตสาหกรรม แต่จะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ (ค่า pH ของสารละลาย ความเข้มข้น อุณหภูมิ ฯลฯ) และเงื่อนไขในการได้รับอนุภาคที่มีการกระจายตัวดีกว่านั้นเข้มงวด ในวิธีการคาร์บอไนเซชัน จะได้ Al(OH)3 จากปฏิกิริยาของ CO2 และ NaAlO2 และ PB สามารถรับได้หลังจากการบ่ม วิธีนี้มีข้อดีคือใช้งานง่าย คุณภาพผลิตภัณฑ์สูง ไม่มีมลภาวะและต้นทุนต่ำ และสามารถเตรียมอลูมินาที่มีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาสูง ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม และพื้นที่ผิวจำเพาะสูงด้วยการลงทุนต่ำและให้ผลตอบแทนสูง มักใช้วิธีไฮโดรไลซิสอะลูมิเนียมอัลคอกไซด์ เพื่อเตรียม PB ที่มีความบริสุทธิ์สูง อะลูมิเนียมอัลคอกไซด์ถูกไฮโดรไลซ์เพื่อสร้างอะลูมิเนียมออกไซด์โมโนไฮเดรต จากนั้นบำบัดเพื่อให้ได้ PB ที่มีความบริสุทธิ์สูง ซึ่งมีความเป็นผลึกที่ดี ขนาดอนุภาคสม่ำเสมอ การกระจายขนาดรูพรุนที่เข้มข้น และความสมบูรณ์ของอนุภาคทรงกลมสูง อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ซับซ้อน และยากต่อการกู้คืนเนื่องจากการใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ที่เป็นพิษบางชนิด

นอกจากนี้ เกลืออนินทรีย์หรือสารประกอบอินทรีย์ของโลหะมักใช้ในการเตรียมสารตั้งต้นของอลูมินาโดยวิธีโซลเจล และเติมน้ำบริสุทธิ์หรือตัวทำละลายอินทรีย์เพื่อเตรียมสารละลายเพื่อสร้างโซล ซึ่งจากนั้นจะถูกเจล ทำให้แห้ง และคั่ว ปัจจุบันกระบวนการเตรียมอลูมินายังคงได้รับการปรับปรุงบนพื้นฐานของวิธีการคายน้ำ PB และวิธีการทำให้เป็นคาร์บอนกลายเป็นวิธีการหลักสำหรับการผลิตอลูมินาทางอุตสาหกรรมเนื่องจากการประหยัดและการปกป้องสิ่งแวดล้อม อลูมินาที่เตรียมโดยวิธีโซลเจลได้รับความสนใจอย่างมาก เนื่องจากมีการกระจายขนาดรูพรุนที่สม่ำเสมอมากขึ้น ซึ่งเป็นวิธีการที่มีศักยภาพ แต่จำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงเพื่อให้ตระหนักถึงการใช้งานทางอุตสาหกรรม

1.2 การเตรียม MA

อลูมินาทั่วไปไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านการทำงานได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเตรียม MA ที่มีประสิทธิภาพสูง วิธีการสังเคราะห์มักประกอบด้วย: วิธีการหล่อแบบนาโนโดยใช้แม่พิมพ์คาร์บอนเป็นแม่แบบแข็ง การสังเคราะห์ SDA: กระบวนการประกอบตัวเองที่เกิดจากการระเหย (EISA) เมื่อมีเทมเพลตแบบอ่อน เช่น SDA และสารลดแรงตึงผิวชนิดประจุบวก ประจุลบ หรือไม่มีประจุอื่นๆ

1.2.1 กระบวนการ EISA

เทมเพลตแบบอ่อนใช้ในสภาวะที่เป็นกรด ซึ่งหลีกเลี่ยงกระบวนการที่ซับซ้อนและใช้เวลานานของวิธีเมมเบรนแบบแข็ง และสามารถปรับรูรับแสงได้อย่างต่อเนื่อง การเตรียม MA โดย EISA ได้รับความสนใจอย่างมาก เนื่องจากมีความพร้อมใช้งานและความสามารถในการทำซ้ำได้ง่าย สามารถเตรียมโครงสร้าง mesoporous ต่างๆ ได้ ขนาดรูพรุนของ MA สามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนความยาวโซ่ที่ไม่ชอบน้ำของสารลดแรงตึงผิว หรือปรับอัตราส่วนโมลาร์ของตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสต่อสารตั้งต้นของอะลูมิเนียมในสารละลาย ดังนั้น EISA หรือที่เรียกว่าการสังเคราะห์และการปรับเปลี่ยนขั้นตอนเดียววิธีการโซลเจลของพื้นผิวสูง พื้นที่ MA และสั่งอะลูมินา mesoporous (OMA) ได้ถูกนำไปใช้กับเทมเพลตอ่อนต่างๆ เช่น P123, F127, ไตรเอทาโนลามีน (ชา) เป็นต้น EISA สามารถแทนที่กระบวนการประกอบร่วมของสารตั้งต้นออร์กาโนอะลูมิเนียม เช่น อะลูมิเนียมอัลคอกไซด์และเทมเพลตสารลดแรงตึงผิว ซึ่งโดยทั่วไปคืออะลูมิเนียมไอโซโพรพิกไซด์และ P123 สำหรับการจัดหาวัสดุที่มีรูพรุน การพัฒนากระบวนการ EISA ที่ประสบความสำเร็จจำเป็นต้องมีการปรับที่แม่นยำของไฮโดรไลซิสและการควบแน่นจลนพลศาสตร์เพื่อให้ได้โซลที่เสถียรและ ทำให้เกิดการพัฒนาของมีโซเฟสที่เกิดจากไมเซลล์ของสารลดแรงตึงผิวในโซล

ในกระบวนการ EISA การใช้ตัวทำละลายที่ไม่มีน้ำ (เช่น เอธานอล) และสารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนอินทรีย์สามารถชะลออัตราการไฮโดรไลซิสและอัตราการควบแน่นของสารตั้งต้นออร์กาโนอะลูมิเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ และกระตุ้นให้เกิดการประกอบวัสดุ OMA ได้ด้วยตัวเอง เช่น Al(OR)3and อะลูมิเนียมไอโซโพรออกไซด์ อย่างไรก็ตาม ในตัวทำละลายระเหยที่ไม่มีน้ำ เทมเพลตของสารลดแรงตึงผิวมักจะสูญเสียความสามารถในการชอบน้ำ/ความสามารถในการไม่ชอบน้ำ นอกจากนี้เนื่องจากความล่าช้าของการไฮโดรไลซิสและโพลีคอนเดนเซอร์ ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางจึงมีกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำ ซึ่งทำให้ยากต่อการโต้ตอบกับเทมเพลตของสารลดแรงตึงผิว เฉพาะเมื่อความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวและระดับไฮโดรไลซิสและโพลีคอนเดนเสทของอะลูมิเนียมค่อยๆ เพิ่มขึ้นในกระบวนการระเหยของตัวทำละลายเท่านั้นจึงจะสามารถประกอบแม่แบบและอะลูมิเนียมได้ด้วยตนเอง ดังนั้นพารามิเตอร์หลายอย่างที่ส่งผลต่อสภาวะการระเหยของตัวทำละลายและปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสและการควบแน่นของสารตั้งต้น เช่น อุณหภูมิ ความชื้นสัมพัทธ์ ตัวเร่งปฏิกิริยา อัตราการระเหยของตัวทำละลาย ฯลฯ จะส่งผลต่อโครงสร้างการประกอบขั้นสุดท้าย ดังแสดงในรูป 1 วัสดุ OMA ที่มีเสถียรภาพทางความร้อนสูงและประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาสูงถูกสังเคราะห์โดยการประกอบตัวเองที่เหนี่ยวนำให้เกิดการระเหยด้วยตัวทำละลายด้วยความร้อน (SA-EISA) การบำบัดด้วยโซลโวเทอร์มอลช่วยส่งเสริมการไฮโดรไลซิสโดยสมบูรณ์ของสารตั้งต้นของอะลูมิเนียม เพื่อสร้างกลุ่มอะลูมิเนียมไฮดรอกซิลคลัสเตอร์ขนาดเล็ก ซึ่งเพิ่มปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารลดแรงตึงผิวและอะลูมิเนียม มีโซเฟสหกเหลี่ยมสองมิติถูกสร้างขึ้นในกระบวนการ EISA และเผาที่ 400°C เพื่อสร้างเป็นวัสดุ OMA ในกระบวนการ EISA แบบดั้งเดิม กระบวนการระเหยจะมาพร้อมกับการไฮโดรไลซิสของสารตั้งต้นออร์กาโนอลูมิเนียม ดังนั้นสภาวะการระเหยจึงมีอิทธิพลสำคัญต่อปฏิกิริยาและโครงสร้างสุดท้ายของ OMA ขั้นตอนการบำบัดด้วยโซลโวเทอร์มอลส่งเสริมการไฮโดรไลซิสโดยสมบูรณ์ของสารตั้งต้นของอะลูมิเนียม และผลิตหมู่อะลูมิเนียมไฮดรอกซิลที่ควบแน่นบางส่วน OMA เกิดขึ้นภายใต้สภาวะการระเหยที่หลากหลาย เมื่อเปรียบเทียบกับ MA ที่เตรียมโดยวิธี EISA แบบดั้งเดิม OMA ที่เตรียมโดยวิธี SA-EISA จะมีปริมาตรรูพรุนที่สูงกว่า พื้นที่ผิวจำเพาะที่ดีกว่า และความเสถียรทางความร้อนที่ดีกว่า ในอนาคต สามารถใช้วิธี EISA เพื่อเตรียม MA รูรับแสงขนาดใหญ่พิเศษที่มีอัตราการแปลงสูงและการเลือกสรรที่ดีเยี่ยมโดยไม่ต้องใช้สารรีม

รูปที่ 1 ผังงานของวิธี SA-EISA สำหรับการสังเคราะห์วัสดุ OMA

1.2.2 กระบวนการอื่นๆ

การเตรียม MA แบบทั่วไปจำเป็นต้องมีการควบคุมพารามิเตอร์การสังเคราะห์ที่แม่นยำเพื่อให้ได้โครงสร้างมีโซพอรัสที่ชัดเจน และการถอดวัสดุเทมเพลตออกก็เป็นเรื่องที่ท้าทายเช่นกัน ซึ่งทำให้กระบวนการสังเคราะห์ซับซ้อนขึ้น ปัจจุบันมีวรรณกรรมหลายฉบับรายงานการสังเคราะห์ MA ด้วยเทมเพลตที่แตกต่างกัน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยมุ่งเน้นไปที่การสังเคราะห์ MA ด้วยกลูโคส ซูโครส และแป้งเป็นแม่แบบโดยใช้อะลูมิเนียมไอโซโพรออกไซด์ในสารละลายที่เป็นน้ำ วัสดุ MA เหล่านี้ส่วนใหญ่สังเคราะห์จากอะลูมิเนียมไนเตรต ซัลเฟต และอัลคอกไซด์เป็นแหล่งอะลูมิเนียม MA CTAB ยังได้มาจากการดัดแปลง PB โดยตรงเป็นแหล่งอะลูมิเนียม MA ที่มีคุณสมบัติทางโครงสร้างต่างกัน เช่น Al2O3)-1, Al2O3)-2 และ al2o3 และมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี การเติมสารลดแรงตึงผิวไม่ได้เปลี่ยนโครงสร้างผลึกโดยธรรมชาติของ PB แต่เปลี่ยนโหมดการเรียงซ้อนของอนุภาค นอกจากนี้ การก่อตัวของ Al2O3-3 ยังเกิดขึ้นจากการยึดเกาะของอนุภาคนาโนที่ทำให้เสถียรโดย PEG ตัวทำละลายอินทรีย์หรือการรวมตัวรอบ PEG อย่างไรก็ตาม การกระจายขนาดรูพรุนของ Al2O3-1 นั้นแคบมาก นอกจากนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แพลเลเดียมถูกเตรียมด้วย MA สังเคราะห์เป็นตัวพา ในปฏิกิริยาการเผาไหม้มีเทน ตัวเร่งปฏิกิริยาที่รองรับโดย Al2O3-3 แสดงให้เห็นประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาที่ดี

เป็นครั้งแรกที่ MA ที่มีการกระจายขนาดรูพรุนค่อนข้างแคบถูกเตรียมโดยใช้ ABD ตะกรันดำอะลูมิเนียมราคาถูกและอุดมด้วยอะลูมิเนียม กระบวนการผลิตประกอบด้วยกระบวนการสกัดที่อุณหภูมิต่ำและความดันปกติ อนุภาคของแข็งที่เหลืออยู่ในกระบวนการสกัดจะไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม และสามารถกองรวมกันได้โดยมีความเสี่ยงต่ำหรือนำกลับมาใช้ใหม่เป็นสารตัวเติมหรือมวลรวมในการใช้งานคอนกรีต พื้นที่ผิวจำเพาะของ MA สังเคราะห์คือ 123~162m2/g การกระจายขนาดรูพรุนแคบ รัศมีสูงสุดคือ 5.3 นาโนเมตร และความพรุนคือ 0.37 cm3/g วัสดุมีขนาดนาโนและขนาดคริสตัลประมาณ 11 นาโนเมตร การสังเคราะห์โซลิดสเตตเป็นกระบวนการใหม่ในการสังเคราะห์ MA ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการผลิตสารดูดซับเคมีกัมมันตภาพรังสีสำหรับการใช้งานทางคลินิก วัตถุดิบอลูมิเนียมคลอไรด์ แอมโมเนียมคาร์บอเนต และกลูโคสผสมกันในอัตราส่วนโมลาร์ 1: 1.5: 1.5 และ MA ถูกสังเคราะห์โดยปฏิกิริยาเคมีกลเคมีโซลิดสเตตใหม่ โดยการมุ่งเน้น 131I ในอุปกรณ์แบตเตอรี่ความร้อน ผลผลิตรวมของ 131I หลังจากความเข้มข้นคือ 90 % และสารละลาย 131I[NaI] ที่ได้รับมีความเข้มข้นของกัมมันตภาพรังสีสูง (1.7TBq/mL) ดังนั้นจึงตระหนักถึงการใช้ แคปซูลขนาดใหญ่ 131I[NaI] สำหรับการรักษามะเร็งต่อมไทรอยด์

โดยสรุป ในอนาคต เทมเพลตโมเลกุลขนาดเล็กยังสามารถพัฒนาเพื่อสร้างโครงสร้างรูพรุนที่ได้รับคำสั่งหลายระดับ ปรับโครงสร้าง สัณฐานวิทยา และคุณสมบัติทางเคมีของพื้นผิวของวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสร้างพื้นที่ผิวขนาดใหญ่และ MA ของรูหนอนสั่งได้ สำรวจเทมเพลตและแหล่งอะลูมิเนียมราคาถูก เพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการสังเคราะห์ ชี้แจงกลไกการสังเคราะห์ และแนะนำกระบวนการ

วิธีการแก้ไข 2 MA

วิธีการกระจายส่วนประกอบออกฤทธิ์บนตัวพา MA อย่างสม่ำเสมอ ได้แก่ การชุบ การสังเคราะห์ในแหล่งกำเนิด การตกตะกอน การแลกเปลี่ยนไอออน การผสมและการหลอมเชิงกล โดยสองวิธีแรกเป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุด

2.1 วิธีการสังเคราะห์ในแหล่งกำเนิด

กลุ่มที่ใช้ในการปรับเปลี่ยนการทำงานจะถูกเพิ่มเข้าไปในกระบวนการเตรียม MA เพื่อปรับเปลี่ยนและทำให้โครงสร้างโครงกระดูกของวัสดุมีความเสถียรและปรับปรุงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยา กระบวนการนี้แสดงในรูปที่ 2 Liu และคณะ สังเคราะห์ Ni/Mo-Al2O3in ในแหล่งกำเนิดโดยมี P123 เป็นเทมเพลต ทั้ง Ni และ Mo ถูกแยกย้ายกันไปในช่อง MA ที่สั่ง โดยไม่ทำลายโครงสร้าง mesoporous ของ MA และประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาได้รับการปรับปรุงอย่างเห็นได้ชัด การนำวิธีการเติบโตแบบ in-situ มาใช้บนพื้นผิว gamma-al2o3 ที่สังเคราะห์ขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับ γ-Al2O3 แล้ว MnO2-Al2O3 มีพื้นที่ผิวจำเพาะและปริมาตรรูพรุนของ BET ที่ใหญ่กว่า และมีโครงสร้าง mesoporous แบบ bimodal ที่มีการกระจายขนาดรูพรุนแคบ MnO2-Al2O3 มีอัตราการดูดซับที่รวดเร็วและประสิทธิภาพสูงสำหรับ F- และมีช่วงการใช้งาน pH ที่กว้าง (pH=4~10) ซึ่งเหมาะสำหรับสภาพการใช้งานในอุตสาหกรรมในทางปฏิบัติ ประสิทธิภาพการรีไซเคิลของ MnO2-Al2O3 ดีกว่าของ γ-Al2O ความเสถียรของโครงสร้างจำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมเพิ่มเติม โดยสรุป วัสดุดัดแปลง MA ที่ได้จากการสังเคราะห์ในแหล่งกำเนิดมีลำดับโครงสร้างที่ดี มีปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างกลุ่มและตัวพาอลูมินา การผสมผสานที่แน่นหนา โหลดวัสดุจำนวนมาก และไม่ง่ายที่จะทำให้เกิดการไหลของส่วนประกอบที่ทำงานอยู่ในกระบวนการปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยา และประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ

รูปที่ 2 การเตรียม MA แบบฟังก์ชันโดยการสังเคราะห์ในแหล่งกำเนิด

2.2 วิธีการทำให้มีขึ้น

จุ่ม MA ที่เตรียมไว้ลงในกลุ่มที่แก้ไข และรับวัสดุ MA ที่ดัดแปลงหลังการบำบัด เพื่อให้ทราบถึงผลกระทบของการเร่งปฏิกิริยา การดูดซับ และอื่นๆ Cai และคณะ เตรียม MA จาก P123 โดยวิธีโซลเจล แล้วแช่ในเอทานอลและสารละลายเตตราเอทิลีนเพนตามีน เพื่อให้ได้วัสดุ MA ดัดแปลงอะมิโนที่มีประสิทธิภาพการดูดซับสูง นอกจากนี้ Belkacemi และคณะ จุ่มลงในสารละลาย ZnCl2 ด้วยกระบวนการเดียวกันเพื่อให้ได้วัสดุ MA ดัดแปลงที่เจือด้วยสังกะสีตามสั่ง พื้นที่ผิวจำเพาะและปริมาตรรูพรุนคือ 394 ตร.ม./กรัม และ 0.55 ลูกบาศก์เซนติเมตร/กรัม ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการสังเคราะห์ในแหล่งกำเนิด วิธีการทำให้มีการกระจายตัวขององค์ประกอบดีกว่า โครงสร้าง mesoporous ที่เสถียร และประสิทธิภาพการดูดซับที่ดี แต่แรงปฏิกิริยาระหว่างส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่และตัวพาอลูมินานั้นอ่อนแอ และกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาถูกรบกวนได้ง่ายจากปัจจัยภายนอก

3 ความคืบหน้าการทำงาน

การสังเคราะห์ Rare Earth MA ที่มีคุณสมบัติพิเศษถือเป็นแนวโน้มการพัฒนาในอนาคต ปัจจุบันมีวิธีการสังเคราะห์หลายวิธี พารามิเตอร์กระบวนการส่งผลต่อประสิทธิภาพของ MA พื้นที่ผิวจำเพาะ ปริมาตรรูพรุน และเส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนของ MA สามารถปรับได้ตามประเภทเทมเพลตและองค์ประกอบของสารตั้งต้นอะลูมิเนียม อุณหภูมิการเผาและความเข้มข้นของเทมเพลตโพลีเมอร์ส่งผลต่อพื้นที่ผิวจำเพาะและปริมาตรรูพรุนของ MA ซูซูกิและยามาอุจิพบว่าอุณหภูมิในการเผาเพิ่มขึ้นจาก 500°C เป็น 900°C รูรับแสงสามารถเพิ่มได้และพื้นที่ผิวก็ลดลงได้ นอกจากนี้ การบำบัดด้วยการดัดแปลงธาตุหายากยังช่วยปรับปรุงกิจกรรม ความเสถียรทางความร้อนของพื้นผิว ความเสถียรของโครงสร้าง และความเป็นกรดของพื้นผิวของวัสดุ MA ในกระบวนการเร่งปฏิกิริยา และตรงตามการพัฒนาของการทำงานของ MA

3.1 ตัวดูดซับการละลายฟลูออริเนชัน

ฟลูออรีนในน้ำดื่มในประเทศจีนเป็นอันตรายร้ายแรง นอกจากนี้ การเพิ่มขึ้นของปริมาณฟลูออรีนในสารละลายซิงค์ซัลเฟตทางอุตสาหกรรมจะนำไปสู่การกัดกร่อนของแผ่นอิเล็กโทรด สภาพแวดล้อมในการทำงานเสื่อมลง คุณภาพของสังกะสีไฟฟ้าลดลง และปริมาณน้ำรีไซเคิลในระบบสร้างกรดลดลง และกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของก๊าซไอเสียที่ย่างด้วยเตาฟลูอิไดซ์เบด ปัจจุบัน วิธีการดูดซับเป็นวิธีการที่น่าสนใจที่สุดในบรรดาวิธีการกำจัดฟลูออไรด์แบบเปียกทั่วไป อย่างไรก็ตาม มีข้อบกพร่องบางประการ เช่น ความสามารถในการดูดซับต่ำ ช่วง pH ที่แคบที่มีอยู่ มลพิษทุติยภูมิ เป็นต้น ถ่านกัมมันต์, อลูมินาอสัณฐาน, อลูมินากัมมันต์และตัวดูดซับอื่น ๆ ถูกนำมาใช้ในการ defluorination ของน้ำ แต่ต้นทุนของตัวดูดซับอยู่ในระดับสูง และความสามารถในการดูดซับของสารละลายเป็นกลาง F-in หรือความเข้มข้นสูงนั้นต่ำ อลูมินาที่เปิดใช้งานได้กลายเป็นที่แพร่หลายที่สุด การศึกษาตัวดูดซับสำหรับการกำจัดฟลูออไรด์ เนื่องจากมีสัมพรรคภาพและความสามารถในการเลือกฟลูออไรด์สูงที่ค่า pH เป็นกลาง แต่ถูกจำกัดด้วยความสามารถในการดูดซับฟลูออไรด์ต่ำ และเฉพาะที่ ค่า pH <6 สามารถมีประสิทธิภาพการดูดซับฟลูออไรด์ที่ดีได้หรือไม่ MA ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในการควบคุมมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากมีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ ผลกระทบของขนาดรูพรุนที่เป็นเอกลักษณ์ ประสิทธิภาพของกรดเบส ความเสถียรทางความร้อนและทางกล คุนดู และคณะ MA ที่เตรียมไว้ซึ่งมีความสามารถในการดูดซับฟลูออรีนสูงสุด 62.5 มก./กรัม ความสามารถในการดูดซับฟลูออรีนของ MA ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากลักษณะโครงสร้าง เช่น พื้นที่ผิวจำเพาะ กลุ่มการทำงานของพื้นผิว ขนาดรูพรุน และขนาดรูพรุนทั้งหมด การปรับโครงสร้างและประสิทธิภาพของ MA เป็นวิธีสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพการดูดซับ

เนื่องจากกรดแข็งของ La และความเป็นเบสที่แข็งของฟลูออรีน จึงมีความสัมพันธ์กันอย่างมากระหว่างไอออนของ La และฟลูออรีน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การศึกษาบางชิ้นพบว่า La เป็นตัวดัดแปลงสามารถปรับปรุงความสามารถในการดูดซับของฟลูออไรด์ได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากตัวดูดซับของธาตุหายากมีความเสถียรทางโครงสร้างต่ำ ธาตุหายากจึงถูกชะล้างเข้าไปในสารละลายมากขึ้น ส่งผลให้เกิดมลพิษทางน้ำทุติยภูมิและเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ ในทางกลับกัน อลูมิเนียมที่มีความเข้มข้นสูงในสภาพแวดล้อมทางน้ำถือเป็นหนึ่งในสารพิษต่อสุขภาพของมนุษย์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเตรียมตัวดูดซับคอมโพสิตชนิดหนึ่งที่มีความคงตัวที่ดี และไม่มีการชะล้างหรือชะล้างองค์ประกอบอื่นๆ น้อยลงในกระบวนการกำจัดฟลูออรีน MA ที่ดัดแปลงโดย La และ Ce ถูกเตรียมโดยวิธีการทำให้ชุ่ม (La/MA และ Ce/MA) โหลดออกไซด์ของธาตุหายากบนพื้นผิว MA เป็นครั้งแรก ซึ่งมีประสิทธิภาพการละลายฟลูออรีนที่สูงกว่า กลไกหลักของการกำจัดฟลูออรีนคือการดูดซับไฟฟ้าสถิตและการดูดซับสารเคมี การดึงดูดอิเล็กตรอนของประจุบวกที่พื้นผิวและปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนลิแกนด์รวมกับไฮดรอกซิลที่พื้นผิว กลุ่มฟังก์ชันไฮดรอกซิลบนพื้นผิวตัวดูดซับจะสร้างพันธะไฮโดรเจนด้วย F- การดัดแปลง La และ Ce ช่วยเพิ่มความสามารถในการดูดซับของฟลูออรีน La/MA มีตำแหน่งการดูดซับไฮดรอกซิลมากขึ้น และ ความสามารถในการดูดซับของ F อยู่ในลำดับของ La/MA>Ce/MA>MA เมื่อความเข้มข้นเริ่มต้นเพิ่มขึ้น ความสามารถในการดูดซับของฟลูออรีนจะเพิ่มขึ้น ผลการดูดซับจะดีที่สุดเมื่อ pH อยู่ที่ 5~9 และกระบวนการดูดซับของฟลูออรีนสอดคล้องกับแบบจำลองการดูดซับไอโซเทอร์มอลของ Langmuir นอกจากนี้ สิ่งเจือปนของซัลเฟตไอออนในอลูมินายังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณภาพของตัวอย่างอีกด้วย แม้ว่าการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับอลูมินาดัดแปลงจากธาตุหายากได้ดำเนินการไปแล้ว แต่การวิจัยส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่กระบวนการของตัวดูดซับซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะใช้ในอุตสาหกรรม ในอนาคตเราสามารถศึกษากลไกการแยกตัวของฟลูออรีนเชิงซ้อนในสารละลายซิงค์ซัลเฟต และลักษณะการอพยพของไอออนฟลูออรีน ได้รับตัวดูดซับไอออนฟลูออรีนที่มีประสิทธิภาพ ต้นทุนต่ำ และหมุนเวียนได้สำหรับการขจัดฟลูออรีนของสารละลายซิงค์ซัลเฟตในระบบโลหะผสมสังกะสี และสร้างแบบจำลองการควบคุมกระบวนการสำหรับ การบำบัดสารละลายฟลูออรีนสูงโดยใช้ตัวดูดซับนาโน MA ของธาตุหายาก

3.2 ตัวเร่งปฏิกิริยา

3.2.1 การปฏิรูปมีเทนแบบแห้ง

ธาตุหายากสามารถปรับความเป็นกรด (ความเป็นเบส) ของวัสดุที่มีรูพรุน เพิ่มปริมาณออกซิเจนที่ว่าง และสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีการกระจายตัวสม่ำเสมอ ขนาดนาโนเมตร และความเสถียร มักใช้เพื่อรองรับโลหะมีตระกูลและโลหะทรานซิชันเพื่อเร่งปฏิกิริยามีเทนของ CO2 ในปัจจุบัน วัสดุ mesoporous ที่ผ่านการดัดแปลงจากธาตุหายากกำลังพัฒนาไปสู่การปฏิรูปมีเทนแบบแห้ง (MDR) การย่อยสลายด้วยแสงของสารอินทรีย์ระเหย (VOCs) และการทำให้ก๊าซบริสุทธิ์ส่วนหาง เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะมีตระกูล (เช่น Pd, Ru, Rh ฯลฯ) และโลหะทรานซิชันอื่น ๆ (เช่น Co, Fe ฯลฯ) Ni/Al2O3catalyst ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาและการเลือกสรรที่สูงขึ้น ความเสถียรสูง และต้นทุนต่ำสำหรับมีเทน อย่างไรก็ตาม การเผาผนึกและการสะสมคาร์บอนของอนุภาคนาโน Ni บนพื้นผิวของ Ni/Al2O3 นำไปสู่การหยุดการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเพิ่มตัวเร่ง ปรับเปลี่ยนตัวพาตัวเร่งปฏิกิริยา และปรับปรุงเส้นทางการเตรียมการเพื่อปรับปรุงกิจกรรมตัวเร่งปฏิกิริยา ความเสถียร และความต้านทานต่อการไหม้เกรียม โดยทั่วไป ออกไซด์ของธาตุหายากสามารถใช้เป็นโปรโมเตอร์เชิงโครงสร้างและอิเล็กทรอนิกส์ในตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกัน และ CeO2 ปรับปรุงการกระจายตัวของ Ni และเปลี่ยนคุณสมบัติของโลหะ Ni ผ่านปฏิกิริยารองรับโลหะที่แข็งแกร่ง

MA ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อเพิ่มการกระจายตัวของโลหะ และทำหน้าที่ควบคุมโลหะที่ออกฤทธิ์เพื่อป้องกันการรวมตัวของโลหะ La2O3 ที่มีความสามารถในการกักเก็บออกซิเจนสูงช่วยเพิ่มความต้านทานคาร์บอนในกระบวนการแปลง และ La2O3 ส่งเสริมการกระจายตัวของ Co บนอลูมินาที่มีรูพรุน ซึ่งมีกิจกรรมการปฏิรูปและความยืดหยุ่นสูง ตัวกระตุ้น La2O3 เพิ่มกิจกรรม MDR ของตัวเร่งปฏิกิริยา Co/MA และเฟส Co3O4 และ CoAl2O4 จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม La2O3 ที่กระจัดกระจายอย่างมากมีเม็ดเล็ก ๆ 8nm~10nm ในกระบวนการ MDR ปฏิกิริยาในแหล่งกำเนิดระหว่าง La2O3 และ CO2 ทำให้เกิดเฟส La2O2CO3mesophase ซึ่งกระตุ้นให้เกิดการกำจัด CxHy บนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างมีประสิทธิผล La2O3 ส่งเสริมการลดไฮโดรเจนโดยให้ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงขึ้น และเพิ่มตำแหน่งว่างของออกซิเจนใน 10%Co/MA การเติม La2O3 จะช่วยลดพลังงานกระตุ้นที่ชัดเจนของการบริโภค CH4 ดังนั้น อัตราการแปลงของ CH4 จึงเพิ่มขึ้นเป็น 93.7% ที่ 1,073K K การเติม La2O3 ปรับปรุงกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยา ส่งเสริมการลดลงของ H2 เพิ่มจำนวนตำแหน่งที่ใช้งาน Co0 เพิ่มปริมาณคาร์บอนที่สะสมน้อยลง และเพิ่มตำแหน่งว่างของออกซิเจนเป็น 73.3%

Ce และ Pr ได้รับการสนับสนุนบนตัวเร่งปฏิกิริยา Ni/Al2O3 โดยวิธีการทำให้มีปริมาตรเท่ากันใน Li Xiaofeng หลังจากเพิ่ม Ce และ Pr ความสามารถในการเลือกของ H2 เพิ่มขึ้น และความสามารถในการเลือกของ CO ลดลง MDR ที่ดัดแปลงโดย Pr มีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาที่ดีเยี่ยม และความสามารถในการเลือกของ H2 เพิ่มขึ้นจาก 64.5% เป็น 75.6% ในขณะที่ความสามารถในการเลือกของ CO ลดลงจาก 31.4% Peng Shujing และคณะ ใช้วิธีการโซลเจล, MA ที่ดัดแปลงด้วย Ce เตรียมด้วยอลูมิเนียมไอโซโพรพิกไซด์, ตัวทำละลายไอโซโพรพานอล และซีเรียมไนเตรตเฮกซาไฮเดรต พื้นที่ผิวจำเพาะของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้นเล็กน้อย การเติม Ce ช่วยลดการรวมตัวของอนุภาคนาโนที่มีลักษณะคล้ายแท่งบนพื้นผิว MA หมู่ไฮดรอกซิลบางกลุ่มบนพื้นผิวของ γ-Al2O3 โดยทั่วไปถูกปกคลุมไปด้วยสารประกอบ Ce เสถียรภาพทางความร้อนของ MA ได้รับการปรับปรุง และไม่มีการเปลี่ยนแปลงเฟสคริสตัลเกิดขึ้นหลังจากการเผาที่ 1,000 ℃ เป็นเวลา 10 ชั่วโมง Wang Baowei และคณะ เตรียมวัสดุ MA CeO2-Al2O4 โดยวิธีตกตะกอนร่วม CeO2 ที่มีเม็ดเล็กเป็นลูกบาศก์ถูกกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในอลูมินา หลังจากสนับสนุน Co และ Mo บน CeO2-Al2O4 แล้ว ปฏิกิริยาระหว่างอลูมินากับส่วนประกอบออกฤทธิ์ Co และ Mo ก็ถูกยับยั้งอย่างมีประสิทธิภาพโดย CEO2

โปรโมเตอร์ธาตุหายาก (La, Ce, y และ Sm) ถูกรวมเข้ากับตัวเร่งปฏิกิริยา Co/MA สำหรับ MDR และกระบวนการนี้แสดงไว้ในรูปที่ 3. โปรโมเตอร์ธาตุหายากสามารถปรับปรุงการกระจายตัวของ Co บนตัวพา MA และยับยั้งการรวมตัวกันของอนุภาค co ยิ่งขนาดอนุภาคเล็กลง ปฏิสัมพันธ์ของ Co-MA ยิ่งแข็งแกร่งขึ้น ความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาและการเผาผนึกในตัวเร่งปฏิกิริยา YCo/MA ยิ่งแข็งแกร่งขึ้น และผลเชิงบวกของโปรโมเตอร์หลายตัวต่อกิจกรรม MDR และการสะสมคาร์บอน 4 คือ HRTEM iMAge หลังการบำบัด MDR ที่ 1023K, Co2: ch4: N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3.1 เป็นเวลา 8 ชั่วโมง อนุภาค Co มีอยู่ในรูปของจุดดำ ในขณะที่ตัวพา MA มีอยู่ในรูปของสีเทา ซึ่งขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ในภาพ HRTEM ที่มี 10%Co/MA (รูปที่ 4b) พบว่ามีการรวมตัวกันของอนุภาคโลหะ Co บนตัวพา ma การเติมโปรโมเตอร์ของธาตุหายากจะช่วยลดอนุภาค Co เป็น 11.0 นาโนเมตร ~ 12.5 นาโนเมตร YCo/MA มีปฏิสัมพันธ์ระหว่าง Co-MA ที่แข็งแกร่ง และประสิทธิภาพการเผาผนึกก็ดีกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาอื่นๆ นอกจากนี้ ดังแสดงในรูป ลวดนาโนคาร์บอนกลวง (CNF) ขนาด 4b ถึง 4f ถูกสร้างขึ้นบนตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งจะสัมผัสกับการไหลของก๊าซ และป้องกันไม่ให้ตัวเร่งปฏิกิริยาหยุดทำงาน

รูปที่ 3 ผลของการเติมธาตุหายากต่อคุณสมบัติทางกายภาพและเคมี และประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยา MDR ของตัวเร่งปฏิกิริยา Co/MA

3.2.2 ตัวเร่งปฏิกิริยาดีออกซิเดชัน

Fe2O3/Meso-CeAl ซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาดีออกซิเดชันที่มี Ce-doped Fe ถูกเตรียมโดยการออกซิเดชันดีไฮโดรจีเนชันของ 1- บิวทีนกับ CO2 เป็นสารออกซิแดนท์แบบอ่อน และใช้ในการสังเคราะห์ 1,3- บิวทาไดอีน (BD) Ce มีการกระจายตัวสูงในเมทริกซ์อลูมินา และ Fe2O3/meso มีการกระจายตัวสูงตัวเร่งปฏิกิริยา Fe2O3/Meso-CeAl-100 ไม่เพียงแต่มีสายพันธุ์เหล็กที่กระจายตัวสูงและมีคุณสมบัติทางโครงสร้างที่ดี แต่ยังมีความสามารถในการกักเก็บออกซิเจนที่ดี จึงมีความสามารถในการดูดซับและกระตุ้นที่ดี ของคาร์บอนไดออกไซด์ ดังแสดงในรูปที่ 5 ภาพ TEM แสดงให้เห็นว่า Fe2O3/Meso-CeAl-100 เป็นแบบปกติ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างช่องคล้ายหนอนของ MesoCeAl-100 นั้นหลวมและมีรูพรุน ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการกระจายตัวของสารออกฤทธิ์ ในขณะที่ Ce มีการกระจายตัวสูง ถูกเจือในเมทริกซ์อลูมินาได้สำเร็จ วัสดุเคลือบตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่าที่ได้มาตรฐานการปล่อยก๊าซเรือนกระจกต่ำเป็นพิเศษของยานยนต์ ได้พัฒนาโครงสร้างรูพรุน ความคงตัวของความร้อนใต้พิภพที่ดี และความสามารถในการกักเก็บออกซิเจนขนาดใหญ่

3.2.3 ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับยานพาหนะ

Pd-Rh รองรับสารประกอบเชิงซ้อนของธาตุหายากที่ใช้อะลูมิเนียมควอเทอร์นารี AlCeZrTiOx และ AlLaZrTiOx เพื่อให้ได้วัสดุเคลือบตัวเร่งปฏิกิริยาในยานยนต์ Pd-Rh/ALC คอมเพล็กซ์แรร์เอิร์ธที่ใช้อะลูมิเนียมมีโซพอรัสสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาฟอกไอเสียรถยนต์ CNG ได้สำเร็จด้วยความทนทานที่ดี และประสิทธิภาพการแปลงของ CH4 ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของก๊าซไอเสียรถยนต์ CNG นั้นสูงถึง 97.8% นำวิธีการแบบขั้นตอนเดียวของ hydrotherMAl มาใช้เพื่อเตรียมวัสดุผสมของธาตุหายากเพื่อให้เกิดการประกอบได้เอง สารตั้งต้น mesoporous ที่สั่งซื้อซึ่งมีสถานะแพร่กระจายได้และมีการรวมตัวสูงได้รับการสังเคราะห์ และการสังเคราะห์ RE-Al เป็นไปตามแบบจำลองของ "หน่วยการเจริญเติบโตของสารประกอบ" จึงตระหนักถึงการทำให้บริสุทธิ์ของเครื่องฟอกไอเสียรถยนต์แบบสามทางที่ติดตั้งหลังไอเสีย

รูปที่ 4 ภาพ HRTEM ของ ma (a), Co/ MA(b), LaCo/MA(c), CeCo/MA(d), YCo/MA(e) และ SmCo/MA(f)

รูปที่ 5 ภาพ TEM (A) และแผนภาพองค์ประกอบ EDS (b,c) ของ Fe2O3/Meso-CeAl-100

3.3 ประสิทธิภาพการส่องสว่าง

อิเล็กตรอนของธาตุหายากจะตื่นเต้นได้ง่ายที่จะเปลี่ยนระดับพลังงานต่างๆ และเปล่งแสงออกมา ไอออนของธาตุหายากมักถูกใช้เป็นตัวกระตุ้นในการเตรียมวัสดุเรืองแสง ไอออนของธาตุหายากสามารถโหลดบนพื้นผิวของไมโครสเฟียร์กลวงของอะลูมิเนียมฟอสเฟตได้โดยวิธีการตกตะกอนร่วมและวิธีการแลกเปลี่ยนไอออน และสามารถเตรียมวัสดุเรืองแสง AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd) ได้ ความยาวคลื่นเรืองแสงอยู่ในช่วงใกล้อัลตราไวโอเลต MA ถูกสร้างเป็นฟิล์มบางเนื่องจากความเฉื่อย ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกต่ำ และค่าการนำไฟฟ้าต่ำ ซึ่งทำให้ใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าและออปติคัล ฟิล์มบาง สิ่งกีดขวาง เซ็นเซอร์ ฯลฯ นอกจากนี้ยังสามารถทำได้ ใช้สำหรับการตรวจจับการตอบสนองของผลึกโฟโตนิกแบบหนึ่งมิติ การสร้างพลังงาน และการเคลือบป้องกันแสงสะท้อน อุปกรณ์เหล่านี้เป็นฟิล์มซ้อนกันที่มีความยาวเส้นทางแสงที่แน่นอน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องควบคุมดัชนีการหักเหของแสงและความหนา ในปัจจุบัน ไทเทเนียมไดออกไซด์และเซอร์โคเนียมออกไซด์ที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงและซิลิคอนไดออกไซด์ที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำมักใช้ในการออกแบบและสร้างอุปกรณ์ดังกล่าว . มีการขยายขอบเขตความพร้อมจำหน่ายของวัสดุที่มีคุณสมบัติทางเคมีบนพื้นผิวที่แตกต่างกัน ซึ่งทำให้สามารถออกแบบเซ็นเซอร์โฟตอนขั้นสูงได้ การแนะนำฟิล์ม MA และออกซีไฮดรอกไซด์ในการออกแบบอุปกรณ์ออพติคอลแสดงให้เห็นศักยภาพที่ดีเนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงคล้ายกับของซิลิคอนไดออกไซด์ แต่คุณสมบัติทางเคมีแตกต่างกัน

3.4 เสถียรภาพทางความร้อน

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเผาผนึกจะส่งผลกระทบอย่างจริงจังต่อผลการใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยา MA และพื้นที่ผิวจำเพาะลดลง และเฟสผลึก γ-Al2O3in จะเปลี่ยนเป็นระยะ δ และ θ ถึง χ วัสดุหายากมีความคงตัวทางเคมีและความร้อนที่ดี มีความสามารถในการปรับตัวสูง ตลอดจนวัตถุดิบที่หาได้ง่ายและราคาถูก การเพิ่มธาตุหายากสามารถปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อน ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง และคุณสมบัติทางกลของตัวพา และปรับความเป็นกรดของพื้นผิวของตัวพา La และ Ce เป็นองค์ประกอบดัดแปลงที่ใช้กันทั่วไปและศึกษากันมากที่สุด Lu Weiguang และคนอื่นๆ พบว่าการเพิ่มธาตุหายากสามารถป้องกันการแพร่กระจายของอนุภาคอลูมินาจำนวนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ La และ Ce ปกป้องหมู่ไฮดรอกซิลบนพื้นผิวของอลูมินา ยับยั้งการเผาผนึกและการเปลี่ยนเฟส และลดความเสียหายที่อุณหภูมิสูงต่อโครงสร้างมีโซพอรัส . อลูมินาที่เตรียมไว้ยังคงมีพื้นที่ผิวจำเพาะและปริมาตรรูพรุนสูง อย่างไรก็ตาม ธาตุหายากที่มากเกินไปหรือน้อยเกินไปจะลดความเสถียรทางความร้อนของอลูมินา หลี่ เหยียนชิว และคณะ เพิ่ม La2O3to γ-Al2O3 5% ซึ่งปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนและเพิ่มปริมาตรรูพรุนและพื้นที่ผิวจำเพาะของตัวพาอลูมินา ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 6 La2O3 เพิ่มใน γ-Al2O3 ปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนของตัวพาคอมโพสิตของธาตุหายาก

ในกระบวนการเติมอนุภาคเส้นใยนาโนด้วย La ถึง MA พื้นที่ผิว BET และปริมาตรรูพรุนของ MA-La จะสูงกว่าปริมาณของ MA เมื่ออุณหภูมิการรักษาความร้อนเพิ่มขึ้น และการเติมด้วย La มีผลชะลออย่างเห็นได้ชัดต่อการเผาผนึกที่ระดับสูง อุณหภูมิ. ดังแสดงในรูป 7 เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น La จะยับยั้งปฏิกิริยาการเจริญเติบโตของเกรนและการเปลี่ยนเฟส ในขณะที่มะเดื่อ 7a และ 7c แสดงการสะสมของอนุภาคนาโนเส้นใย ในรูป 7b เส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคขนาดใหญ่ที่เกิดจากการเผาที่อุณหภูมิ 1200°C มีค่าประมาณ 100 นาโนเมตร ซึ่งแสดงถึงการเผาผนึกที่สำคัญของ MA นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับ MA-1200 แล้ว MA-La-1200 จะไม่รวมตัวกันหลังจากการอบชุบด้วยความร้อน ด้วยการเติม La อนุภาคนาโนไฟเบอร์จึงมีความสามารถในการเผาผนึกได้ดีขึ้น แม้ที่อุณหภูมิการเผาจะสูงกว่า La ที่เจือยังคงกระจายตัวสูงบนพื้นผิว MA MA ที่ดัดแปลงด้วย La สามารถใช้เป็นพาหะของตัวเร่งปฏิกิริยา Pd ในปฏิกิริยาออกซิเดชันของ C3H8

รูปที่ 6 แบบจำลองโครงสร้างของการเผาอลูมินาที่มีและไม่มีธาตุหายาก

รูปที่ 7 ภาพ TEM ของ MA-400 (a), MA-1200(b), MA-La-400(c) และ MA-La-1200(d)

4 บทสรุป

มีการแนะนำความคืบหน้าในการเตรียมและการประยุกต์ใช้การทำงานของวัสดุ MA ดัดแปลงจากธาตุหายาก MA ที่ดัดแปลงจากธาตุหายากถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย แม้ว่าจะมีการวิจัยมากมายเกี่ยวกับการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ความเสถียรทางความร้อน และการดูดซับ แต่วัสดุหลายชนิดมีต้นทุนสูง ปริมาณสารต้องห้ามต่ำ ลำดับไม่ดี และยากต่อการแปรรูปทางอุตสาหกรรม งานต่อไปนี้จะต้องดำเนินการในอนาคต: ปรับองค์ประกอบและโครงสร้างของ MA ที่ดัดแปลงจากธาตุหายาก เลือกกระบวนการที่เหมาะสม พบกับการพัฒนาฟังก์ชัน สร้างแบบจำลองการควบคุมกระบวนการตามกระบวนการทำงานเพื่อลดต้นทุนและตระหนักถึงการผลิตทางอุตสาหกรรม เพื่อเพิ่มข้อได้เปรียบของทรัพยากรหายากของจีน เราควรสำรวจกลไกของการปรับเปลี่ยน MA ของธาตุหายาก ปรับปรุงทฤษฎีและกระบวนการในการเตรียม MA ที่ดัดแปลงจากธาตุหายาก

โครงการกองทุน: โครงการนวัตกรรมโดยรวมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมณฑลส่านซี (2011KTDZ01-04-01); โครงการวิจัยทางวิทยาศาสตร์พิเศษของมณฑลส่านซีปี 2019 (19JK0490); โครงการวิจัยทางวิทยาศาสตร์พิเศษประจำปี 2020 ของ Huaqing College, Xi 'an University of Architecture and Technology (20KY02)

ที่มา: แรร์เอิร์ธ