Trà l'ossidi non silicei, l'alumina hà bone proprietà meccaniche, resistenza à alta temperatura è resistenza à a corrosione, mentre chì l'alumina mesoporosa (MA) hà una dimensione di pori regulabile, una grande superficia specifica, un grande vulume di pori è un bassu costu di pruduzzione, chì hè largamente aduprata in catalisi, liberazione cuntrullata di farmaci, adsorbimentu è altri campi, cum'è cracking, idrocracking è idrodesulfurazione di materie prime petrolifere. L'alumina microporosa hè cumunamente aduprata in l'industria, ma influenzerà direttamente l'attività di l'alumina, a vita di serviziu è a selettività di u catalizatore. Per esempiu, in u prucessu di purificazione di scarichi di l'automobile, l'inquinanti depositati da l'additivi di l'oliu di u mutore formeranu coke, chì porterà à u bloccu di i pori di u catalizatore, riducendu cusì l'attività di u catalizatore. U tensioattivu pò esse adupratu per aghjustà a struttura di u trasportatore di alumina per furmà MA. Migliurà e so prestazioni catalitiche.
MA hà un effettu di custrizzione, è i metalli attivi sò disattivati dopu a calcinazione à alta temperatura. Inoltre, dopu a calcinazione à alta temperatura, a struttura mesoporosa si collassa, u scheletru MA hè in statu amorfu, è l'acidità superficiale ùn pò micca risponde à i so requisiti in u campu di a funziunalizazione. U trattamentu di mudificazione hè spessu necessariu per migliurà l'attività catalitica, a stabilità di a struttura mesoporosa, a stabilità termica superficiale è l'acidità superficiale di i materiali MA. I gruppi di mudificazione cumuni includenu eteroatomi metallichi (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr, ecc.) è ossidi metallichi (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7, ecc.) Caricati nantu à a superficia di MA o drogati in u scheletru.
A cunfigurazione elettronica particulare di l'elementi di terre rare face chì i so cumposti anu proprietà ottiche, elettriche è magnetiche particulari, è hè aduprata in materiali catalitici, materiali fotoelettrici, materiali d'adsorbimentu è materiali magnetichi. I materiali mesoporosi mudificati da terre rare ponu aghjustà a pruprietà di l'acidità (alcali), aumentà a vacanza d'ossigenu è sintetizà un catalizatore nanocristallinu metallicu cù una dispersione uniforme è una scala nanometrica stabile. I materiali porosi adatti è e terre rare ponu migliurà a dispersione superficiale di i nanocristalli metallici è a stabilità è a resistenza à a deposizione di carbone di i catalizatori. In questu articulu, a mudificazione è a funziunalizazione di terre rare di MA seranu introdutte per migliurà e prestazioni catalitiche, a stabilità termica, a capacità di almacenamiento d'ossigenu, a superficia specifica è a struttura di i pori.
1 preparazione MA
1.1 preparazione di u purtatore d'alumina
U metudu di preparazione di u purtatore d'alumina determina a so distribuzione di a struttura di i pori, è i so metudi di preparazione cumuni includenu u metudu di disidratazione di a pseudo-boehmite (PB) è u metudu sol-gel. A pseudoboehmite (PB) hè stata pruposta per a prima volta da Calvet, è a peptizazione prumossa da H+ per ottene PB colloidale γ-AlOOH chì cuntene acqua interstrata, chì hè stata calcinata è disidratata à alta temperatura per furmà alumina. Sicondu e diverse materie prime, hè spessu divisa in metudu di precipitazione, metudu di carbonizazione è metudu d'idrolisi di l'alcolu-aluminiu. A solubilità colloidale di u PB hè influenzata da a cristallinità, è hè ottimizzata cù l'aumentu di a cristallinità, è hè ancu influenzata da i parametri di u prucessu operativu.
U PB hè generalmente preparatu per metudu di precipitazione. L'alcali hè aghjuntu à a suluzione d'aluminatu o l'acidu hè aghjuntu à a suluzione d'aluminatu è precipitatu per ottene alumina idratata (precipitazione alcalina), o l'acidu hè aghjuntu à a precipitazione d'aluminatu per ottene u monoidratu d'alumina, chì hè poi lavatu, asciugatu è calcinatu per ottene PB. U metudu di precipitazione hè faciule da operà è di bassu costu, chì hè spessu adupratu in a pruduzzione industriale, ma hè influenzatu da parechji fattori (pH di a suluzione, cuncentrazione, temperatura, ecc.). È quelle cundizioni per ottene particelle cù una migliore dispersibilità sò strette. In u metudu di carbonizazione, Al (OH) 3 hè ottenutu da a reazione di CO2 è NaAlO2, è u PB pò esse ottenutu dopu l'invecchiamentu. Stu metudu hà i vantaghji di un funziunamentu simplice, alta qualità di u produttu, nisuna inquinamentu è bassu costu, è pò preparà alumina cù alta attività catalitica, eccellente resistenza à a corrosione è alta superficia specifica cù bassu investimentu è altu ritornu. U metudu di idrolisi di l'alcossidiu d'aluminiu hè spessu adupratu per preparà PB di alta purezza. L'alcossido d'aluminiu hè idrolizatu per furmà monoidratu d'ossidu d'aluminiu, è dopu trattatu per ottene PB d'alta purità, chì hà una bona cristallinità, una dimensione uniforme di e particelle, una distribuzione cuncintrata di a dimensione di i pori è una alta integrità di e particelle sferiche. Tuttavia, u prucessu hè cumplessu, è hè difficiule da recuperà per via di l'usu di certi solventi organici tossichi.
Inoltre, i sali inorganici o i cumposti organici di metalli sò cumunemente usati per preparà i precursori di l'alumina per mezu di u metudu sol-gel, è l'acqua pura o i solventi organici sò aghjunti per preparà e soluzioni per generà u sol, chì hè poi gelificatu, seccu è arrustitu. Attualmente, u prucessu di preparazione di l'alumina hè sempre migliuratu nantu à a basa di u metudu di disidratazione PB, è u metudu di carbonizazione hè diventatu u metudu principale per a pruduzzione industriale di l'alumina per via di a so ecunumia è di a prutezzione ambientale. L'alumina preparata per mezu di u metudu sol-gel hà attiratu molta attenzione per via di a so distribuzione più uniforme di a dimensione di i pori, chì hè un metudu putenziale, ma deve esse migliurata per realizà l'applicazione industriale.
1.2 Preparazione MA
L'alumina cunvinziunale ùn pò micca risponde à i requisiti funziunali, dunque hè necessariu preparà MA d'altu rendimentu. I metudi di sintesi includenu di solitu: metudu di nano-fusione cù stampo di carbone cum'è mudellu duru; Sintesi di SDA: prucessu di autoassemblaggio induttu da evaporazione (EISA) in presenza di mudelli morbidi cum'è SDA è altri tensioattivi cationichi, anionici o non ionici.
1.2.1 Prucessu EISA
U mudellu dolce hè adupratu in cundizioni acide, ciò chì evita u prucessu cumplicatu è chì richiede tempu di u metudu di a membrana dura è pò realizà a modulazione cuntinua di l'apertura. A preparazione di MA da EISA hà attiratu assai attenzione per via di a so faciule dispunibilità è riproducibilità. Diverse strutture mesoporosi ponu esse preparate. A dimensione di i pori di MA pò esse aghjustata cambiendu a lunghezza di a catena idrofobica di u tensioattivu o aghjustendu u rapportu molare di u catalizatore d'idrolisi à u precursore d'aluminiu in soluzione. Dunque, EISA, cunnisciutu ancu cum'è metudu sol-gel di sintesi è mudificazione in un passu di MA à alta superficia è alumina mesoporosa ordinata (OMA), hè statu applicatu à diversi mudelli morbidi, cum'è P123, F127, trietanolamina (tè), ecc. EISA pò rimpiazzà u prucessu di co-assemblaggio di precursori organoalluminii, cum'è alcossidi d'aluminiu è mudelli di tensioattivi, tipicamente isopropossidu d'aluminiu è P123, per furnisce materiali mesoporosi. U sviluppu successu di u prucessu EISA richiede un aghjustamentu precisu di a cinetica d'idrolisi è di cundensazione per ottene un sol stabile è permette u sviluppu di mesofase furmata da micelle di tensioattivi in u sol.
In u prucessu EISA, l'usu di solventi non acquosi (cum'è l'etanolu) è agenti cumplessanti organici pò rallentà efficacemente a velocità di idrolisi è di cundensazione di i precursori organoalluminii è induce l'autoassemblaggio di materiali OMA, cum'è Al(OR)3 è isopropossidu d'aluminiu. Tuttavia, in i solventi volatili non acquosi, i mudelli di tensioattivi di solitu perdenu a so idrofilicità/idrofobicità. Inoltre, per via di u ritardu di l'idrolisi è di a policondensazione, u pruduttu intermediu hà un gruppu idrofobicu, chì rende difficiule l'interazione cù u mudellu di tensioattivi. Solu quandu a cuncentrazione di tensioattivi è u gradu di idrolisi è di policondensazione di l'aluminiu sò aumentati gradualmente in u prucessu di evaporazione di u solvente pò avè locu l'autoassemblaggio di u mudellu è di l'aluminiu. Dunque, parechji parametri chì influenzanu e cundizioni di evaporazione di i solventi è a reazione di idrolisi è di cundensazione di i precursori, cum'è a temperatura, l'umidità relativa, u catalizatore, a velocità di evaporazione di u solvente, ecc., influenzanu a struttura di assemblaggio finale. Cum'è mostratu in a fig. 1, I materiali OMA cù alta stabilità termica è alte prestazioni catalitiche sò stati sintetizzati per autoassemblaggio indotto da evaporazione assistita solvotermale (SA-EISA). U trattamentu solvotermale hà prumuvutu l'idrolisi cumpleta di i precursori d'aluminiu per furmà gruppi idrossilici d'aluminiu in cluster di piccule dimensioni, ciò chì hà migliuratu l'interazione trà i tensioattivi è l'aluminiu. Una mesofase esagonale bidimensionale hè stata furmata in u prucessu EISA è calcinata à 400 ℃ per furmà materiale OMA. In u prucessu EISA tradiziunale, u prucessu d'evaporazione hè accumpagnatu da l'idrolisi di u precursore organoalluminiu, dunque e cundizioni d'evaporazione anu una influenza impurtante nantu à a reazione è a struttura finale di OMA. A tappa di trattamentu solvotermale prumove l'idrolisi cumpleta di u precursore d'aluminiu è produce gruppi idrossilici d'aluminiu in cluster parzialmente condensati. L'OMA hè furmatu sottu una vasta gamma di cundizioni d'evaporazione. In paragone cù MA preparatu cù u metudu EISA tradiziunale, OMA preparatu cù u metudu SA-EISA hà un vulume di pori più altu, una migliore area superficiale specifica è una migliore stabilità termica. In u futuru, u metudu EISA pò esse adupratu per preparà MA à apertura ultra-grande cù un altu tassu di cunversione è una eccellente selettività senza aduprà agente di alesatura.
Fig. 1 diagramma di flussu di u metudu SA-EISA per a sintesi di materiali OMA
1.2.2 altri prucessi
A preparazione cunvinziunale di MA richiede un cuntrollu precisu di i parametri di sintesi per ottene una struttura mesoporosa chjara, è a rimuzione di i materiali mudellu hè ancu difficiule, ciò chì complica u prucessu di sintesi. Attualmente, parechje litterature anu riportatu a sintesi di MA cù diversi mudelli. In l'ultimi anni, a ricerca s'hè cuncentrata principalmente nantu à a sintesi di MA cù glucosiu, saccarosiu è amidu cum'è mudelli per isopropossidu d'aluminiu in soluzione acquosa. A maiò parte di sti materiali MA sò sintetizati da nitratu d'aluminiu, sulfatu è alcossidu cum'è fonti d'aluminiu. MA CTAB pò ancu esse ottenutu per mudificazione diretta di PB cum'è fonte d'aluminiu. MA cù diverse proprietà strutturali, vale à dì Al2O3)-1, Al2O3)-2 è al2o3 È hà una bona stabilità termica. L'aghjunta di tensioattivu ùn cambia micca a struttura cristallina inerente di PB, ma cambia u modu di impilamentu di e particelle. Inoltre, a furmazione di Al2O3-3 hè furmata da l'adesione di nanoparticelle stabilizzate da solvente organicu PEG o aggregazione intornu à PEG. Tuttavia, a distribuzione di a dimensione di i pori di Al2O3-1 hè assai stretta. Inoltre, i catalizatori à basa di palladio sò stati preparati cù MA sinteticu cum'è vettore. In a reazione di combustione di metanu, u catalizatore sustinutu da Al2O3-3 hà mostratu una bona prestazione catalitica.
Per a prima volta, hè statu preparatu MA cù una distribuzione di a dimensione di i pori relativamente stretta aduprendu scoria nera d'aluminiu ABD economica è ricca d'aluminiu. U prucessu di pruduzzione include u prucessu d'estrazione à bassa temperatura è pressione nurmale. E particelle solide lasciate in u prucessu d'estrazione ùn inquinanu micca l'ambiente, è ponu esse accumulate cù un risicu bassu o riutilizate cum'è riempitivi o aggregati in l'applicazione di u béton. A superficia specifica di u MA sintetizatu hè 123 ~ 162 m2 / g, a distribuzione di a dimensione di i pori hè stretta, u raghju di u piccu hè 5,3 nm, è a porosità hè 0,37 cm3 / g. U materiale hè di dimensioni nanometriche è a dimensione di u cristallu hè di circa 11 nm. A sintesi à statu solidu hè un novu prucessu per sintetizà MA, chì pò esse adupratu per pruduce assorbente radiochimicu per usu clinicu. U cloruru d'aluminiu, u carbonatu d'ammoniu è e materie prime di glucosiu sò mischiate in un rapportu molare di 1: 1,5: 1,5, è MA hè sintetizatu da una nova reazione meccanochimica à statu solidu. Cuncentrandu 131I in apparecchiature di batteria termica, u rendimentu tutale di 131I dopu a cuncentrazione hè di 90%, è a suluzione 131I[NaI] ottenuta hà una alta cuncentrazione radioattiva (1,7 TBq/mL), realizendu cusì l'usu di capsule di 131I[NaI] à grande dose per u trattamentu di u cancheru di a tiroide.
In riassuntu, in u futuru, i picculi mudelli moleculari puderanu ancu esse sviluppati per custruisce strutture di pori ordinati à più livelli, aghjustà efficacemente a struttura, a morfologia è e proprietà chimiche di a superficia di i materiali, è generà una grande superficia è MA di wormhole ordinati. Esplora mudelli economici è fonti d'aluminiu, ottimisa u prucessu di sintesi, chiarisce u mecanismu di sintesi è guida u prucessu.
Metudu di mudificazione di 2 MA
I metudi di distribuzione uniforme di cumpunenti attivi nantu à u supportu MA includenu impregnazione, sintesi in situ, precipitazione, scambiu ionicu, miscelazione meccanica è fusione, frà i quali i primi dui sò i più cumunemente usati.
2.1 metudu di sintesi in situ
I gruppi utilizati in a mudificazione funzionale sò aghjunti in u prucessu di preparazione di MA per mudificà è stabilizà a struttura scheletrica di u materiale è migliurà a prestazione catalitica. U prucessu hè mostratu in a Figura 2. Liu et al. anu sintetizatu Ni/Mo-Al2O3in situ cù P123 cum'è mudellu. Sia Ni sia Mo sò stati dispersi in canali MA ordinati, senza distrughje a struttura mesoporosa di MA, è a prestazione catalitica hè stata ovviamente migliorata. Aduttendu un metudu di crescita in situ nantu à un substratu gamma-al2o3 sintetizatu, paragunatu à γ-Al2O3, MnO2-Al2O3 hà una superficia specifica BET è un vulume di pori più grandi, è hà una struttura mesoporosa bimodale cù una distribuzione stretta di a dimensione di i pori. MnO2-Al2O3 hà una velocità di adsorbimentu rapida è una alta efficienza per F-, è hà una larga gamma di applicazione di pH (pH = 4 ~ 10), chì hè adatta per e cundizioni pratiche di applicazione industriale. A prestazione di riciclaggio di MnO2-Al2O3 hè megliu cà quella di γ-Al2O. A stabilità strutturale deve esse ulteriormente ottimizzata. In riassuntu, i materiali mudificati MA ottenuti per sintesi in situ anu un bon ordine strutturale, una forte interazione trà i gruppi è i purtatori d'alumina, una cumbinazione stretta, un grande caricu di materiale, è ùn sò micca faciuli da causà a spargimentu di cumpunenti attivi in u prucessu di reazione catalitica, è a prestazione catalitica hè significativamente migliurata.
Fig. 2 Preparazione di MA funziunalizatu per sintesi in situ
2.2 metudu d'impregnazione
Immergendu u MA preparatu in u gruppu mudificatu, è ottenendu u materiale MA mudificatu dopu u trattamentu, in modu da realizà l'effetti di a catalisi, l'adsorbimentu è simili. Cai et al. anu preparatu MA da P123 per metudu sol-gel, è l'anu immersu in una soluzione di etanolu è tetraetilenpentamina per ottene materiale MA mudificatu amino cù forti prestazioni di adsorbimentu. Inoltre, Belkacemi et al. anu immersu in una soluzione di ZnCl2 per u listessu prucessu per ottene materiali MA mudificati drogati cù zincu ordinati. A superficia specifica è u vulume di i pori sò 394 m2/g è 0,55 cm3/g, rispettivamente. Paragunatu à u metudu di sintesi in situ, u metudu d'impregnazione hà una migliore dispersione di l'elementi, una struttura mesoporosa stabile è una bona prestazione di adsorbimentu, ma a forza d'interazione trà i cumpunenti attivi è u trasportatore d'alumina hè debule, è l'attività catalitica hè facilmente interferita da fattori esterni.
3 prugressu funziunale
A sintesi di MA di terre rare cù proprietà speciali hè a tendenza di sviluppu in u futuru. Attualmente, ci sò parechji metudi di sintesi. I parametri di u prucessu influenzanu a prestazione di MA. A superficia specifica, u vulume di i pori è u diametru di i pori di MA ponu esse aghjustati per tipu di mudellu è cumpusizione di u precursore d'aluminiu. A temperatura di calcinazione è a cuncentrazione di u mudellu di polimeru influenzanu a superficia specifica è u vulume di i pori di MA. Suzuki è Yamauchi anu trovu chì a temperatura di calcinazione hè stata aumentata da 500 ℃ à 900 ℃. L'apertura pò esse aumentata è a superficia pò esse ridutta. Inoltre, u trattamentu di mudificazione di terre rare migliora l'attività, a stabilità termica superficiale, a stabilità strutturale è l'acidità superficiale di i materiali MA in u prucessu cataliticu, è risponde à u sviluppu di a funzionalizazione di MA.
3.1 Adsorbente di defluorinazione
U fluoru in l'acqua potabile in Cina hè seriamente dannusu. Inoltre, l'aumentu di u cuntenutu di fluoru in a suluzione industriale di sulfatu di zincu porterà à a currusione di a piastra di l'elettrodu, u deterioramentu di l'ambiente di travagliu, u calu di a qualità di u zincu elettricu è a diminuzione di a quantità d'acqua riciclata in u sistema di fabricazione di acidi è in u prucessu di elettrolisi di i gas di combustione di u fornu à lettu fluidizatu. Attualmente, u metudu di adsorbimentu hè u più attraente trà i metudi cumuni di defluorinazione umida. Tuttavia, ci sò alcuni difetti, cum'è una scarsa capacità di adsorbimentu, un intervallu di pH dispunibule strettu, inquinamentu secundariu è cusì. U carbone attivatu, l'alumina amorfa, l'alumina attivata è altri adsorbenti sò stati aduprati per a defluorinazione di l'acqua, ma u costu di l'adsorbenti hè altu, è a capacità di adsorbimentu di F-in soluzione neutra o alta concentrazione hè bassa. L'alumina attivata hè diventata l'adsorbente più studiatu per a rimozione di fluoruri per via di a so alta affinità è selettività à u fluoruri à un valore di pH neutru, ma hè limitata da a scarsa capacità di adsorbimentu di u fluoruri, è solu à pH <6 pò avè una bona prestazione di adsorbimentu di fluoruri. MA hà attiratu una larga attenzione in u cuntrollu di l'inquinamentu ambientale per via di a so grande superficia specifica, l'effettu unicu di dimensione di i pori, e prestazioni acido-base, a stabilità termica è meccanica. Kundu et al. anu preparatu MA cù una capacità massima di adsorbimentu di fluoruri di 62,5 mg / g. A capacità di adsorbimentu di fluoruri di MA hè assai influenzata da e so caratteristiche strutturali, cum'è a superficia specifica, i gruppi funziunali di a superficia, a dimensione di i pori è a dimensione tutale di i pori. L'aghjustamentu di a struttura è di e prestazioni di MA hè un modu impurtante per migliurà e so prestazioni di adsorbimentu.
A causa di l'acidu duru di La è di a basicità dura di u fluoru, ci hè una forte affinità trà La è l'ioni di fluoru. In l'ultimi anni, certi studii anu trovu chì La cum'è modificatore pò migliurà a capacità d'adsorbimentu di u fluoru. Tuttavia, per via di a bassa stabilità strutturale di l'adsorbenti di terre rare, più terre rare sò lisciviate in a suluzione, risultendu in un inquinamentu secundariu di l'acqua è danni à a salute umana. D’altronde, l'alta concentrazione d'aluminiu in l'ambiente acquaticu hè unu di i veleni per a salute umana. Dunque, hè necessariu preparà un tipu d'adsorbente cumpostu cù una bona stabilità è senza lisciviazione o menu lisciviazione di altri elementi in u prucessu di rimuzione di u fluoru. MA mudificatu da La è Ce hè statu preparatu per metudu d'impregnazione (La/MA è Ce/MA). L'ossidi di terre rare sò stati caricati cù successu nantu à a superficia di MA per a prima volta, chì hà avutu una prestazione di defluorurazione più alta. I principali meccanismi di rimozione di u fluoru sò l'adsorbimentu elettrostaticu è l'adsorbimentu chimicu, l'attrazione elettronica di a carica pusitiva di a superficia è a reazione di scambiu di ligandi si combina cù l'idrossile di a superficia, u gruppu funzionale idrossile nantu à a superficia adsorbente genera un ligame d'idrogenu cù F-, a mudificazione di La è Ce migliora a capacità di adsorbimentu di u fluoru, La/MA cuntene più siti di adsorbimentu idrossile, è a capacità di adsorbimentu di F hè di l'ordine di La/MA>Ce/MA>MA. Cù l'aumentu di a cuncentrazione iniziale, a capacità di adsorbimentu di u fluoru aumenta. L'effettu di adsorbimentu hè megliu quandu u pH hè 5 ~ 9, è u prucessu di adsorbimentu di u fluoru hè in cunfurmità cù u mudellu di adsorbimentu isotermicu di Langmuir. Inoltre, l'impurità di l'ioni sulfatu in l'alumina ponu ancu influenzà significativamente a qualità di i campioni. Ancu s'è a ricerca cunnessa nantu à l'alumina mudificata da terre rare hè stata realizata, a maiò parte di a ricerca si cuncentra nantu à u prucessu di l'adsorbente, chì hè difficiule da aduprà industrialmente. In u futuru, pudemu studià u mecanismu di dissociazione di u cumplessu di fluoru in a suluzione di sulfatu di zincu è e caratteristiche di migrazione di l'ioni di fluoru, ottene un adsorbente di ioni di fluoru efficiente, à bassu costu è rinnuvevule per a defluorinazione di a suluzione di sulfatu di zincu in u sistema di idrometallurgia di zincu, è stabilisce un mudellu di cuntrollu di prucessu per u trattamentu di una suluzione à altu fluoru basata nantu à l'adsorbente nano MA di terre rare.
3.2 Catalizzatore
3.2.1 Rifurmazione secca di u metanu
A terra rara pò aghjustà l'acidità (basicità) di i materiali porosi, aumentà a vacanza d'ossigenu è sintetizà catalizatori cù una dispersione uniforme, scala nanometrica è stabilità. Hè spessu aduprata per sustene i metalli nobili è i metalli di transizione per catalizà a metanazione di CO2. Attualmente, i materiali mesoporosi mudificati da terre rare si stanu sviluppendu versu a reformazione a secco di u metanu (MDR), a degradazione fotocatalitica di i COV è a purificazione di u gas di coda. In paragone cù i metalli nobili (cum'è Pd, Ru, Rh, ecc.) è altri metalli di transizione (cum'è Co, Fe, ecc.), u catalizatore Ni/Al2O3 hè largamente adupratu per a so maggiore attività catalitica è selettività, alta stabilità è bassu costu per u metanu. Tuttavia, a sinterizzazione è a deposizione di carbone di nanoparticelle di Ni nantu à a superficia di Ni/Al2O3 portanu à una rapida disattivazione di u catalizatore. Dunque, hè necessariu aghjunghje un accelerante, mudificà u supportu di u catalizatore è migliurà a via di preparazione per migliurà l'attività catalitica, a stabilità è a resistenza à a brusgiatura. In generale, l'ossidi di terre rare ponu esse aduprati cum'è promotori strutturali è elettronichi in catalizatori eterogenei, è CeO2 migliora a dispersione di Ni è cambia e proprietà di Ni metallicu per via di una forte interazione di supportu metallicu.
MA hè largamente utilizatu per migliurà a dispersione di i metalli, è furnisce restrizioni per i metalli attivi per impedisce a so agglomerazione. La2O3 cù una alta capacità di almacenamiento di ossigenu migliora a resistenza à u carbone in u prucessu di cunversione, è La2O3 prumove a dispersione di Co nantu à l'alumina mesoporosa, chì hà una alta attività di reforming è resilienza. U promotore La2O3 aumenta l'attività MDR di u catalizatore Co/MA, è e fasi Co3O4 è CoAl2O4 si formanu nantu à a superficia di u catalizatore. Tuttavia, La2O3 altamente dispersu hà picculi grani di 8nm ~ 10nm. In u prucessu MDR, l'interazione in situ trà La2O3 è CO2 hà furmatu a mesofase La2O2CO3, chì hà induttu l'eliminazione efficace di CxHy nantu à a superficia di u catalizatore. La2O3 prumove a riduzione di l'idrogenu furnendu una densità elettronica più alta è aumentendu a vacanza di ossigenu in 10% Co/MA. L'aghjunta di La2O3 riduce l'energia di attivazione apparente di u cunsumu di CH4. Dunque, u tassu di cunversione di CH4 hè aumentatu à 93,7% à 1073K K. L'aghjunta di La2O3 hà migliuratu l'attività catalitica, hà prumuvutu a riduzione di H2, hà aumentatu u numeru di siti attivi Co0, hà pruduttu menu carbone depositatu è hà aumentatu a vacanza d'ossigenu à 73,3%.
Ce è Pr sò stati supportati nantu à u catalizatore Ni/Al2O3 per mezu di u metudu d'impregnazione à vulume uguale in Li Xiaofeng. Dopu avè aghjuntu Ce è Pr, a selettività à H2 hè aumentata è a selettività à CO hè diminuita. L'MDR mudificatu da Pr avia una eccellente capacità catalitica, è a selettività à H2 hè aumentata da 64,5% à 75,6%, mentre chì a selettività à CO hè diminuita da 31,4%. Peng Shujing et al. anu utilizatu u metudu sol-gel, MA mudificatu cù Ce hè statu preparatu cù isopropossidu d'aluminiu, solvente isopropanolu è esaidratu di nitratu di ceriu. A superficia specifica di u pruduttu hè stata ligeramente aumentata. L'aghjunta di Ce hà riduttu l'aggregazione di nanoparticelle in forma di bastone nantu à a superficia di MA. Alcuni gruppi idrossilici nantu à a superficia di γ-Al2O3 eranu basicamente cuparti da cumposti di Ce. A stabilità termica di MA hè stata migliorata, è ùn si hè verificata alcuna trasfurmazione di fase cristallina dopu a calcinazione à 1000 ℃ per 10 ore. Wang Baowei et al. materiale MA preparatu CeO2-Al2O4 per metudu di coprecipitazione. CeO2 cù grani cubichi minusculi hè statu dispersu uniformemente in alumina. Dopu avè sustinutu Co è Mo nantu à CeO2-Al2O4, l'interazzione trà l'alumina è u cumpunente attivu Co è Mo hè stata efficacemente inibita da CEO2
I promotori di terre rare (La, Ce, y è Sm) sò cumminati cù u catalizatore Co/MA per MDR, è u prucessu hè mostratu in a figura 3. I promotori di terre rare ponu migliurà a dispersione di Co nantu à u trasportatore MA è inibisce l'agglomerazione di particelle di Co. Più chjuca hè a dimensione di e particelle, più forte hè l'interazzione Co-MA, più forte hè a capacità catalitica è di sinterizzazione in u catalizatore YCo/MA, è l'effetti pusitivi di parechji promotori nantu à l'attività MDR è a deposizione di carbone. A figura 4 hè un'immagine HRTEM dopu u trattamentu MDR à 1023K, Co2: ch4: N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3.1 per 8 ore. E particelle di Co esistenu in forma di macchie nere, mentre chì i trasportatori MA esistenu in forma di grisgiu, chì dipende da a differenza di densità elettronica. In l'imagine HRTEM cù 10% Co/MA (fig. 4b), l'agglomerazione di particelle di metallu Co hè osservata nantu à i purtatori ma. L'aghjunta di u promotore di terre rare riduce e particelle di Co à 11,0 nm ~ 12,5 nm. YCo/MA hà una forte interazione Co-MA, è a so prestazione di sinterizzazione hè megliu cà altri catalizatori. Inoltre, cum'è mostratu in e figure da 4b à 4f, i nanofili di carbone cavi (CNF) sò prudutti nantu à i catalizatori, chì stanu in cuntattu cù u flussu di gas è impediscenu a disattivazione di u catalizatore.
Fig. 3 Effettu di l'aghjunta di terre rare nantu à e proprietà fisiche è chimiche è a prestazione catalitica MDR di u catalizatore Co/MA
3.2.2 Catalizzatore di disossidazione
Fe2O3/Meso-CeAl, un catalizatore di disossidazione à basa di Fe dopatu cù Ce, hè statu preparatu per deidrogenazione ossidativa di 1-butene cù CO2 cum'è ossidante dolce, è hè statu utilizatu in a sintesi di 1,3-butadiene (BD). Ce era assai dispersu in a matrice d'alumina, è Fe2O3/meso era assai dispersu. U catalizatore Fe2O3/Meso-CeAl-100 ùn solu hà spezie di ferru assai disperse è bone proprietà strutturali, ma hà ancu una bona capacità di almacenamentu d'ossigenu, dunque hà una bona capacità di adsorbimentu è attivazione di CO2. Cum'è mostratu in a Figura 5, l'imaghjini TEM mostranu chì Fe2O3/Meso-CeAl-100 hè regulare. Mostra chì a struttura di canali in forma di verme di MesoCeAl-100 hè sciolta è porosa, ciò chì hè beneficu per a dispersione di ingredienti attivi, mentre chì Ce assai dispersu hè dopatu cù successu in a matrice d'alumina. U materiale di rivestimentu di catalizatore di metalli nobili chì risponde à u standard di emissioni ultra-basse di i veiculi motorizzati hà sviluppatu una struttura di pori, una bona stabilità idrotermale è una grande capacità di almacenamiento di ossigenu.
3.2.3 Catalizzatore per Veiculi
Complessi di terre rare à basa d'aluminiu quaternariu supportati da Pd-Rh AlCeZrTiOx è AlLaZrTiOx per ottene materiali di rivestimentu di catalizatori automobilistici. U cumplessu di terre rare mesoporosu à basa d'aluminiu Pd-Rh/ALC pò esse adupratu cù successu cum'è catalizatore di purificazione di scarichi di veiculi CNG cù una bona durabilità, è l'efficienza di cunversione di CH4, u cumpunente principale di i gas di scaricu di veiculi CNG, hè alta finu à 97,8%. Aduttate un metudu idrotermal in un passu per preparà quellu materiale cumpostu di terre rare ma per realizà l'autoassemblaggio. I precursori mesoporosi ordinati cù statu metastabile è alta aggregazione sò stati sintetizati, è a sintesi di RE-Al s'hè cunfurmata à u mudellu di "unità di crescita di cumposti", realizendu cusì a purificazione di u convertitore cataliticu à trè vie muntatu nantu à u scaricu di l'automobile.
Fig. 4 HRTEM images di ma (a), Co/MA(b), LaCo/MA(c), CeCo/MA(d), YCo/MA(e) è SmCo/MA(f)
Fig. 5 Imagine TEM (A) è diagrama di l'elementu EDS (b,c) di Fe2O3/Meso-CeAl-100
3.3 prestazioni luminose
L'elettroni di l'elementi di terre rare sò facilmente eccitati per passà trà diversi livelli d'energia è emettenu luce. L'ioni di terre rare sò spessu usati cum'è attivatori per preparà materiali luminescenti. L'ioni di terre rare ponu esse caricati nantu à a superficia di microsfere cave di fosfatu d'aluminiu per mezu di u metudu di coprecipitazione è di u metudu di scambiu ionicu, è si ponu preparà materiali luminescenti AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd). A lunghezza d'onda luminescente hè in a regione vicinu à l'ultraviolettu. MA hè trasfurmatu in film sottili per via di a so inerzia, a so bassa costante dielettrica è a so bassa conducibilità, ciò chì u rende applicabile à dispositivi elettrici è ottici, film sottili, barriere, sensori, ecc. Pò ancu esse adupratu per a risposta di rilevamentu di cristalli fotonici unidimensionali, a generazione d'energia è i rivestimenti antiriflessu. Questi dispositivi sò film impilati cù una lunghezza di percorsu otticu definita, dunque hè necessariu cuntrullà l'indice di rifrazione è u spessore. Attualmente, u diossidu di titaniu è l'ossidu di zirconiu cù un altu indice di rifrazione è u diossidu di siliciu cù un bassu indice di rifrazione sò spessu usati per cuncepisce è custruisce tali dispositivi. A gamma di dispunibilità di materiali cù diverse proprietà chimiche di superficia hè allargata, ciò chì rende pussibule a cuncepzione di sensori di fotoni avanzati. L'introduzione di filmi MA è ossidrossidu in a cuncepzione di dispositivi ottici mostra un grande putenziale perchè l'indice di rifrazione hè simile à quellu di u diossidu di siliciu. Ma e proprietà chimiche sò diverse.
3.4 stabilità termica
Cù l'aumentu di a temperatura, a sinterizazione affetta seriamente l'effettu d'usu di u catalizatore MA, è a superficia specifica diminuisce è a fase cristallina γ-Al2O3in si trasforma in fasi δ è θ à χ. I materiali di terre rare anu una bona stabilità chimica è stabilità termica, alta adattabilità è materie prime facilmente dispunibili è economiche. L'aghjunta di elementi di terre rare pò migliurà a stabilità termica, a resistenza à l'ossidazione à alta temperatura è e proprietà meccaniche di u supportu, è aghjustà l'acidità superficiale di u supportu. La è Ce sò l'elementi di mudificazione più cumunamente usati è studiati. Lu Weiguang è altri anu trovu chì l'aghjunta di elementi di terre rare hà impeditu efficacemente a diffusione in massa di particelle d'alumina, La è Ce anu prutettu i gruppi idrossilici nantu à a superficia di l'alumina, anu inibitu a sinterizazione è a trasfurmazione di fase, è anu riduttu i danni di l'alta temperatura à a struttura mesoporosa. L'alumina preparata hà sempre una superficia specifica è un vulume di pori elevati. Tuttavia, troppu o troppu pocu elementu di terre rare riducerà a stabilità termica di l'alumina. Li Yanqiu et al. aghjuntu 5% La2O3 à γ-Al2O3, ciò chì hà migliuratu a stabilità termica è hà aumentatu u vulume di i pori è a superficia specifica di u purtatore d'alumina. Cum'è si pò vede da a Figura 6, La2O3 aghjuntu à γ-Al2O3, migliora a stabilità termica di u purtatore cumpostu di terre rare.
In u prucessu di dopaggiu di particelle nanofibrose cù La à MA, a superficia BET è u vulume di i pori di MA-La sò più alti di quelli di MA quandu a temperatura di trattamentu termicu aumenta, è u dopaggiu cù La hà un effettu ritardante evidente nantu à a sinterizazione à alta temperatura. cum'è mostratu in a figura 7, cù l'aumentu di a temperatura, La inibisce a reazione di crescita di i grani è a trasfurmazione di fase, mentre chì e figure 7a è 7c mostranu l'accumulazione di particelle nanofibrose. in a figura 7b, u diametru di e grande particelle prodotte da a calcinazione à 1200 ℃ hè di circa 100 nm. Marca a sinterizazione significativa di MA. Inoltre, paragunatu à MA-1200, MA-La-1200 ùn s'aggrega micca dopu u trattamentu termicu. Cù l'aghjunta di La, e particelle nanofibre anu una migliore capacità di sinterizazione. ancu à una temperatura di calcinazione più alta, La dopatu hè sempre assai dispersu nantu à a superficia di MA. MA mudificatu cù La pò esse adupratu cum'è purtatore di catalizatore Pd in a reazione di ossidazione C3H8.
Fig. 6 Modellu di struttura di l'alumina sinterizzata cù è senza elementi di terre rare
Fig. 7 TEM images di MA-400 (a), MA-1200 (b), MA-La-400 (c) è MA-La-1200 (d)
4 Cunclusione
U prugressu di a preparazione è di l'applicazione funzionale di i materiali MA mudificati da terre rare hè introduttu. U MA mudificatu da terre rare hè largamente utilizatu. Ancu s'è assai ricerca hè stata fatta in l'applicazione catalitica, a stabilità termica è l'adsorbimentu, parechji materiali anu un costu elevatu, una bassa quantità di doping, un ordine scarsu è sò difficiuli da industrializà. U travagliu seguente deve esse fattu in u futuru: ottimizà a cumpusizione è a struttura di u MA mudificatu da terre rare, selezziunà u prucessu adattatu, Risponde à u sviluppu funzionale; Stabilisce un mudellu di cuntrollu di prucessu basatu annantu à u prucessu funzionale per riduce i costi è realizà a pruduzzione industriale; Per massimizà i vantaghji di e risorse di terre rare di a Cina, duvemu esplorà u mecanismu di mudificazione di u MA di terre rare, migliurà a teoria è u prucessu di preparazione di u MA mudificatu da terre rare.
Prughjettu di u Fondu: Prughjettu Generale d'Innuvazione Scientifica è Tecnulugica di Shaanxi (2011KTDZ01-04-01); Prughjettu Speciale di Ricerca Scientifica di a Pruvincia di Shaanxi 2019 (19JK0490); Prughjettu speciale di ricerca scientifica 2020 di u Huaqing College, Università di Architettura è Tecnulugia di Xi'an (20KY02)
Fonte: Terra Rara
Data di publicazione: 04-lugliu-2022