Հազվագյուտ հողային մոդիֆիկացված մեզոփորոտիկ ալյումինի կիրառման առաջընթացը

Ոչ սիլիցիումային օքսիդներից ալյումինն ունի լավ մեխանիկական հատկություններ, բարձր ջերմաստիճանային դիմադրություն և կոռոզիայի դիմադրություն, մինչդեռ մեզոծակոտկեն ալյումինն (MA) ունի կարգավորելի ծակոտիների չափ, մեծ տեսակարար մակերես, մեծ ծակոտիների ծավալ և ցածր արտադրական արժեք, որը լայնորեն կիրառվում է կատալիզի, դեղերի վերահսկվող արտանետման, ադսորբցիայի և այլ ոլորտներում, ինչպիսիք են նավթային հումքի կրեկինգը, հիդրոկրեքինգը և հիդրոքծծմբազերծումը: Միկրոպորոզային ալյումինն լայնորեն կիրառվում է արդյունաբերության մեջ, բայց այն անմիջականորեն ազդում է ալյումինի ակտիվության, կատալիզատորի ծառայության ժամկետի և ընտրողականության վրա: Օրինակ, ավտոմեքենաների արտանետումների մաքրման գործընթացում շարժիչի յուղի հավելանյութերից նստված աղտոտիչները կառաջացնեն կոքս, ինչը կհանգեցնի կատալիզատորի ծակոտիների խցանմանը, այդպիսով նվազեցնելով կատալիզատորի ակտիվությունը: Մակերևութային ակտիվ նյութը կարող է օգտագործվել ալյումինի կրիչի կառուցվածքը կարգավորելու համար՝ MA առաջացնելու համար: Բարելավում է դրա կատալիտիկ աշխատանքը:

ՄԱ-ն ունի սահմանափակող ազդեցություն, և ակտիվ մետաղները դեակտիվանում են բարձր ջերմաստիճանային կալցինացումից հետո: Բացի այդ, բարձր ջերմաստիճանային կալցինացումից հետո մեզոփորոզ կառուցվածքը փլուզվում է, ՄԱ կմախքը հայտնվում է ամորֆ վիճակում, և մակերևութային թթվայնությունը չի կարող բավարարել ֆունկցիոնալիզացիայի ոլորտում իր պահանջները: Մոդիֆիկացման մշակումը հաճախ անհրաժեշտ է ՄԱ նյութերի կատալիտիկ ակտիվությունը, մեզոփորոզ կառուցվածքի կայունությունը, մակերևութային ջերմային կայունությունը և մակերևութային թթվայնությունը բարելավելու համար: Տարածված մոդիֆիկացման խմբերը ներառում են մետաղական հետերոատոմներ (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr և այլն) և մետաղական օքսիդներ (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7 և այլն), որոնք բեռնված են ՄԱ-ի մակերեսին կամ խառնված են կմախքի մեջ:

Հազվագյուտ հողային տարրերի հատուկ էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան դրանց միացություններին տալիս է հատուկ օպտիկական, էլեկտրական և մագնիսական հատկություններ և օգտագործվում է կատալիտիկ նյութերում, ֆոտոէլեկտրական նյութերում, ադսորբցիոն նյութերում և մագնիսական նյութերում: Հազվագյուտ հողային տարրերի մոդիֆիկացված մեզոփորոք նյութերը կարող են կարգավորել թթվային (ալկալային) հատկությունը, մեծացնել թթվածնի թափուր տեղը և սինթեզել մետաղական նանոբյուրեղային կատալիզատոր՝ միատարր դիսպերսիայով և կայուն նանոմետրական մասշտաբով: Համապատասխան ծակոտկեն նյութերը և հազվագյուտ հողային տարրերը կարող են բարելավել մետաղական նանոբյուրեղների մակերևութային դիսպերսիան և կատալիզատորների կայունությունն ու ածխածնի նստեցման դիմադրությունը: Այս հոդվածում կներկայացվի հազվագյուտ հողային տարրերի մոդիֆիկացումը և ֆունկցիոնալիզացիան՝ կատալիտիկ աշխատանքը, ջերմային կայունությունը, թթվածնի կուտակման կարողությունը, տեսակարար մակերեսը և ծակոտիների կառուցվածքը բարելավելու համար:

1 մագիստրոսի պատրաստում

1.1 ալյումինի կրիչի պատրաստում

Ալյումինա կրիչի պատրաստման եղանակը որոշում է դրա ծակոտիների կառուցվածքի բաշխումը, և դրա պատրաստման տարածված մեթոդներից են պսևդո-բոեմիտի (PB) ջրազրկման եղանակը և սոլ-գել մեթոդը: Պսևդոբոեմիտը (PB) առաջին անգամ առաջարկվել է Կալվետի կողմից, և H+-ը խթանել է պեպտացումը՝ ստանալով γ-AlOOH կոլոիդային PB, որը պարունակում է միջշերտային ջուր, որը կալցինացվել և ջրազրկվել է բարձր ջերմաստիճանում՝ առաջացնելով ալյումինա: Տարբեր հումքից կախված՝ այն հաճախ բաժանվում է նստեցման եղանակի, ածխացման եղանակի և սպիրտալյումինի հիդրոլիզի եղանակի: PB-ի կոլոիդային լուծելիությունը կախված է բյուրեղացումից, և այն օպտիմալացվում է բյուրեղացման աճի հետ մեկտեղ, ինչպես նաև ազդում են շահագործման գործընթացի պարամետրերը:

Ալյումինի մոնոհիդրատը սովորաբար պատրաստվում է նստեցման մեթոդով: Ալկալին ավելացվում է ալյումինատի լուծույթին կամ թթուն ավելացվում է ալյումինատի լուծույթին և նստեցվում՝ հիդրատացված ալյումինա ստանալու համար (ալկալիի նստեցում), կամ թթուն ավելացվում է ալյումինատի նստեցմանը՝ ալյումինի մոնոհիդրատ ստանալու համար, որը հետո լվանում, չորացնում և կալցինացվում է՝ Ալյումինի մոնոհիդրատ ստանալու համար: Նստեցման մեթոդը հեշտ է կիրառել և ցածր գնով է, որը հաճախ օգտագործվում է արդյունաբերական արտադրության մեջ, բայց դրա վրա ազդում են բազմաթիվ գործոններ (լուծույթի pH, կոնցենտրացիա, ջերմաստիճան և այլն): Եվ ավելի լավ ցրման հատիկ ստանալու պայմանները խիստ են: Ածխածնացման մեթոդում Al(OH)3-ը ստացվում է CO2-ի և NaAlO2-ի ռեակցիայով, և Ալբումինը կարող է ստացվել հասունացումից հետո: Այս մեթոդն ունի պարզ շահագործման, արտադրանքի բարձր որակի, աղտոտվածության բացակայության և ցածր գնի առավելությունները, և կարող է ստանալ ալյումինա՝ բարձր կատալիտիկ ակտիվությամբ, գերազանց կոռոզիոն դիմադրությամբ և բարձր տեսակարար մակերեսով՝ ցածր ներդրումներով և բարձր եկամտաբերությամբ: Ալյումինի ալկօքսիդի հիդրոլիզի մեթոդը հաճախ օգտագործվում է բարձր մաքրության Ալբումինի պատրաստման համար: Ալյումինի ալկօքսիդը հիդրոլիզացվում է՝ առաջացնելով ալյումինի օքսիդի մոնոհիդրատ, այնուհետև մշակվում է՝ ստանալու բարձր մաքրության PB, որն ունի լավ բյուրեղացում, միատարր մասնիկների չափս, կենտրոնացված ծակոտիների չափերի բաշխում և գնդաձև մասնիկների բարձր ամբողջականություն: Այնուամենայնիվ, գործընթացը բարդ է, և դժվար է վերականգնել որոշակի թունավոր օրգանական լուծիչների օգտագործման պատճառով:

Բացի այդ, մետաղների անօրգանական աղերը կամ օրգանական միացությունները սովորաբար օգտագործվում են ալյումինի նախորդներ պատրաստելու համար՝ սոլ-գել մեթոդով, և մաքուր ջուր կամ օրգանական լուծիչներ են ավելացվում՝ լուծույթներ պատրաստելու համար՝ սոլ ստանալու համար, որը այնուհետև գելացվում է, չորացվում և թրծվում: Ներկայումս ալյումինի պատրաստման գործընթացը դեռևս կատարելագործվում է PB ջրազրկման մեթոդի հիման վրա, և ածխացման մեթոդը դարձել է արդյունաբերական ալյումինի արտադրության հիմնական մեթոդը՝ իր տնտեսողականության և շրջակա միջավայրի պաշտպանության շնորհիվ: Սոլ-գել մեթոդով պատրաստված ալյումինան մեծ ուշադրություն է գրավել իր ավելի միատարր ծակոտիների չափի բաշխման շնորհիվ, որը պոտենցիալ մեթոդ է, բայց այն պետք է կատարելագործվի՝ արդյունաբերական կիրառությունն իրականացնելու համար:

1.2 MA նախապատրաստում

Սովորական ալյումինան չի կարող բավարարել ֆունկցիոնալ պահանջները, ուստի անհրաժեշտ է պատրաստել բարձր արդյունավետությամբ MA: Սինթեզի մեթոդները սովորաբար ներառում են. նանոձուլման մեթոդ՝ ածխածնային կաղապարով որպես կարծր ձևանմուշ. SDA-ի սինթեզ. գոլորշիացմամբ ինդուկցված ինքնահավաքման գործընթաց (EISA)՝ SDA-ի և այլ կատիոնային, անիոնային կամ ոչ իոնային մակերևութային ակտիվ նյութերի նման փափուկ ձևանմուշների առկայությամբ:

1.2.1 EISA գործընթաց

Փափուկ ձևանմուշն օգտագործվում է թթվային պայմաններում, ինչը խուսափում է կոշտ թաղանթային մեթոդի բարդ և ժամանակատար գործընթացից և կարող է իրականացնել ապերտուրայի անընդհատ մոդուլյացիա: EISA-ի միջոցով MA-ի պատրաստումը մեծ ուշադրություն է գրավել իր հեշտ մատչելիության և վերարտադրելիության շնորհիվ: Կարելի է պատրաստել տարբեր մեզոփորոզ կառուցվածքներ: MA-ի ծակոտիների չափը կարող է կարգավորվել՝ փոխելով մակերևութային ակտիվ նյութի հիդրոֆոբ շղթայի երկարությունը կամ կարգավորելով լուծույթում հիդրոլիզի կատալիզատորի և ալյումինի նախորդի մոլային հարաբերակցությունը։ Հետևաբար, EISA-ն, որը հայտնի է նաև որպես բարձր մակերեսային մակերեսի MA-ի և կարգավորված մեզոփորոզ ալյումինի (OMA) միաստիճան սինթեզ և մոդիֆիկացիայի սոլ-գել մեթոդ, կիրառվել է տարբեր փափուկ ձևանմուշների վրա, ինչպիսիք են P123-ը, F127-ը, տրիէթանոլամինը (թեյ) և այլն։ EISA-ն կարող է փոխարինել օրգանոալյումինե նախորդների, ինչպիսիք են ալյումինի ալկօքսիդները և մակերևութային ակտիվ նյութերի ձևանմուշները, սովորաբար ալյումինի իզոպրոպօքսիդը և P123-ը, համատեղ հավաքման գործընթացը՝ մեզոփորոզ նյութեր ստանալու համար։ EISA գործընթացի հաջող զարգացումը պահանջում է հիդրոլիզի և խտացման կինետիկայի ճշգրիտ կարգավորում՝ կայուն սոլ ստանալու և սոլում մակերևութային ակտիվ միցելների կողմից առաջացած մեզոֆազի զարգացումը թույլ տալու համար։

EISA գործընթացում ոչ ջրային լուծիչների (օրինակ՝ էթանոլի) և օրգանական կոմպլեքսային նյութերի օգտագործումը կարող է արդյունավետորեն դանդաղեցնել օրգանոալյումինե նախորդների հիդրոլիզի և խտացման արագությունը և առաջացնել OMA նյութերի, ինչպիսիք են Al(OR)3-ը և ալյումինի իզոպրոպօքսիդը, ինքնահավաք: Այնուամենայնիվ, ոչ ջրային ցնդող լուծիչներում մակերևութային ակտիվ նյութի ձևանմուշները սովորաբար կորցնում են իրենց հիդրոֆիլությունը/հիդրոֆոբությունը: Բացի այդ, հիդրոլիզի և պոլիկոնդենսացիայի ուշացման պատճառով միջանկյալ արգասիքն ունի հիդրոֆոբ խումբ, ինչը դժվարացնում է դրա փոխազդեցությունը մակերևութային ակտիվ նյութի ձևանմուշի հետ: Միայն այն դեպքում, երբ մակերևութային ակտիվ նյութի կոնցենտրացիան և ալյումինի հիդրոլիզի և պոլիկոնդենսացիայի աստիճանը աստիճանաբար մեծանում են լուծիչի գոլորշիացման գործընթացում, կարող է տեղի ունենալ ձևանմուշի և ալյումինի ինքնահավաք: Հետևաբար, լուծիչների գոլորշիացման պայմաններին և նախորդների հիդրոլիզի և խտացման ռեակցիային ազդող բազմաթիվ պարամետրեր, ինչպիսիք են ջերմաստիճանը, հարաբերական խոնավությունը, կատալիզատորը, լուծիչի գոլորշիացման արագությունը և այլն, կազդեն վերջնական հավաքման կառուցվածքի վրա: Ինչպես ցույց է տրված նկ. 1. Սոլվոթերմային օժանդակությամբ գոլորշիացմամբ ինդուկցված ինքնահավաքման (SA-EISA) միջոցով սինթեզվել են բարձր ջերմային կայունությամբ և բարձր կատալիտիկ կատարողականությամբ OMA նյութեր: Սոլվոթերմային մշակումը նպաստել է ալյումինի նախորդների լիակատար հիդրոլիզին՝ ձևավորելով փոքր չափի կլաստերային ալյումինի հիդրօքսիլային խմբեր, որոնք ուժեղացրել են մակերևութային ակտիվ նյութերի և ալյումինի փոխազդեցությունը: EISA գործընթացում ձևավորվել է երկչափ վեցանկյուն մեզոֆազ և կալցինացվել 400℃ ջերմաստիճանում՝ ձևավորելով OMA նյութ: Ավանդական EISA գործընթացում գոլորշիացման գործընթացը ուղեկցվում է օրգանոալյումինե նախորդի հիդրոլիզով, ուստի գոլորշիացման պայմանները կարևոր ազդեցություն ունեն ռեակցիայի և OMA-ի վերջնական կառուցվածքի վրա: Սոլվոթերմային մշակման քայլը նպաստում է ալյումինի նախորդի լիակատար հիդրոլիզին և առաջացնում է մասնակիորեն խտացված կլաստերային ալյումինե հիդրօքսիլային խմբեր: OMA-ն ձևավորվում է գոլորշիացման լայն պայմանների ներքո: Համեմատած ավանդական EISA մեթոդով պատրաստված MA-ի հետ, SA-EISA մեթոդով պատրաստված OMA-ն ունի ավելի մեծ ծակոտիների ծավալ, ավելի լավ տեսակարար մակերես և ավելի լավ ջերմային կայունություն: Ապագայում EISA մեթոդը կարող է օգտագործվել գերմեծ ապերտուրայի MA պատրաստելու համար՝ բարձր փոխակերպման արագությամբ և գերազանց ընտրողականությամբ՝ առանց լայնացնող նյութ օգտագործելու:

Նկ. 1՝ OMA նյութերի սինթեզի SA-EISA մեթոդի հոսքագիծը

1.2.2 այլ գործընթացներ

Ավանդական MA-ի պատրաստումը պահանջում է սինթեզի պարամետրերի ճշգրիտ վերահսկողություն՝ մեզոփորոզ կառուցվածք ստանալու համար, և ձևանմուշային նյութերի հեռացումը նույնպես դժվար է, ինչը բարդացնում է սինթեզի գործընթացը: Ներկայումս շատ գրականություններում նկարագրվում է MA-ի սինթեզը տարբեր ձևանմուշներով: Վերջին տարիներին հետազոտությունները հիմնականում կենտրոնացած են MA-ի սինթեզի վրա՝ օգտագործելով գլյուկոզի, սախարոզի և օսլայի ձևանմուշներ՝ ալյումինի իզոպրոպօքսիդի միջոցով ջրային լուծույթում: Այս MA նյութերի մեծ մասը սինթեզվում է ալյումինի նիտրատից, սուլֆատից և ալկօքսիդից՝ որպես ալյումինի աղբյուրներ: MA CTAB-ն կարող է ստացվել նաև PB-ի՝ որպես ալյումինի աղբյուրի անմիջական մոդիֆիկացիայի միջոցով: Տարբեր կառուցվածքային հատկություններով MA-ն, այսինքն՝ Al2O3)-1, Al2O3)-2 և al2o3A, ունի լավ ջերմային կայունություն: Մակերեսային ակտիվ նյութի ավելացումը չի փոխում PB-ի բնածին բյուրեղային կառուցվածքը, բայց փոխում է մասնիկների կուտակման ռեժիմը: Բացի այդ, Al2O3-3-ի առաջացումը ձևավորվում է օրգանական լուծիչ PEG-ով կայունացված նանոմասնիկների կպչման կամ PEG-ի շուրջ ագրեգացման միջոցով: Այնուամենայնիվ, Al2O3-1-ի ծակոտիների չափերի բաշխումը շատ նեղ է: Բացի այդ, պատրաստվել են պալադիումի վրա հիմնված կատալիզատորներ՝ որպես կրիչ օգտագործելով սինթետիկ MA: Մեթանի այրման ռեակցիայում Al2O3-3-ով հագեցած կատալիզատորը ցուցաբերել է լավ կատալիտիկ կատարողականություն:

Առաջին անգամ, համեմատաբար նեղ ծակոտիների չափի բաշխմամբ ՄԱ-ն պատրաստվել է էժան և ալյումինով հարուստ ալյումինե սև խարամ ABD-ի միջոցով: Արտադրական գործընթացը ներառում է ցածր ջերմաստիճանում և նորմալ ճնշման պայմաններում արդյունահանման գործընթաց: Արդյունահանման գործընթացում մնացած պինդ մասնիկները չեն աղտոտի շրջակա միջավայրը և կարող են կուտակվել ցածր ռիսկի միջոցով կամ վերօգտագործվել որպես լցոն կամ ագրեգատ բետոնե կիրառման մեջ: Սինթեզված ՄԱ-ի տեսակարար մակերևույթի մակերեսը 123~162 մ²/գ է, ծակոտիների չափի բաշխումը նեղ է, գագաթնակետային շառավիղը՝ 5.3 նմ, իսկ ծակոտկենությունը՝ 0.37 սմ³/գ: Նյութը նանոչափի է, իսկ բյուրեղի չափը՝ մոտ 11 նմ: Պինդ վիճակում սինթեզը ՄԱ-ն սինթեզելու նոր գործընթաց է, որը կարող է օգտագործվել կլինիկական օգտագործման համար ռադիոքիմիական կլանիչներ ստանալու համար: Ալյումինի քլորիդը, ամոնիումի կարբոնատը և գլյուկոզայի հումքը խառնվում են 1:1.5:1.5 մոլային հարաբերակցությամբ, և MA-ն սինթեզվում է նոր պինդ վիճակում գտնվող մեխանոքիմիական ռեակցիայի միջոցով: Ջերմային մարտկոցային սարքավորումներում 131I-ը կոնցենտրացնելով՝ 131I-ի ընդհանուր ելքը կոնցենտրացումից հետո կազմում է 90%, իսկ ստացված 131I[NaI] լուծույթն ունի բարձր ռադիոակտիվ կոնցենտրացիա (1.7 ՏԲք/մլ), այդպիսով իրականացնելով մեծ դեղաչափով 131I[NaI] պարկուճների օգտագործումը վահանաձև գեղձի քաղցկեղի բուժման համար:

Ամփոփելով՝ ապագայում կարելի է մշակել նաև փոքր մոլեկուլային կաղապարներ՝ բազմամակարդակ կարգավորված ծակոտիների կառուցվածքներ կառուցելու, նյութերի կառուցվածքը, ձևաբանությունը և մակերևութային քիմիական հատկությունները արդյունավետորեն կարգավորելու, ինչպես նաև մեծ մակերեսային տարածք և կարգավորված որդանցքերի ալյումինե կառուցվածք ստեղծելու համար։ Ուսումնասիրեք էժան կաղապարներն ու ալյումինի աղբյուրները, օպտիմալացրեք սինթեզի գործընթացը, պարզաբանեք սինթեզի մեխանիզմը և ուղղորդեք գործընթացը։

2 MA-ի փոփոխման մեթոդ

Ակտիվ բաղադրիչները MA կրիչի վրա հավասարաչափ բաշխելու մեթոդներից են՝ իմպրեգացումը, տեղում սինթեզը, նստեցումը, իոնափոխանակումը, մեխանիկական խառնումը և հալումը, որոնցից առաջին երկուսն են ամենատարածվածը։

2.1 տեղում սինթեզի մեթոդ

Ֆունկցիոնալ մոդիֆիկացիայի մեջ օգտագործվող խմբերը ավելացվում են MA-ի պատրաստման գործընթացում՝ նյութի կմախքային կառուցվածքը փոփոխելու և կայունացնելու, ինչպես նաև կատալիտիկ կատարողականությունը բարելավելու համար: Գործընթացը ներկայացված է նկար 2-ում: Լյուն և այլք սինթեզել են Ni/Mo-Al2O3 in situ՝ P123-ը որպես ձևանմուշ օգտագործելով: Եվ՛ Ni-ն, և՛ Mo-ն ցրվել են կարգավորված MA ալիքներով՝ առանց MA-ի մեզոփորոզ կառուցվածքը ոչնչացնելու, և կատալիտիկ կատարողականությունը ակնհայտորեն բարելավվել է: Սինթեզված գամմա-al2o3 ենթաշերտի վրա in situ աճի մեթոդի կիրառմամբ՝ γ-Al2O3-ի համեմատ, MnO2-Al2O3-ը ունի ավելի մեծ BET տեսակարար մակերես և ծակոտիների ծավալ, և ունի երկմոդալ մեզոփորոզ կառուցվածք՝ ծակոտիների չափերի նեղ բաշխմամբ: MnO2-Al2O3-ը ունի արագ ադսորբցիայի արագություն և բարձր արդյունավետություն F-ի համար, և ունի pH-ի լայն կիրառման միջակայք (pH=4~10), որը հարմար է գործնական արդյունաբերական կիրառման պայմանների համար: MnO2-Al2O3-ի վերամշակման կատարողականությունն ավելի լավ է, քան γ-Al2O-ինը: Կառուցվածքային կայունությունը պետք է հետագայում օպտիմալացվի: Ամփոփելով՝ տեղում սինթեզով ստացված MA մոդիֆիկացված նյութերը ունեն լավ կառուցվածքային կարգ, խմբերի և ալյումինի կրիչների միջև ուժեղ փոխազդեցություն, ամուր միացում, մեծ նյութական բեռ և կատալիտիկ ռեակցիայի ընթացքում ակտիվ բաղադրիչների թափվելը հեշտ չէ, և կատալիտիկ աշխատանքը զգալիորեն բարելավվել է։

Նկ. 2 Ֆունկցիոնալացված MA-ի պատրաստում տեղում սինթեզի միջոցով

2.2 իմպրեգացման մեթոդ

Պատրաստված MA-ն ընկղմելով մոդիֆիկացված խմբի մեջ և մշակումից հետո ստանալով մոդիֆիկացված MA նյութը՝ կատալիզի, ադսորբցիայի և այլնի ազդեցությունները իրականացնելու համար, Քայը և այլք MA-ն պատրաստել են P123-ից սոլ-գել մեթոդով և թրջել են այն էթանոլի և տետրաէթիլենպենտամինի լուծույթում՝ ստանալով ամինո մոդիֆիկացված MA նյութ՝ ուժեղ ադսորբցիայի կատարողականությամբ: Բացի այդ, Բելկացեմին և այլք նույն գործընթացով ընկղմել են ZnCl2 լուծույթում՝ ստանալով կարգավորված ցինկով լեգիրված մոդիֆիկացված MA նյութեր: Տեսակարար մակերեսի մակերեսը և ծակոտիների ծավալը համապատասխանաբար կազմում են 394 մ2/գ և 0.55 սմ3/գ: Համեմատած տեղում սինթեզի մեթոդի հետ, ներծծման մեթոդն ունի տարրերի ավելի լավ դիսպերսիա, կայուն մեզոփորոզ կառուցվածք և լավ ադսորբցիայի կատարողական, սակայն ակտիվ բաղադրիչների և ալյումինի կրիչի միջև փոխազդեցության ուժը թույլ է, և կատալիտիկ ակտիվությունը հեշտությամբ խաթարվում է արտաքին գործոններով:

3 ֆունկցիոնալ առաջընթաց

Հատուկ հատկություններով հազվագյուտ հողային միացությունների սինթեզը ապագայի զարգացման միտում է: Ներկայումս կան սինթեզի բազմաթիվ մեթոդներ: Գործընթացի պարամետրերը ազդում են միացությունների արդյունավետության վրա: Միացությունների տեսակարար մակերևույթի մակերեսը, ծակոտիների ծավալը և ծակոտիների տրամագիծը կարող են կարգավորվել ձևանմուշի տեսակի և ալյումինի նախորդի կազմի հիման վրա: Կալցինացման ջերմաստիճանը և պոլիմերային ձևանմուշի կոնցենտրացիան ազդում են միացությունների տեսակարար մակերևույթի մակերեսի և ծակոտիների ծավալի վրա: Սուզուկին և Յամաուչին պարզեցին, որ կալցինացման ջերմաստիճանը մեծացել է 500℃-ից մինչև 900℃: Բացվածքը կարող է մեծացվել, իսկ մակերեսը՝ կրճատվել: Բացի այդ, հազվագյուտ հողային միացությունների մոդիֆիկացման մշակումը բարելավում է միացությունների ակտիվությունը, մակերեսային ջերմային կայունությունը, կառուցվածքային կայունությունը և մակերեսային թթվայնությունը կատալիտիկ գործընթացում և բավարարում է միացությունների ֆունկցիոնալիզացիայի զարգացմանը:

3.1 Ֆտորացման ադսորբենտ

Չինաստանում խմելու ջրում ֆտորը լուրջ վնասակար է: Բացի այդ, արդյունաբերական ցինկի սուլֆատի լուծույթում ֆտորի պարունակության աճը կհանգեցնի էլեկտրոդային թիթեղի կոռոզիայի, աշխատանքային միջավայրի վատթարացման, էլեկտրական ցինկի որակի անկման և թթվայնության ստացման համակարգում և հեղուկացված շերտով վառարանի այրման ծխնելույզի էլեկտրոլիզի գործընթացում վերամշակված ջրի քանակի նվազման: Ներկայումս ադսորբցիայի մեթոդը ամենագրավիչն է խոնավ ֆտորացման տարածված մեթոդների շարքում: Այնուամենայնիվ, կան որոշ թերություններ, ինչպիսիք են՝ վատ ադսորբցիայի հզորությունը, pH-ի նեղ հասանելի միջակայքը, երկրորդային աղտոտումը և այլն: Ակտիվացված ածուխը, ամորֆ ալյումինան, ակտիվացված ալյումինան և այլ ադսորբենտներ օգտագործվել են ջրի ֆտորացման համար, սակայն ադսորբենտների արժեքը բարձր է, իսկ F-ի ադսորբցիոն ունակությունը չեզոք լուծույթում կամ բարձր կոնցենտրացիայում՝ ցածր։ Ակտիվացված ալյումինան դարձել է ֆտորի հեռացման համար ամենաշատ ուսումնասիրված ադսորբենտը՝ չեզոք pH արժեքի դեպքում ֆտորի նկատմամբ իր բարձր կապակցության և ընտրողականության շնորհիվ, սակայն այն սահմանափակվում է ֆտորի ցածր ադսորբցիոն ունակություններով, և միայն pH <6-ի դեպքում այն ​​կարող է ունենալ ֆտորի լավ ադսորբցիոն կատարողականություն։ ՄԱ-ն լայն ուշադրություն է գրավել շրջակա միջավայրի աղտոտվածության վերահսկման գործում՝ իր մեծ տեսակարար մակերեսի, ծակոտիների չափի եզակի ազդեցության, թթվահիմնային կատարողականության, ջերմային և մեխանիկական կայունության շնորհիվ։ Կունդուն և այլք պատրաստել են ՄԱ՝ 62.5 մգ/գ առավելագույն ֆտորի ադսորբցիոն կարողությամբ։ ՄԱ-ի ֆտորի ադսորբցիոն կարողության վրա մեծապես ազդում են դրա կառուցվածքային բնութագրերը, ինչպիսիք են տեսակարար մակերեսը, մակերեսային ֆունկցիոնալ խմբերը, ծակոտիների չափը և ծակոտիների ընդհանուր չափը։ ՄԱ-ի կառուցվածքի և կատարողականության կարգավորումը կարևոր միջոց է դրա ադսորբցիոն կատարողականությունը բարելավելու համար։

La-ի կարծր թթվի և ֆտորի կարծր հիմնայնության պատճառով La-ի և ֆտորի իոնների միջև կա ուժեղ կապակցություն։ Վերջին տարիներին որոշ ուսումնասիրություններ ցույց են տվել, որ La-ն որպես մոդիֆիկատոր կարող է բարելավել ֆտորի ադսորբցիոն ունակությունը։ Սակայն, հազվագյուտ հողային միացությունների ադսորբենտների ցածր կառուցվածքային կայունության պատճառով, լուծույթի մեջ ավելի շատ հազվագյուտ հողային միացություններ են ներծծվում, ինչը հանգեցնում է ջրի երկրորդային աղտոտման և մարդու առողջությանը վնաս հասցնելու։ Մյուս կողմից, ջրային միջավայրում ալյումինի բարձր կոնցենտրացիան մարդու առողջության համար վնասակար գործոններից մեկն է։ Հետևաբար, անհրաժեշտ է պատրաստել մի տեսակ կոմպոզիտային ադսորբենտ, որը կունենա լավ կայունություն և ֆտորի հեռացման գործընթացում այլ տարրերի արդյունահանում չի ունենա կամ ավելի քիչ արդյունահանում չի ունենա։ La-ով և Ce-ով մոդիֆիկացված MA-ն պատրաստվել է ներծծման մեթոդով (La/MA և Ce/MA): Հազվագյուտ հողային օքսիդները առաջին անգամ հաջողությամբ բեռնվել են MA մակերեսին, որն ունեցել է ավելի բարձր ֆտորացման արդյունավետություն: Ֆտորի հեռացման հիմնական մեխանիզմներն են էլեկտրաստատիկ ադսորբցիան ​​և քիմիական ադսորբցիան, մակերեսային դրական լիցքի էլեկտրոնային ձգումը և լիգանդների փոխանակման ռեակցիան միանում են մակերեսային հիդրօքսիլի հետ, ադսորբենտի մակերեսին գտնվող հիդրօքսիլային ֆունկցիոնալ խումբը առաջացնում է ջրածնային կապ F-ի հետ, La-ի և Ce-ի մոդիֆիկացիան բարելավում է ֆտորի ադսորբցիայի ունակությունը, La/MA-ն պարունակում է ավելի շատ հիդրօքսիլ ադսորբցիայի տեղամասեր, և F-ի ադսորբցիայի ունակությունը La/MA>Ce/MA>MA կարգի է: Սկզբնական կոնցենտրացիայի աճի հետ մեկտեղ ֆտորի ադսորբցիայի ունակությունը մեծանում է: Ադսորբցիայի էֆեկտն ամենալավն է, երբ pH-ը 5~9 է, և ֆտորի ադսորբցիայի գործընթացը համապատասխանում է Լանգմյուիրի իզոթերմ ադսորբցիայի մոդելին: Բացի այդ, ալյումինի մեջ սուլֆատ իոնների խառնուրդները նույնպես կարող են զգալիորեն ազդել նմուշների որակի վրա: Չնայած հազվագյուտ հողային մոդիֆիկացված ալյումինի վերաբերյալ համապատասխան հետազոտություններ են իրականացվել, հետազոտությունների մեծ մասը կենտրոնացած է ադսորբենտի գործընթացի վրա, որը դժվար է օգտագործել արդյունաբերական առումով: Ապագայում մենք կարող ենք ուսումնասիրել ֆտորային համալիրի դիսոցիացիայի մեխանիզմը ցինկի սուլֆատի լուծույթում և ֆտորային իոնների միգրացիայի բնութագրերը, ստանալ արդյունավետ, ցածր գնով և վերականգնվող ֆտորային իոնների ադսորբենտ ցինկի հիդրոմետալուրգիական համակարգում ցինկի սուլֆատի լուծույթի ֆտորացման համար, և ստեղծել գործընթացի կառավարման մոդել՝ բարձր ֆտորային լուծույթի մշակման համար՝ հիմնված հազվագյուտ հողային MA նանոադսորբենտի վրա:

3.2 Կատալիզատոր

3.2.1 Մեթանի չոր ռեֆորմինգ

Հազվագյուտ հողային մետաղները կարող են կարգավորել ծակոտկեն նյութերի թթվայնությունը (հիմնականությունը), մեծացնել թթվածնի թափուր տեղը և սինթեզել կատալիզատորներ՝ միատարր դիսպերսիայով, նանոմետրական մասշտաբով և կայունությամբ: Այն հաճախ օգտագործվում է ազնիվ մետաղների և անցումային մետաղների աջակցման համար՝ CO2-ի մեթանացումը կատալիզացնելու համար: Ներկայումս հազվագյուտ հողային մետաղներով մոդիֆիկացված մեզոփորոտ նյութերը զարգանում են մեթանի չոր ռեֆորմինգի (MDR), VOC-ների ֆոտոկատալիտիկ քայքայման և պոչային գազի մաքրման ուղղությամբ: Համեմատած ազնիվ մետաղների (օրինակ՝ Pd, Ru, Rh և այլն) և այլ անցումային մետաղների (օրինակ՝ Co, Fe և այլն) հետ, Ni/Al2O3 կատալիզատորը լայնորեն օգտագործվում է իր ավելի բարձր կատալիտիկ ակտիվության և ընտրողականության, բարձր կայունության և մեթանի ցածր գնի համար: Այնուամենայնիվ, Ni նանոմասնիկների սինտերացումը և ածխածնի նստեցումը Ni/Al2O3-ի մակերեսին հանգեցնում են կատալիզատորի արագ դեակտիվացմանը: Հետևաբար, անհրաժեշտ է ավելացնել արագացուցիչ, փոփոխել կատալիզատորի կրիչը և բարելավել պատրաստման եղանակը՝ կատալիտիկ ակտիվությունը, կայունությունը և այրման դիմադրությունը բարելավելու համար: Ընդհանուր առմամբ, հազվագյուտ հողային օքսիդները կարող են օգտագործվել որպես կառուցվածքային և էլեկտրոնային պրոմոտորներ տարասեռ կատալիզատորներում, իսկ CeO2-ը բարելավում է Ni-ի ցրումը և փոխում մետաղական Ni-ի հատկությունները՝ ուժեղ մետաղական կրողի փոխազդեցության միջոցով։

ՄԱ-ն լայնորեն օգտագործվում է մետաղների դիսպերսիան բարելավելու և ակտիվ մետաղները զսպելու համար՝ դրանց ագլոմերացիան կանխելու համար: Բարձր թթվածնի կուտակման կարողություն ունեցող La2O3-ը մեծացնում է ածխածնի դիմադրությունը փոխակերպման գործընթացում, իսկ La2O3-ը նպաստում է Co-ի դիսպերսիային մեզոփորոտ ալյումինի վրա, որն ունի բարձր ռեֆորմացման ակտիվություն և դիմադրողականություն: La2O3 պրոմոտորը մեծացնում է Co/MA կատալիզատորի MDR ակտիվությունը, և կատալիզատորի մակերեսին առաջանում են Co3O4 և CoAl2O4 փուլեր: Այնուամենայնիվ, բարձր դիսպերսիա ունեցող La2O3-ը ունի 8 նմ~10 նմ փոքր հատիկներ: MDR գործընթացում La2O3-ի և CO2-ի միջև տեղում փոխազդեցությունը ձևավորել է La2O2CO3 մեզոֆազ, որը խթանել է CxHy-ի արդյունավետ վերացումը կատալիզատորի մակերեսին: La2O3-ը նպաստում է ջրածնի վերականգնմանը՝ ապահովելով ավելի բարձր էլեկտրոնային խտություն և մեծացնելով թթվածնի թափուր մնալը 10%Co/MA-ում: La2O3-ի ավելացումը նվազեցնում է CH4 սպառման ակնհայտ ակտիվացման էներգիան: Հետևաբար, CH4-ի փոխակերպման արագությունը 1073K K ջերմաստիճանում աճել է մինչև 93.7%: La2O3-ի ավելացումը բարելավել է կատալիտիկ ակտիվությունը, նպաստել H2-ի վերականգնմանը, մեծացրել Co0 ակտիվ կենտրոնների քանակը, առաջացրել է ավելի քիչ նստվածքային ածխածին և թթվածնի թափուր տեղը մեծացրել մինչև 73.3%:

Ce-ն և Pr-ը պահվել են Ni/Al2O3 կատալիզատորի վրա Լի Սյաոֆենգում հավասար ծավալի իմպրեգացման մեթոդով: Ce-ի և Pr-ի ավելացումից հետո H2-ի նկատմամբ ընտրողականությունը մեծացել է, իսկ CO-ի նկատմամբ ընտրողականությունը նվազել է: Pr-ով մոդիֆիկացված MDR-ն ուներ գերազանց կատալիտիկ ունակություն, և H2-ի նկատմամբ ընտրողականությունը աճել է 64.5%-ից մինչև 75.6%, մինչդեռ CO-ի նկատմամբ ընտրողականությունը նվազել է 31.4%-ից: Պենգ Շուջինգը և այլք օգտագործել են զոլ-գել մեթոդը, Ce-ով մոդիֆիկացված MA-ն պատրաստվել է ալյումինի իզոպրոպօքսիդով, իզոպրոպանոլ լուծիչով և ցերիումի նիտրատի հեքսահիդրատով: Արտադրանքի տեսակարար մակերեսը փոքր-ինչ մեծացել է: Ce-ի ավելացումը նվազեցրել է ձողանման նանոմասնիկների ագրեգացիան MA մակերեսին: γ-Al2O3-ի մակերեսին որոշ հիդրօքսիլային խմբեր հիմնականում ծածկվել են Ce միացություններով: MA-ի ջերմային կայունությունը բարելավվել է, և 1000℃ ջերմաստիճանում 10 ժամվա ընթացքում կալցինացումից հետո բյուրեղային փուլային փոխակերպում տեղի չի ունեցել: Վանգ Բաովեյը և այլք: Պատրաստվել է CeO2-Al2O4 MA նյութը համատեղ նստեցման մեթոդով: CeO2-ը խորանարդաձև մանր հատիկներով հավասարաչափ ցրվել է ալյումինի մեջ: CeO2-Al2O4-ի վրա Co և Mo պահպանելուց հետո, ալյումինի և ակտիվ բաղադրիչ Co և Mo-ի միջև փոխազդեցությունը արդյունավետորեն կասեցվել է CEO2-ի կողմից:

Հազվագյուտ հողային միացությունների պրոմոտորները (La, Ce, y և Sm) համակցվում են Co/MA կատալիզատորի հետ MDR-ի համար, և գործընթացը ցույց է տրված նկար 3-ում: Հազվագյուտ հողային միացությունների պրոմոտորները կարող են բարելավել Co-ի ցրումը MA կրողի վրա և կանխել co մասնիկների ագլոմերացիան: Որքան փոքր է մասնիկի չափը, այնքան ուժեղ է Co-MA փոխազդեցությունը, այնքան ուժեղ է կատալիտիկ և սինտերացման ունակությունը YCo/MA կատալիզատորում, և մի քանի պրոմոտորների դրական ազդեցությունը MDR ակտիվության և ածխածնի նստեցման վրա: Նկար 4-ը HRTEM պատկեր է 1023K ջերմաստիճանում MDR մշակումից հետո, Co2:ch4:N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3.1 ջերմաստիճանում, 8 ժամվա ընթացքում: Co մասնիկները գոյություն ունեն սև կետերի տեսքով, մինչդեռ MA կրողները գոյություն ունեն մոխրագույնի տեսքով, ինչը կախված է էլեկտրոնային խտության տարբերությունից: HRTEM պատկերում 10%Co/MA-ով (նկ. 4բ), ma կրիչների վրա դիտվում է Co մետաղական մասնիկների ագլոմերացիա։ Հազվագյուտ հողային պրոմոտորի ավելացումը Co մասնիկները նվազեցնում է մինչև 11.0 նմ~12.5 նմ։ YCo/MA-ն ունի ուժեղ Co-MA փոխազդեցություն, և դրա սինտերացման կատարողականությունն ավելի լավ է, քան մյուս կատալիզատորներինը։ Բացի այդ, ինչպես ցույց է տրված նկ. 4բ-ից 4զ-ում, կատալիզատորների վրա առաջանում են խոռոչ ածխածնային նանոհաղորդալարեր (CNF), որոնք շփվում են գազի հոսքի հետ և կանխում կատալիզատորի անջատումը։

Նկ. 3 Հազվագյուտ հողային միացությունների ավելացման ազդեցությունը Co/MA կատալիզատորի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների և MDR կատալիտիկ կատարողականի վրա

3.2.2 Դեօքսիդացման կատալիզատոր

Fe2O3/Meso-CeAl-ը, որը Ce-ով լեգիրված Fe-ի վրա հիմնված դեօքսիդացման կատալիզատոր է, ստացվել է 1-բութենի օքսիդատիվ դեհիդրոգենացման միջոցով՝ CO2-ով որպես մեղմ օքսիդանտ, և օգտագործվել է 1,3-բութադիենի (BD) սինթեզում: Ce-ն բարձր ցրվածություն ուներ ալյումինի մատրիցում, իսկ Fe2O3/meso-ն բարձր ցրվածություն ուներ: Fe2O3/Meso-CeAl-100 կատալիզատորը ոչ միայն ունի բարձր ցրված երկաթի տեսակներ և լավ կառուցվածքային հատկություններ, այլև ունի թթվածնի լավ կուտակման ունակություն, ուստի այն ունի CO2-ի լավ ադսորբցիայի և ակտիվացման ունակություն: Ինչպես ցույց է տրված նկար 5-ում, TEM պատկերները ցույց են տալիս, որ Fe2O3/Meso-CeAl-100-ը կանոնավոր է: Այն ցույց է տալիս, որ MesoCeAl-100-ի որդանման ալիքային կառուցվածքը ազատ և ծակոտկեն է, ինչը օգտակար է ակտիվ բաղադրիչների ցրման համար, մինչդեռ բարձր ցրված Ce-ն հաջողությամբ լեգիրվում է ալյումինի մատրիցում: Ավտոմեքենաների գերցածր արտանետումների ստանդարտին համապատասխանող ազնիվ մետաղական կատալիզատորի ծածկույթի նյութը զարգացրել է ծակոտկեն կառուցվածք, լավ հիդրոթերմալ կայունություն և թթվածնի մեծ կուտակման ունակություն:

3.2.3 Տրանսպորտային միջոցների կատալիզատոր

Pd-Rh-ով աջակցված քառորդական ալյումինե հիմքով հազվագյուտ հողային կոմպլեքսներ՝ AlCeZrTiOx և AlLaZrTiOx, ավտոմոբիլային կատալիզատորի ծածկույթային նյութեր ստանալու համար: Մեզոծակոտկեն ալյումինե հիմքով հազվագյուտ հողային կոմպլեքսը՝ Pd-Rh/ALC-ն, կարող է հաջողությամբ օգտագործվել որպես CNG տրանսպորտային միջոցների արտանետումների մաքրման կատալիզատոր՝ լավ դիմացկունությամբ, իսկ CNG տրանսպորտային միջոցների արտանետվող գազի հիմնական բաղադրիչի՝ CH4-ի փոխակերպման արդյունավետությունը հասնում է 97.8%-ի: Կիրառվել է հիդրոթերմալ մեկ քայլով մեթոդ՝ այդ հազվագյուտ հողային կոմպոզիտային նյութը ինքնահավաքելու համար պատրաստելու համար: Սինթեզվել են մետաստաբիլ վիճակով և բարձր ագրեգացիայով կարգավորված մեզոծակոտկեն նախորդներ, և RE-Al-ի սինթեզը համապատասխանեցվել է «բարդ աճի միավորի» մոդելին, այդպիսով իրականացնելով ավտոմեքենաների արտանետումների հետին ամրացված եռակողմ կատալիտիկ փոխարկիչի մաքրումը:

Նկար 4 ma (a), Co/MA(b), LaCo/MA(c), CeCo/MA(d), YCo/MA(e) և SmCo/MA(f) HRTEM պատկերներ

Նկ. 5. Fe2O3/Meso-CeAl-100-ի TEM պատկերը (A) և EDS տարրերի դիագրամը (b,c):

3.3 լուսային կատարողականություն

Հազվագյուտ հողային տարրերի էլեկտրոնները հեշտությամբ գրգռվում են՝ տարբեր էներգետիկ մակարդակների միջև անցնելով և լույս արձակելով։ Հազվագյուտ հողային իոնները հաճախ օգտագործվում են որպես ակտիվատորներ՝ լյումինեսցենտ նյութեր պատրաստելու համար։ Հազվագյուտ հողային իոնները կարող են բեռնվել ալյումինի ֆոսֆատի խոռոչ միկրոսֆերաների մակերեսին՝ համատեղ նստեցման և իոնափոխանակման մեթոդով, և կարելի է պատրաստել լյումինեսցենտ նյութեր՝ AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd): Լյումինեսցենտային ալիքի երկարությունը գտնվում է մոտ ուլտրամանուշակագույն տիրույթում։ MA-ն վերածվում է բարակ թաղանթների՝ իր իներցիայի, ցածր դիէլեկտրիկ հաստատունի և ցածր հաղորդունակության շնորհիվ, ինչը այն կիրառելի է դարձնում էլեկտրական և օպտիկական սարքերի, բարակ թաղանթների, արգելքների, սենսորների և այլնի համար։ Այն կարող է նաև օգտագործվել արձագանքող միաչափ ֆոտոնային բյուրեղների, էներգիայի արտադրության և հակաանդրադարձային ծածկույթների համար։ Այս սարքերը դարսված թաղանթներ են՝ որոշակի օպտիկական ուղու երկարությամբ, ուստի անհրաժեշտ է վերահսկել բեկման ցուցիչը և հաստությունը։ Ներկայումս նման սարքեր նախագծելու և կառուցելու համար հաճախ օգտագործվում են տիտանի երկօքսիդ և ցիրկոնիումի օքսիդ՝ բարձր բեկման ցուցիչով, և սիլիցիումի երկօքսիդ՝ ցածր բեկման ցուցիչով։ Տարբեր մակերևութային քիմիական հատկություններ ունեցող նյութերի մատչելիության շրջանակը ընդլայնվում է, ինչը հնարավորություն է տալիս նախագծել առաջադեմ ֆոտոնային սենսորներ: Օպտիկական սարքերի նախագծման մեջ MA և օքսիհիդրօքսիդային թաղանթների ներդրումը մեծ ներուժ է ցույց տալիս, քանի որ բեկման ցուցիչը նման է սիլիցիումի երկօքսիդի ցուցչին: Սակայն քիմիական հատկությունները տարբեր են:

3.4 ջերմային կայունություն

Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ, սինտերացումը լրջորեն ազդում է MA կատալիզատորի օգտագործման արդյունավետության վրա, և տեսակարար մակերևույթի մակերեսը նվազում է, և γ-Al2O3-ի բյուրեղային փուլը վերածվում է δ և θ-ից χ փուլերի: Հազվագյուտ հողային նյութերը ունեն լավ քիմիական կայունություն և ջերմային կայունություն, բարձր հարմարվողականություն, ինչպես նաև հեշտությամբ մատչելի և էժան հումք: Հազվագյուտ հողային տարրերի ավելացումը կարող է բարելավել կրողի ջերմային կայունությունը, բարձր ջերմաստիճանային օքսիդացման դիմադրությունը և մեխանիկական հատկությունները, ինչպես նաև կարգավորել կրողի մակերեսային թթվայնությունը: La-ն և Ce-ն ամենատարածված և ուսումնասիրված մոդիֆիկացիոն տարրերն են: Լու Վեյգուանը և ուրիշները պարզել են, որ հազվագյուտ հողային տարրերի ավելացումը արդյունավետորեն կանխում է ալյումինի մասնիկների զանգվածային դիֆուզիան, La-ն և Ce-ն պաշտպանում են ալյումինի մակերեսին գտնվող հիդրօքսիլային խմբերը, կանխում սինտերացումը և փուլային փոխակերպումը, և նվազեցնում են բարձր ջերմաստիճանի վնասը մեզոփորոզ կառուցվածքին: Պատրաստված ալյումինան դեռևս ունի բարձր տեսակարար մակերևույթի մակերես և ծակոտիների ծավալ: Այնուամենայնիվ, չափազանց շատ կամ չափազանց քիչ հազվագյուտ հողային տարրը կնվազեցնի ալյումինի ջերմային կայունությունը: Լի Յանցյու և այլք: γ-Al2O3-ին ավելացվել է 5% La2O3, ինչը բարելավել է ջերմային կայունությունը և մեծացրել ալյումինի կրիչի ծակոտիների ծավալը և տեսակարար մակերեսը: Ինչպես երևում է նկար 6-ից, γ-Al2O3-ին ավելացված La2O3-ը բարելավում է հազվագյուտ հողային կոմպոզիտային կրիչի ջերմային կայունությունը:

Նանոմանրաթելային մասնիկների La-ից MA խառնուրդի արտադրության գործընթացում, MA-La-ի BET մակերեսը և ծակոտիների ծավալը ավելի մեծ են, քան MA-ինը, երբ ջերմային մշակման ջերմաստիճանը բարձրանում է, և La-ով խառնուրդը ակնհայտորեն դանդաղեցնում է սինտերացումը բարձր ջերմաստիճանում: Ինչպես ցույց է տրված նկար 7-ում, ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ La-ն կանխում է հատիկների աճի և փուլային փոխակերպման ռեակցիան, մինչդեռ նկար 7ա և 7գ-ում երևում է նանոմանիլային մասնիկների կուտակումը: Նկար 7բ-ում 1200℃-ում կալցինացիայի միջոցով առաջացած խոշոր մասնիկների տրամագիծը մոտ 100 նմ է: Սա վկայում է MA-ի զգալի սինտերացման մասին: Բացի այդ, MA-1200-ի համեմատ, MA-La-1200-ը ջերմային մշակումից հետո չի ագրեգացվում: La-ի ավելացման դեպքում նանոմանիլային մասնիկներն ունեն ավելի լավ սինտերացման ունակություն: Նույնիսկ ավելի բարձր կալցինացիայի ջերմաստիճանում խառնուրդով La-ն դեռևս խիստ ցրված է MA մակերեսին: La-ով ձևափոխված MA-ն կարող է օգտագործվել որպես Pd կատալիզատորի կրող C3H8 օքսիդացման ռեակցիայում:

Նկ. 6. Ալյումինի սինտերացման կառուցվածքային մոդել՝ հազվագյուտ հողային տարրերով և առանց դրանց

Նկար 7 MA-400 (a), MA-1200 (b), MA-La-400 (c) և MA-La-1200 (d) TEM պատկերներ

4 Եզրակացություն

Ներկայացվում է հազվագյուտ հողային միացությունների մոդիֆիկացված MA նյութերի պատրաստման և ֆունկցիոնալ կիրառման առաջընթացը: Հազվագյուտ հողային միացությունները լայնորեն կիրառվում են: Չնայած կատալիտիկ կիրառման, ջերմային կայունության և ադսորբցիայի ոլորտում բազմաթիվ հետազոտություններ են կատարվել, շատ նյութեր ունեն բարձր գին, ցածր դոպինգի քանակ, վատ կարգավորվածություն և դժվար են արդյունաբերականացվել: Ապագայում անհրաժեշտ է կատարել հետևյալ աշխատանքները՝ օպտիմալացնել հազվագյուտ հողային միացությունների բաղադրությունը և կառուցվածքը, ընտրել համապատասխան գործընթաց, համապատասխանեցնել ֆունկցիոնալ զարգացմանը. ստեղծել գործընթացի կառավարման մոդել՝ հիմնված ֆունկցիոնալ գործընթացի վրա՝ ծախսերը կրճատելու և արդյունաբերական արտադրություն իրականացնելու համար. Չինաստանի հազվագյուտ հողային պաշարների առավելությունները մեծացնելու համար մենք պետք է ուսումնասիրենք հազվագյուտ հողային միացությունների մոդիֆիկացման մեխանիզմը, կատարելագործենք հազվագյուտ հողային միացությունների մոդիֆիկացման տեսությունը և գործընթացը:

Ֆինանսավորման նախագիծ. Շանսիի գիտության և տեխնոլոգիայի ընդհանուր նորարարության նախագիծ (2011KTDZ01-04-01); Շանսիի նահանգի 2019 թվականի հատուկ գիտահետազոտական ​​նախագիծ (19JK0490); Սիանի ճարտարապետության և տեխնոլոգիայի համալսարանի Հուացին քոլեջի 2020 թվականի հատուկ գիտահետազոտական ​​նախագիծ (20KY02):

Աղբյուր՝ Հազվագյուտ Երկիր