Onder nie-kiselhoudende oksiede het alumina goeie meganiese eienskappe, hoë temperatuurweerstand en korrosiebestandheid, terwyl mesoporiese alumina (MA) 'n verstelbare poriegrootte, groot spesifieke oppervlakarea, groot porievolume en lae produksiekoste het, wat wyd gebruik word in katalise, beheerde geneesmiddelvrystelling, adsorpsie en ander velde, soos kraking, hidrokraking en hidro-ontswaeling van petroleumgrondstowwe. Mikroporiese alumina word algemeen in die industrie gebruik, maar dit sal die aktiwiteit van alumina, die lewensduur en selektiwiteit van die katalisator direk beïnvloed. Byvoorbeeld, in die proses van motoruitlaatsuiwering sal die neergesette besoedelingstowwe van enjinolie-bymiddels kooks vorm, wat sal lei tot die blokkering van katalisatorporieë, wat die aktiwiteit van die katalisator verminder. Oppervlakaktiewe middel kan gebruik word om die struktuur van die alumina-draer aan te pas om MA te vorm. Verbeter die katalitiese werkverrigting daarvan.
MA het 'n beperkende effek, en die aktiewe metale word gedeaktiveer na hoëtemperatuurkalsinering. Boonop, na hoëtemperatuurkalsinering, stort die mesoporiese struktuur in duie, die MA-skelet is in 'n amorfe toestand, en die oppervlaksuurheid kan nie aan sy vereistes op die gebied van funksionalisering voldoen nie. Modifikasiebehandeling is dikwels nodig om die katalitiese aktiwiteit, mesoporiese struktuurstabiliteit, oppervlaktermiese stabiliteit en oppervlaksuurheid van MA-materiale te verbeter. Algemene modifikasiegroepe sluit in metaalheteroatome (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr, ens.) en metaaloksiede (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7, ens.) wat op die oppervlak van MA gelaai of in die skelet gedoteer word.
Die spesiale elektronkonfigurasie van seldsame aardelemente maak dat die verbindings spesiale optiese, elektriese en magnetiese eienskappe het, en word gebruik in katalitiese materiale, fotoëlektriese materiale, adsorpsiemateriale en magnetiese materiale. Seldsame aardelemente-gemodifiseerde mesoporiese materiale kan suur (alkali) eienskappe aanpas, suurstofvakature verhoog, en metaal-nanokristallyne katalisators sintetiseer met eenvormige verspreiding en stabiele nanometerskaal. Gepaste poreuse materiale en seldsame aardelemente kan die oppervlakverspreiding van metaal-nanokristalle en die stabiliteit en koolstofafsettingsweerstand van katalisators verbeter. In hierdie artikel sal seldsame aardelemente-modifikasie en funksionalisering van MA bekendgestel word om katalitiese werkverrigting, termiese stabiliteit, suurstofbergingskapasiteit, spesifieke oppervlakarea en poriestruktuur te verbeter.
1 MA-voorbereiding
1.1 voorbereiding van alumina-draer
Die voorbereidingsmetode van alumina-draer bepaal die poriestruktuurverspreiding daarvan, en die algemene voorbereidingsmetodes sluit in die pseudo-boehmiet (PB) dehidrasiemetode en die sol-gel-metode. Pseudoboehmiet (PB) is die eerste keer deur Calvet voorgestel, en H+ het peptisering bevorder om γ-AlOOH kolloïdale PB wat tussenlaagwater bevat, te verkry, wat gekalsineer en by hoë temperatuur gedehidreer is om alumina te vorm. Volgens verskillende grondstowwe word dit dikwels verdeel in die presipitasiemetode, karboniseringsmetode en alkoholaluminiumhidrolisemetode. Die kolloïdale oplosbaarheid van PB word beïnvloed deur kristalliniteit, en dit word geoptimaliseer met die toename van kristalliniteit, en word ook beïnvloed deur bedryfsprosesparameters.
PB word gewoonlik voorberei deur die presipitasiemetode. Alkali word by die aluminaatoplossing gevoeg of suur word by die aluminaatoplossing gevoeg en presipiteer om gehidreerde alumina (alkali-presipitasie) te verkry, of suur word by die aluminaatpresipitasie gevoeg om alumina-monohidraat te verkry, wat dan gewas, gedroog en gekalsineer word om PB te verkry. Die presipitasiemetode is maklik om te gebruik en goedkoop, en word dikwels in industriële produksie gebruik, maar dit word deur baie faktore beïnvloed (oplossing pH, konsentrasie, temperatuur, ens.). En daardie voorwaarde vir die verkryging van deeltjies met beter dispergeerbaarheid is streng. In die karboniseringsmetode word Al(OH)3 verkry deur die reaksie van CO2 en NaAlO2, en PB kan na veroudering verkry word. Hierdie metode het die voordele van eenvoudige werking, hoë produkgehalte, geen besoedeling en lae koste, en kan alumina met hoë katalitiese aktiwiteit, uitstekende korrosieweerstand en hoë spesifieke oppervlakarea met lae belegging en hoë opbrengs voorberei. Die aluminiumalkoksiedhidrolisemetode word dikwels gebruik om hoë-suiwerheid PB voor te berei. Aluminiumalkoksied word gehidroliseer om aluminiumoksiedmonohidraat te vorm, en dan behandel om hoë suiwerheid PB te verkry, wat goeie kristalliniteit, eenvormige deeltjiegrootte, gekonsentreerde poriegrootteverspreiding en hoë integriteit van sferiese deeltjies het. Die proses is egter kompleks, en dit is moeilik om te herwin as gevolg van die gebruik van sekere giftige organiese oplosmiddels.
Daarbenewens word anorganiese soute of organiese verbindings van metale algemeen gebruik vir die voorbereiding van alumina-voorlopers deur die sol-gel-metode, en suiwer water of organiese oplosmiddels word bygevoeg om oplossings voor te berei om sol te genereer, wat dan gegel, gedroog en gerooster word. Tans word die voorbereidingsproses van alumina steeds verbeter op grond van die PB-dehidrasiemetode, en die karboniseringsmetode het die hoofmetode vir industriële aluminaproduksie geword vanweë die ekonomie en omgewingsbeskerming daarvan. Alumina wat deur die sol-gel-metode voorberei word, het baie aandag getrek vanweë die meer eenvormige poriegrootteverspreiding, wat 'n potensiële metode is, maar dit moet verbeter word om industriële toepassing te verwesenlik.
1.2 MA-voorbereiding
Konvensionele alumina kan nie aan die funksionele vereistes voldoen nie, daarom is dit nodig om hoëprestasie-MA voor te berei. Die sintesemetodes sluit gewoonlik in: nano-gietmetode met koolstofvorm as harde sjabloon; Sintese van SDA: Verdampingsgeïnduseerde self-samestellingsproses (EISA) in die teenwoordigheid van sagte sjablone soos SDA en ander kationiese, anioniese of nie-ioniese oppervlakaktiewe stowwe.
1.2.1 EISA-proses
Die sagte sjabloon word in suur toestande gebruik, wat die ingewikkelde en tydrowende proses van die harde membraanmetode vermy en die deurlopende modulasie van diafragma kan bewerkstellig. Die voorbereiding van MA deur EISA het baie aandag getrek vanweë die maklike beskikbaarheid en reproduceerbaarheid daarvan. Verskillende mesoporiese strukture kan voorberei word. Die poriegrootte van MA kan aangepas word deur die hidrofobiese kettinglengte van die oppervlakaktiewe middel te verander of die molverhouding van hidrolisekatalisator tot aluminiumvoorloper in oplossing aan te pas. Daarom is EISA, ook bekend as die eenstap-sintese- en modifikasie-sol-gel-metode van hoë-oppervlakarea MA en geordende mesoporiese alumina (OMA), toegepas op verskeie sagte sjablone, soos P123, F127, triëtanolamien (tee), ens. EISA kan die ko-assemblageproses van organoaluminiumvoorlopers, soos aluminiumalkoksiede en oppervlakaktiewe middelsjablone, tipies aluminiumisopropoksied en P123, vervang om mesoporiese materiale te verskaf. Die suksesvolle ontwikkeling van die EISA-proses vereis presiese aanpassing van hidrolise- en kondensasiekinetika om stabiele sol te verkry en die ontwikkeling van mesofase wat deur oppervlakaktiewe miselle in sol gevorm word, toe te laat.
In die EISA-proses kan die gebruik van nie-waterige oplosmiddels (soos etanol) en organiese komplekseermiddels die hidrolise- en kondensasietempo van organoaluminiumvoorlopers effektief vertraag en die selfsamestelling van OMA-materiale, soos Al(OR)3 en aluminiumisopropoksied, veroorsaak. In nie-waterige vlugtige oplosmiddels verloor oppervlakaktiewe sjablone egter gewoonlik hul hidrofilisiteit/hidrofobisiteit. Boonop, as gevolg van die vertraging van hidrolise en polikondensasie, het die tussenproduk 'n hidrofobiese groep, wat dit moeilik maak om met die oppervlakaktiewe sjabloon te interaksie. Slegs wanneer die konsentrasie van die oppervlakaktiewe middel en die graad van hidrolise en polikondensasie van aluminium geleidelik verhoog word in die proses van oplosmiddelverdamping, kan die selfsamestelling van die sjabloon en aluminium plaasvind. Daarom sal baie parameters wat die verdampingstoestande van oplosmiddels en die hidrolise- en kondensasiereaksie van voorlopers beïnvloed, soos temperatuur, relatiewe humiditeit, katalisator, oplosmiddelverdampingstempo, ens., die finale samestellingsstruktuur beïnvloed. Soos getoon in fig. 1. OMA-materiale met hoë termiese stabiliteit en hoë katalitiese werkverrigting is gesintetiseer deur solvotermiese bygestaan verdampingsgeïnduseerde selfsamestelling (SA-EISA). Solvotermiese behandeling het die volledige hidrolise van aluminiumvoorlopers bevorder om klein groepies aluminiumhidroksielgroepe te vorm, wat die interaksie tussen oppervlakaktiewe stowwe en aluminium verbeter het. Tweedimensionele seshoekige mesofase is in die EISA-proses gevorm en by 400 ℃ gekalsineer om OMA-materiaal te vorm. In die tradisionele EISA-proses word die verdampingsproses gepaard met die hidrolise van die organoaluminiumvoorloper, dus het die verdampingstoestande 'n belangrike invloed op die reaksie en die finale struktuur van OMA. Die solvotermiese behandelingstap bevorder die volledige hidrolise van die aluminiumvoorloper en produseer gedeeltelik gekondenseerde groepies aluminiumhidroksielgroepe. OMA word gevorm onder 'n wye reeks verdampingstoestande. In vergelyking met MA wat deur die tradisionele EISA-metode voorberei is, het OMA wat deur die SA-EISA-metode voorberei is, 'n hoër porievolume, beter spesifieke oppervlakarea en beter termiese stabiliteit. In die toekoms kan die EISA-metode gebruik word om ultra-groot diafragma MA met 'n hoë omskakelingskoers en uitstekende selektiwiteit voor te berei sonder om 'n ruimmiddel te gebruik.
Fig. 1 vloeidiagram van SA-EISA-metode vir die sintese van OMA-materiale
1.2.2 ander prosesse
Konvensionele MA-voorbereiding vereis presiese beheer van sinteseparameters om 'n duidelike mesoporiese struktuur te verkry, en die verwydering van sjabloonmateriale is ook uitdagend, wat die sinteseproses bemoeilik. Tans het baie literatuur die sintese van MA met verskillende sjablone gerapporteer. In onlangse jare het die navorsing hoofsaaklik gefokus op die sintese van MA met glukose, sukrose en stysel as sjablone deur aluminiumisopropoksied in waterige oplossing. Die meeste van hierdie MA-materiale word gesintetiseer uit aluminiumnitraat, sulfaat en alkoksied as aluminiumbronne. MA CTAB kan ook verkry word deur direkte modifikasie van PB as aluminiumbron. MA met verskillende strukturele eienskappe, d.w.s. Al2O3)-1, Al2O3)-2 en al2o3, het goeie termiese stabiliteit. Die byvoeging van oppervlakaktiewe middel verander nie die inherente kristalstruktuur van PB nie, maar verander die stapelmodus van deeltjies. Daarbenewens word die vorming van Al2O3-3 gevorm deur die adhesie van nanopartikels wat gestabiliseer is deur organiese oplosmiddel PEG of aggregasie rondom PEG. Die poriegrootteverspreiding van Al2O3-1 is egter baie smal. Daarbenewens is palladium-gebaseerde katalisators voorberei met sintetiese MA as draer. In die metaanverbrandingsreaksie het die katalisator ondersteun deur Al2O3-3 goeie katalitiese werkverrigting getoon.
Vir die eerste keer is MA met 'n relatief nou poriegrootteverspreiding voorberei deur goedkoop en aluminiumryke aluminium swartslak ABD te gebruik. Die produksieproses sluit die ekstraksieproses by lae temperatuur en normale druk in. Die vaste deeltjies wat in die ekstraksieproses oorbly, sal nie die omgewing besoedel nie en kan met lae risiko opgehoop of hergebruik word as vulstof of aggregaat in betontoepassings. Die spesifieke oppervlakarea van die gesintetiseerde MA is 123~162m2/g. Die poriegrootteverspreiding is nou, die piekradius is 5.3nm en die porositeit is 0.37 cm3/g. Die materiaal is nano-grootte en die kristalgrootte is ongeveer 11nm. Vastetoestandsintese is 'n nuwe proses om MA te sintetiseer, wat gebruik kan word om radiochemiese absorbeerder vir kliniese gebruik te produseer. Aluminiumchloried, ammoniumkarbonaat en glukose-grondstowwe word gemeng in 'n molverhouding van 1:1.5:1.5, en MA word gesintetiseer deur 'n nuwe vastetoestand meganochemiese reaksie. Deur 131I in termiese batterytoerusting te konsentreer, is die totale opbrengs van 131I na konsentrasie 90%, en die verkrygde 131I[NaI]-oplossing het 'n hoë radioaktiewe konsentrasie (1.7TBq/mL), wat die gebruik van groot dosisse 131I[NaI]-kapsules vir die behandeling van skildklierkanker bewerkstellig.
Om op te som, kan klein molekulêre sjablone in die toekoms ook ontwikkel word om veelvlakkige geordende poriestrukture te konstrueer, die struktuur, morfologie en oppervlakchemiese eienskappe van materiale effektief aan te pas, en groot oppervlakarea en geordende wurmgat-MA te genereer. Verken goedkoop sjablone en aluminiumbronne, optimaliseer die sinteseproses, verduidelik die sintesemeganisme en lei die proses.
Wysigingsmetode van 2 MA
Die metodes om aktiewe komponente eenvormig op MA-draers te versprei, sluit in impregnering, in-situ sintese, presipitasie, ioonuitruiling, meganiese vermenging en smelting, waarvan die eerste twee die mees algemeen gebruikte is.
2.1 in-situ sintesemetode
Groepe wat in funksionele modifikasie gebruik word, word bygevoeg in die proses van die voorbereiding van MA om die skeletstruktuur van die materiaal te modifiseer en te stabiliseer en die katalitiese werkverrigting te verbeter. Die proses word in Figuur 2 getoon. Liu et al. het Ni/Mo-Al2O3 in situ gesintetiseer met P123 as templaat. Beide Ni en Mo is in geordende MA-kanale versprei, sonder om die mesoporiese struktuur van MA te vernietig, en die katalitiese werkverrigting is duidelik verbeter. Deur 'n in-situ groeimetode op 'n gesintetiseerde gamma-al2o3-substraat aan te neem, het MnO2-Al2O3, in vergelyking met γ-Al2O3, 'n groter BET-spesifieke oppervlakarea en porievolume, en 'n bimodale mesoporiese struktuur met 'n nou poriegrootteverspreiding. MnO2-Al2O3 het 'n vinnige adsorpsietempo en hoë doeltreffendheid vir F-, en het 'n wye pH-toepassingsreeks (pH=4~10), wat geskik is vir praktiese industriële toepassingsomstandighede. Die herwinningsprestasie van MnO2-Al2O3 is beter as dié van γ-Al2O. Strukturele stabiliteit moet verder geoptimaliseer word. Opsommend het die MA-gemodifiseerde materiale wat deur in-situ sintese verkry word, goeie strukturele orde, sterk interaksie tussen groepe en alumina-draers, stywe kombinasie, groot materiaallading, en veroorsaak nie maklik die afval van aktiewe komponente in die katalitiese reaksieproses nie, en die katalitiese prestasie word aansienlik verbeter.
Fig. 2 Voorbereiding van gefunksionaliseerde MA deur in-situ sintese
2.2 impregneringsmetode
Deur die voorbereide MA in die gemodifiseerde groep te onderdompel, en die gemodifiseerde MA-materiaal na behandeling te verkry, om die effekte van katalise, adsorpsie en dies meer te verwesenlik. Cai et al. het MA van P123 voorberei deur die sol-gel-metode, en dit in etanol en tetraëtileenpentamienoplossing geweek om amino-gemodifiseerde MA-materiaal met sterk adsorpsieprestasie te verkry. Daarbenewens het Belkacemi et al. in dieselfde proses in ZnCl2-oplossing gedoop om geordende sinkgedoteerde gemodifiseerde MA-materiale te verkry. Die spesifieke oppervlakarea en porievolume is onderskeidelik 394m2/g en 0.55 cm3/g. In vergelyking met die in-situ sintesemetode, het die impregneringsmetode beter elementdispersie, stabiele mesoporiese struktuur en goeie adsorpsieprestasie, maar die interaksiekrag tussen aktiewe komponente en alumina-draer is swak, en die katalitiese aktiwiteit word maklik deur eksterne faktore beïnvloed.
3 funksionele vordering
Die sintese van seldsame aardmetale (MA) met spesiale eienskappe is die ontwikkelingstendens in die toekoms. Tans is daar baie sintesemetodes. Die prosesparameters beïnvloed die werkverrigting van MA. Die spesifieke oppervlakarea, porievolume en poriedeursnee van MA kan aangepas word volgens die tipe sjabloon en die samestelling van die aluminiumvoorloper. Die kalsinasietemperatuur en polimeer-sjabloonkonsentrasie beïnvloed die spesifieke oppervlakarea en porievolume van MA. Suzuki en Yamauchi het bevind dat die kalsinasietemperatuur van 500 ℃ tot 900 ℃ verhoog is. Die opening kan vergroot word en die oppervlakarea kan verminder word. Boonop verbeter die seldsame aardmetale-modifikasiebehandeling die aktiwiteit, oppervlaktermiese stabiliteit, strukturele stabiliteit en oppervlaksuurheid van MA-materiale in die katalitiese proses, en voldoen dit aan die ontwikkeling van MA-funksionalisering.
3.1 Defluorineringsadsorbent
Die fluoor in drinkwater in China is ernstig skadelik. Boonop sal die toename in die fluoorinhoud in industriële sinksulfaatoplossing lei tot die korrosie van die elektrodeplaat, die agteruitgang van die werksomgewing, die afname in die kwaliteit van elektriese sink en die afname in die hoeveelheid herwinde water in die suurvervaardigingstelsel en elektroliseproses van die rookgas van die vloeibare bed-oond. Tans is die adsorpsiemetode die aantreklikste onder die algemene metodes van nat defluorinering. Daar is egter 'n paar tekortkominge, soos swak adsorpsiekapasiteit, 'n nou beskikbare pH-bereik, sekondêre besoedeling, ensovoorts. Geaktiveerde koolstof, amorfe alumina, geaktiveerde alumina en ander adsorbente is al gebruik vir die defluorinering van water, maar die koste van adsorbente is hoog, en die adsorpsiekapasiteit van F-in neutrale oplossing of hoë konsentrasie is laag. Geaktiveerde alumina het die mees bestudeerde adsorbent vir fluoriedverwydering geword as gevolg van sy hoë affiniteit en selektiwiteit vir fluoried by neutrale pH-waarde, maar dit word beperk deur die swak adsorpsiekapasiteit van fluoried, en slegs by pH <6 kan dit goeie fluoriedadsorpsieprestasie hê. MA het wye aandag getrek in omgewingsbesoedelingsbeheer as gevolg van sy groot spesifieke oppervlakarea, unieke poriegrootte-effek, suur-basisprestasie, termiese en meganiese stabiliteit. Kundu et al. het MA voorberei met 'n maksimum fluoriedadsorpsiekapasiteit van 62.5 mg/g. Die fluoriedadsorpsiekapasiteit van MA word grootliks beïnvloed deur sy strukturele eienskappe, soos spesifieke oppervlakarea, oppervlakfunksionele groepe, poriegrootte en totale poriegrootte. Aanpassing van die struktuur en prestasie van MA is 'n belangrike manier om sy adsorpsieprestasie te verbeter.
As gevolg van die harde suur van La en die harde basisiteit van fluoor, is daar 'n sterk affiniteit tussen La en fluoorione. In onlangse jare het sommige studies bevind dat La as 'n modifiseerder die adsorpsievermoë van fluoried kan verbeter. As gevolg van die lae strukturele stabiliteit van seldsame aardmetale-adsorbente, word meer seldsame aardmetale in die oplossing uitgeloog, wat lei tot sekondêre waterbesoedeling en skade aan menslike gesondheid. Aan die ander kant is 'n hoë konsentrasie aluminium in die wateromgewing een van die gifstowwe vir menslike gesondheid. Daarom is dit nodig om 'n soort saamgestelde adsorbent met goeie stabiliteit en geen uitloging of minder uitloging van ander elemente in die fluoorverwyderingsproses voor te berei. MA gemodifiseer deur La en Ce is voorberei deur die impregneringsmetode (La/MA en Ce/MA). Seldsame aardoksiede is vir die eerste keer suksesvol op MA-oppervlak gelaai, wat hoër defluorineringsprestasie gehad het. Die hoofmeganismes van fluoorverwydering is elektrostatiese adsorpsie en chemiese adsorpsie, die elektronaantrekking van die positiewe lading op die oppervlak en die liganduitruilreaksie kombineer met oppervlakhidroksiel, die hidroksielfunksionele groep op die adsorbentoppervlak genereer 'n waterstofbinding met F-, die modifikasie van La en Ce verbeter die adsorpsiekapasiteit van fluoor, La/MA bevat meer hidroksieladsorpsieplekke, en die adsorpsiekapasiteit van F is in die orde van La/MA>Ce/MA>MA. Met die toename van die aanvanklike konsentrasie neem die adsorpsiekapasiteit van fluoor toe. Die adsorpsie-effek is die beste wanneer die pH 5~9 is, en die adsorpsieproses van fluoor stem ooreen met die Langmuir-isotermiese adsorpsiemodel. Daarbenewens kan die onsuiwerhede van sulfaatione in alumina ook die kwaliteit van monsters aansienlik beïnvloed. Alhoewel die verwante navorsing oor seldsame aarde-gemodifiseerde alumina uitgevoer is, fokus die meeste van die navorsing op die proses van adsorbent, wat moeilik is om industrieel te gebruik. In die toekoms kan ons die dissosiasiemeganisme van die fluoorkompleks in sinksulfaatoplossing en die migrasie-eienskappe van fluoorione bestudeer, doeltreffende, laekoste en hernubare fluoorioonadsorbent verkry vir defluorinering van sinksulfaatoplossing in sinkhidrometallurgiestelsel, en 'n prosesbeheermodel vestig vir die behandeling van hoë fluooroplossing gebaseer op seldsame aarde MA nano-adsorbent.
3.2 Katalisator
3.2.1 Droë hervorming van metaan
Seldsame aarde kan die suurheid (basisiteit) van poreuse materiale aanpas, suurstofvakature verhoog, en katalisators sintetiseer met eenvormige verspreiding, nanometerskaal en stabiliteit. Dit word dikwels gebruik om edelmetale en oorgangsmetale te ondersteun om die metanisering van CO2 te kataliseer. Tans ontwikkel seldsame aarde-gemodifiseerde mesoporiese materiale in die rigting van metaan droë hervorming (MDR), fotokatalitiese afbraak van VOS'e en stertgas suiwering. In vergelyking met edelmetale (soos Pd, Ru, Rh, ens.) en ander oorgangsmetale (soos Co, Fe, ens.), word Ni/Al2O3-katalisator wyd gebruik vir sy hoër katalitiese aktiwiteit en selektiwiteit, hoë stabiliteit en lae koste vir metaan. Die sintering en koolstofafsetting van Ni-nanopartikels op die oppervlak van Ni/Al2O3 lei egter tot die vinnige deaktivering van die katalisator. Daarom is dit nodig om versneller by te voeg, die katalisatordraer te wysig en die voorbereidingsroete te verbeter om katalitiese aktiwiteit, stabiliteit en skroeiweerstand te verbeter. Oor die algemeen kan seldsame aardoksiede as strukturele en elektroniese promotors in heterogene katalisators gebruik word, en CeO2 verbeter die verspreiding van Ni en verander die eienskappe van metalliese Ni deur sterk metaalondersteuningsinteraksie.
MA word wyd gebruik om die verspreiding van metale te verbeter en beperking te bied vir aktiewe metale om hul agglomerasie te voorkom. La₂O₃ met hoë suurstofbergingskapasiteit verbeter die koolstofweerstand in die omskakelingsproses, en La₂O₃ bevorder die verspreiding van Co op mesoporiese alumina, wat hoë hervormingsaktiwiteit en veerkragtigheid het. Die La₂O₃-promoter verhoog die MDR-aktiwiteit van die Co/MA-katalisator, en Co₂O₄- en CoAl₂O₄-fases word op die katalisatoroppervlak gevorm. Die hoogs verspreide La₂O₃ het egter klein korrels van 8 nm~10 nm. In die MDR-proses het die in-situ-interaksie tussen La₂O₃ en CO₂ La₂O₂CO₃-mesofase gevorm, wat die effektiewe eliminasie van CxHy op die katalisatoroppervlak veroorsaak het. La₂O₃ bevorder waterstofreduksie deur hoër elektrondigtheid te verskaf en suurstofvakansie in 10%Co/MA te verbeter. Die byvoeging van La₂O₃ verminder die skynbare aktiveringsenergie van CH₄-verbruik. Daarom het die omskakelingskoers van CH4 tot 93.7% by 1073K K toegeneem. Die byvoeging van La2O3 het die katalitiese aktiwiteit verbeter, die reduksie van H2 bevorder, die aantal Co0-aktiewe plekke verhoog, minder gedeponeerde koolstof geproduseer en die suurstofvakature tot 73.3% verhoog.
Ce en Pr is op die Ni/Al2O3-katalisator ondersteun deur die gelyke volume-impregneringsmetode in Li Xiaofeng. Na die byvoeging van Ce en Pr het die selektiwiteit tot H2 toegeneem en die selektiwiteit tot CO afgeneem. Die MDR wat deur Pr gemodifiseer is, het uitstekende katalitiese vermoë gehad, en die selektiwiteit tot H2 het toegeneem van 64.5% tot 75.6%, terwyl die selektiwiteit tot CO afgeneem het van 31.4%. Peng Shujing et al. het die sol-gel-metode gebruik. Ce-gemodifiseerde MA is voorberei met aluminiumisopropoksied, isopropanoloplosmiddel en seriumnitraatheksahidraat. Die spesifieke oppervlakarea van die produk is effens verhoog. Die byvoeging van Ce het die aggregasie van staafagtige nanopartikels op die MA-oppervlak verminder. Sommige hidroksielgroepe op die oppervlak van γ-Al2O3 is basies deur Ce-verbindings bedek. Die termiese stabiliteit van MA is verbeter, en geen kristalfasetransformasie het plaasgevind na kalsinering by 1000 ℃ vir 10 uur nie. Wang Baowei et al. voorbereide MA-materiaal CeO2-Al2O4 deur die kopresipitasiemetode. CeO2 met klein kubieke korrels is eenvormig in alumina versprei. Nadat Co en Mo op CeO2-Al2O4 ondersteun is, is die interaksie tussen alumina en die aktiewe komponent Co en Mo effektief deur CEO2 geïnhibeer.
Die seldsame aardpromotors (La, Ce, y en Sm) word gekombineer met Co/MA-katalisator vir MDR, en die proses word in fig. 3 getoon. Die seldsame aardpromotors kan die verspreiding van Co op MA-draer verbeter en die agglomerasie van ko-deeltjies inhibeer. Hoe kleiner die deeltjiegrootte, hoe sterker die Co-MA-interaksie, hoe sterker die katalitiese en sintervermoë in die YCo/MA-katalisator, en die positiewe effekte van verskeie promotors op MDR-aktiwiteit en koolstofafsetting. Fig. 4 is 'n HRTEM-beeld na MDR-behandeling by 1023K, Co2:ch4:N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3.1 vir 8 uur. Ko-deeltjies bestaan in die vorm van swart kolle, terwyl MA-draers in die vorm van grys bestaan, wat afhang van die verskil in elektrondigtheid. In die HRTEM-beeld met 10%Co/MA (fig. 4b) word die agglomerasie van Co-metaaldeeltjies op ma-draers waargeneem. Die byvoeging van die seldsame aardmetaalpromotor verminder Co-deeltjies tot 11.0 nm ~ 12.5 nm. YCo/MA het sterk Co-MA-interaksie, en die sinterprestasie daarvan is beter as ander katalisators. Daarbenewens, soos getoon in fig. 4b tot 4f, word hol koolstof-nanodrade (CNF) op die katalisators geproduseer, wat in kontak bly met die gasvloei en verhoed dat die katalisator deaktiveer.
Fig. 3 Effek van seldsame aardmetale op fisiese en chemiese eienskappe en MDR-katalitiese werkverrigting van Co/MA-katalisator
3.2.2 Deoksidasiekatalisator
Fe2O3/Meso-CeAl, 'n Ce-gedoteerde Fe-gebaseerde deoksidasiekatalisator, is voorberei deur oksidatiewe dehidrogenering van 1-buteen met CO2 as sagte oksidant, en is gebruik in die sintese van 1,3-butadieen (BD). Ce was hoogs verspreid in die alumina-matriks, en Fe2O3/meso was hoogs verspreid. Die Fe2O3/Meso-CeAl-100-katalisator het nie net hoogs verspreide ysterspesies en goeie strukturele eienskappe nie, maar het ook goeie suurstofbergingskapasiteit, dus het dit goeie adsorpsie- en aktiveringskapasiteit van CO2. Soos getoon in Figuur 5, toon TEM-beelde dat Fe2O3/Meso-CeAl-100 gereeld is. Dit toon dat die wurmagtige kanaalstruktuur van MesoCeAl-100 los en poreus is, wat voordelig is vir die verspreiding van aktiewe bestanddele, terwyl hoogs verspreide Ce suksesvol in die alumina-matriks gedoteer word. Die edelmetaalkatalisatorbedekkingsmateriaal wat aan die ultra-lae emissiestandaard van motorvoertuie voldoen, het 'n poriestruktuur, goeie hidrotermiese stabiliteit en groot suurstofbergingskapasiteit ontwikkel.
3.2.3 Katalisator vir Voertuie
Pd-Rh-ondersteunde kwaternêre aluminium-gebaseerde seldsame aardkomplekse AlCeZrTiOx en AlLaZrTiOx om motorkatalisatorbedekkingsmateriale te verkry. Mesoporiese aluminium-gebaseerde seldsame aardkompleks Pd-Rh/ALC kan suksesvol gebruik word as 'n CNG-voertuiguitlaat-suiweringskatalisator met goeie duursaamheid, en die omskakelingsdoeltreffendheid van CH4, die hoofkomponent van CNG-voertuiguitlaatgas, is so hoog as 97.8%. Gebruik 'n hidrotermiese MAl-eenstapmetode om daardie seldsame aard ma-saamgestelde materiaal voor te berei om selfsamestelling te bewerkstellig. Geordende mesoporiese voorlopers met metastabiele toestand en hoë aggregasie is gesintetiseer, en die sintese van RE-Al het ooreengestem met die model van 'n "saamgestelde groei-eenheid", wat sodoende die suiwering van motoruitlaat na-gemonteerde driewegkatalitiese omskakelaar bewerkstellig.
Fig. 4 HRTEM-beelde van ma (a), Co/MA(b), LaCo/MA(c), CeCo/MA(d), YCo/MA(e) en SmCo/MA(f)
Fig. 5 TEM-beeld (A) en EDS-elementdiagram (b,c) van Fe2O3/Meso-CeAl-100
3.3 ligprestasie
Elektrone van seldsame aardelemente word maklik opgewek om tussen verskillende energievlakke oor te skakel en lig uit te straal. Seldsame aardione word dikwels as aktiveerders gebruik om luminescerende materiale voor te berei. Seldsame aardione kan op die oppervlak van aluminiumfosfaat hol mikrosfere gelaai word deur die kopresipitasiemetode en ioonuitruilingsmetode, en luminescerende materiale AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd) kan voorberei word. Die luminescerende golflengte is in die nabye ultravioletgebied. MA word in dun films gemaak as gevolg van sy traagheid, lae diëlektriese konstante en lae geleidingsvermoë, wat dit toepaslik maak vir elektriese en optiese toestelle, dun films, versperrings, sensors, ens. Dit kan ook gebruik word vir die waarneming van eendimensionele fotoniese kristalle, energieopwekking en anti-refleksiebedekkings. Hierdie toestelle is gestapelde films met 'n definitiewe optiese padlengte, daarom is dit nodig om die brekingsindeks en dikte te beheer. Tans word titaandioksied en sirkoniumoksied met 'n hoë brekingsindeks en silikondioksied met 'n lae brekingsindeks dikwels gebruik om sulke toestelle te ontwerp en te bou. Die beskikbaarheidsreeks van materiale met verskillende oppervlakchemiese eienskappe word uitgebrei, wat dit moontlik maak om gevorderde fotonsensors te ontwerp. Die bekendstelling van MA- en oksihidroksiedfilms in die ontwerp van optiese toestelle toon groot potensiaal omdat die brekingsindeks soortgelyk is aan dié van silikondioksied. Maar die chemiese eienskappe is anders.
3.4 termiese stabiliteit
Met die toename in temperatuur beïnvloed sintering die gebruikseffek van MA-katalisator ernstig, en die spesifieke oppervlakarea neem af en die γ-Al2O3in kristallyne fase transformeer in δ- en θ- na χ-fases. Skaars aardmateriale het goeie chemiese stabiliteit en termiese stabiliteit, hoë aanpasbaarheid, en maklik beskikbare en goedkoop grondstowwe. Die byvoeging van seldsame aardelemente kan die termiese stabiliteit, hoëtemperatuur-oksidasieweerstand en meganiese eienskappe van die draer verbeter, en die oppervlaksuurheid van die draer aanpas. La en Ce is die mees algemeen gebruikte en bestudeerde modifikasie-elemente. Lu Weiguang en ander het bevind dat die byvoeging van seldsame aardelemente die massa-diffusie van alumina-deeltjies effektief voorkom het, La en Ce die hidroksielgroepe op die oppervlak van alumina beskerm het, sintering en fasetransformasie geïnhibeer het, en die skade van hoë temperatuur aan die mesoporiese struktuur verminder het. Die voorbereide alumina het steeds 'n hoë spesifieke oppervlakarea en porievolume. Te veel of te min seldsame aardelemente sal egter die termiese stabiliteit van alumina verminder. Li Yanqiu et al. 5% La2O3 is by γ-Al2O3 gevoeg, wat die termiese stabiliteit verbeter het en die porievolume en spesifieke oppervlakarea van die alumina-draer verhoog het. Soos in Figuur 6 gesien kan word, het La2O3 wat by γ-Al2O3 gevoeg is, die termiese stabiliteit van die seldsame aard-saamgestelde draer verbeter.
In die proses van dotering van nanoveseldeeltjies met La tot MA, is die BET-oppervlakarea en porievolume van MA-La hoër as dié van MA wanneer die hittebehandelingstemperatuur toeneem, en dotering met La het 'n duidelike vertragende effek op sintering by hoë temperatuur. Soos getoon in fig. 7, inhibeer La met die toename in temperatuur die reaksie van korrelgroei en fasetransformasie, terwyl fig. 7a en 7c die ophoping van nanoveseldeeltjies toon. In fig. 7b is die deursnee van groot deeltjies wat deur kalsinering by 1200 ℃ geproduseer word, ongeveer 100 nm. Dit dui op die beduidende sintering van MA. Boonop, in vergelyking met MA-1200, aggregeer MA-La-1200 nie na hittebehandeling nie. Met die byvoeging van La het nanoveseldeeltjies 'n beter sintervermoë. Selfs by hoër kalsineringstemperatuur is gedoteerde La steeds hoogs versprei op die MA-oppervlak. La-gemodifiseerde MA kan as die draer van Pd-katalisator in die C3H8-oksidasiereaksie gebruik word.
Fig. 6 Struktuurmodel van die sintering van alumina met en sonder seldsame aardelemente
Fig. 7 TEM-beelde van MA-400 (a), MA-1200(b), MA-La-400(c) en MA-La-1200(d)
4 Gevolgtrekking
Die vordering van die voorbereiding en funksionele toepassing van seldsame aardmetale-gemodifiseerde MA-materiale word bekendgestel. Seldsame aardmetale-gemodifiseerde MA word wyd gebruik. Alhoewel baie navorsing gedoen is in katalitiese toepassing, termiese stabiliteit en adsorpsie, het baie materiale hoë koste, lae doteringshoeveelheid, swak orde en is dit moeilik om te industrialiseer. Die volgende werk moet in die toekoms gedoen word: optimaliseer die samestelling en struktuur van seldsame aardmetale-gemodifiseerde MA, kies die toepaslike proses, voldoen aan die funksionele ontwikkeling; Vestig 'n prosesbeheermodel gebaseer op funksionele prosesse om koste te verminder en industriële produksie te realiseer; Om die voordele van China se seldsame aardmetale-hulpbronne te maksimeer, moet ons die meganisme van seldsame aardmetale-modifikasie ondersoek, die teorie en proses van die voorbereiding van seldsame aardmetale-gemodifiseerde MA verbeter.
Fondsprojek: Shaanxi Wetenskap en Tegnologie Algehele Innovasieprojek (2011KTDZ01-04-01); Shaanxi Provinsie 2019 Spesiale Wetenskaplike Navorsingsprojek (19JK0490); 2020 spesiale wetenskaplike navorsingsprojek van Huaqing Kollege, Xi 'an Universiteit van Argitektuur en Tegnologie (20KY02)
Bron: Skaars Aarde
Plasingstyd: 4 Julie 2022