दुर्मिळ पृथ्वी सुधारित मेसोपोरस अॅल्युमिनाच्या वापराची प्रगती

नॉन-सिलिसियस ऑक्साईड्समध्ये, अॅल्युमिनामध्ये चांगले यांत्रिक गुणधर्म, उच्च तापमान प्रतिरोधकता आणि गंज प्रतिरोधकता असते, तर मेसोपोरस अॅल्युमिना (MA) मध्ये समायोज्य छिद्र आकार, मोठे विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्रफळ, मोठे छिद्र आकारमान आणि कमी उत्पादन खर्च असतो, जो उत्प्रेरक, नियंत्रित औषध सोडणे, शोषण आणि पेट्रोलियम कच्च्या मालाचे क्रॅकिंग, हायड्रोक्रॅकिंग आणि हायड्रोडेसल्फरायझेशन यासारख्या इतर क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरला जातो. मायक्रोपोरस अॅल्युमिना सामान्यतः उद्योगात वापरला जातो, परंतु त्याचा थेट परिणाम अॅल्युमिनाच्या क्रियाकलापांवर, उत्प्रेरकाच्या सेवा आयुष्यावर आणि निवडकतेवर होईल. उदाहरणार्थ, ऑटोमोबाईल एक्झॉस्ट शुद्धीकरण प्रक्रियेत, इंजिन ऑइल अॅडिटीव्हजमधून जमा झालेले प्रदूषक कोक तयार करतील, ज्यामुळे उत्प्रेरक छिद्रांमध्ये अडथळा निर्माण होईल, त्यामुळे उत्प्रेरकाची क्रिया कमी होईल. सर्फॅक्टंटचा वापर अॅल्युमिना वाहकाची रचना MA तयार करण्यासाठी समायोजित करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. त्याची उत्प्रेरक कार्यक्षमता सुधारा.

MA मध्ये कंस्ट्रेंट इफेक्ट असतो आणि उच्च-तापमान कॅल्सीनेशन नंतर सक्रिय धातू निष्क्रिय होतात. याव्यतिरिक्त, उच्च-तापमान कॅल्सीनेशन नंतर, मेसोपोरस रचना कोसळते, MA सांगाडा अनाकार अवस्थेत असतो आणि पृष्ठभागाची आम्लता कार्यात्मकतेच्या क्षेत्रात त्याच्या आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाही. MA सामग्रीची उत्प्रेरक क्रियाकलाप, मेसोपोरस रचना स्थिरता, पृष्ठभागाची थर्मल स्थिरता आणि पृष्ठभागाची आम्लता सुधारण्यासाठी अनेकदा सुधारणा उपचारांची आवश्यकता असते. सामान्य सुधारणा गटांमध्ये धातूचे विषम अणू (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr, इ.) आणि धातूचे ऑक्साइड (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7, इ.) समाविष्ट असतात जे MA च्या पृष्ठभागावर लोड केले जातात किंवा सांगाड्यात डोप केले जातात.

दुर्मिळ पृथ्वी घटकांच्या विशेष इलेक्ट्रॉन कॉन्फिगरेशनमुळे त्यांच्या संयुगांमध्ये विशेष ऑप्टिकल, इलेक्ट्रिकल आणि चुंबकीय गुणधर्म असतात आणि ते उत्प्रेरक पदार्थ, फोटोइलेक्ट्रिक पदार्थ, शोषण पदार्थ आणि चुंबकीय पदार्थांमध्ये वापरले जातात. दुर्मिळ पृथ्वी सुधारित मेसोपोरस पदार्थ आम्ल (क्षार) गुणधर्म समायोजित करू शकतात, ऑक्सिजन रिक्तता वाढवू शकतात आणि एकसमान फैलाव आणि स्थिर नॅनोमीटर स्केलसह धातू नॅनोक्रिस्टलाइन उत्प्रेरक संश्लेषित करू शकतात. योग्य सच्छिद्र पदार्थ आणि दुर्मिळ पृथ्वी धातूच्या नॅनोक्रिस्टल्सच्या पृष्ठभागावरील फैलाव आणि उत्प्रेरकांची स्थिरता आणि कार्बन जमा करण्याची प्रतिकारशक्ती सुधारू शकतात. या पेपरमध्ये, उत्प्रेरक कार्यक्षमता, थर्मल स्थिरता, ऑक्सिजन साठवण क्षमता, विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र आणि छिद्र रचना सुधारण्यासाठी एमएचे दुर्मिळ पृथ्वी बदल आणि कार्यात्मकीकरण सादर केले जाईल.

१ एमए ची तयारी

१.१ अॅल्युमिना वाहकाची तयारी

अॅल्युमिना कॅरियरची तयारी पद्धत त्याच्या छिद्र रचना वितरणाचे निर्धारण करते आणि त्याच्या सामान्य तयारी पद्धतींमध्ये स्यूडो-बोहेमाइट (PB) डिहायड्रेशन पद्धत आणि सोल-जेल पद्धत समाविष्ट आहे. स्यूडोबोहेमाइट (PB) प्रथम कॅल्व्हेटने प्रस्तावित केले होते आणि H+ ने γ-AlOOH कोलाइडल PB असलेले इंटरलेयर पाणी मिळविण्यासाठी पेप्टायझेशनला प्रोत्साहन दिले होते, जे उच्च तापमानात कॅल्साइन केले गेले आणि अॅल्युमिना तयार करण्यासाठी निर्जलीकरण केले गेले. वेगवेगळ्या कच्च्या मालानुसार, ते बहुतेकदा पर्जन्य पद्धत, कार्बनायझेशन पद्धत आणि अल्कोहोलअॅल्युमिनियम हायड्रोलिसिस पद्धतीमध्ये विभागले जाते.PB ची कोलाइडल विद्राव्यता क्रिस्टलिनिटीमुळे प्रभावित होते आणि क्रिस्टलिनिटीच्या वाढीसह ते ऑप्टिमाइझ होते आणि ऑपरेटिंग प्रक्रिया पॅरामीटर्समुळे देखील प्रभावित होते.

पीबी सहसा पर्जन्य पद्धतीने तयार केला जातो. अल्कली अॅल्युमिनेट द्रावणात जोडली जाते किंवा अॅल्युमिनेट द्रावणात आम्ल मिसळले जाते आणि हायड्रेटेड अॅल्युमिना (अल्कली पर्जन्य) मिळविण्यासाठी अवक्षेपित केले जाते, किंवा अॅल्युमिना मोनोहायड्रेट मिळविण्यासाठी अॅल्युमिनेट पर्जन्यात आम्ल जोडले जाते, जे नंतर धुऊन, वाळवले जाते आणि कॅल्साइन केले जाते जेणेकरून पीबी मिळते. पर्जन्य पद्धत वापरण्यास सोपी आणि कमी खर्चाची आहे, जी बहुतेकदा औद्योगिक उत्पादनात वापरली जाते, परंतु ती अनेक घटकांनी प्रभावित होते (द्रावण पीएच, एकाग्रता, तापमान इ.). आणि चांगल्या विखुरणासह कण मिळविण्यासाठी ती अट कठोर आहे. कार्बनायझेशन पद्धतीमध्ये, CO2 आणि NaAlO2 च्या अभिक्रियेद्वारे Al(OH)3 मिळते आणि वृद्धत्वानंतर PB मिळवता येते. या पद्धतीमध्ये साधे ऑपरेशन, उच्च उत्पादन गुणवत्ता, प्रदूषण नाही आणि कमी खर्चाचे फायदे आहेत आणि उच्च उत्प्रेरक क्रियाकलाप, उत्कृष्ट गंज प्रतिरोधकता आणि कमी गुंतवणूक आणि उच्च परताव्यासह उच्च विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्रासह अॅल्युमिना तयार करू शकते. अॅल्युमिनियम अल्कोऑक्साइड हायड्रोलिसिस पद्धत बहुतेकदा उच्च-शुद्धता पीबी तयार करण्यासाठी वापरली जाते. अॅल्युमिनियम अल्कोऑक्साइडचे हायड्रोलायझेशन करून अॅल्युमिनियम ऑक्साईड मोनोहायड्रेट बनवले जाते आणि नंतर उच्च-शुद्धता असलेले पीबी मिळविण्यासाठी प्रक्रिया केली जाते, ज्यामध्ये चांगली स्फटिकता, एकसमान कण आकार, केंद्रित छिद्र आकार वितरण आणि गोलाकार कणांची उच्च अखंडता असते. तथापि, ही प्रक्रिया गुंतागुंतीची आहे आणि काही विषारी सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्सच्या वापरामुळे ती पुनर्प्राप्त करणे कठीण आहे.

याव्यतिरिक्त, सोल-जेल पद्धतीने अ‍ॅल्युमिना प्रिकर्सर तयार करण्यासाठी धातूंचे अजैविक क्षार किंवा सेंद्रिय संयुगे सामान्यतः वापरले जातात आणि सोल तयार करण्यासाठी द्रावण तयार करण्यासाठी शुद्ध पाणी किंवा सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्स जोडले जातात, जे नंतर जेल केले जाते, वाळवले जाते आणि भाजले जाते. सध्या, पीबी डिहायड्रेशन पद्धतीच्या आधारे अ‍ॅल्युमिनाची तयारी प्रक्रिया अजूनही सुधारली आहे आणि कार्बनायझेशन पद्धत ही त्याच्या अर्थव्यवस्थेमुळे आणि पर्यावरण संरक्षणामुळे औद्योगिक अ‍ॅल्युमिना उत्पादनासाठी मुख्य पद्धत बनली आहे. सोल-जेल पद्धतीने तयार केलेल्या अ‍ॅल्युमिनाने त्याच्या अधिक एकसमान छिद्र आकार वितरणामुळे बरेच लक्ष वेधले आहे, जी एक संभाव्य पद्धत आहे, परंतु औद्योगिक अनुप्रयोग साध्य करण्यासाठी त्यात सुधारणा करणे आवश्यक आहे.

१.२ एमए तयारी

पारंपारिक अॅल्युमिना कार्यात्मक आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाही, म्हणून उच्च-कार्यक्षमता एमए तयार करणे आवश्यक आहे. संश्लेषण पद्धतींमध्ये सामान्यतः हे समाविष्ट असते: कार्बन मोल्डसह नॅनो-कास्टिंग पद्धत हार्ड टेम्पलेट म्हणून; SDA चे संश्लेषण: SDA आणि इतर कॅशनिक, अॅनिओनिक किंवा नॉनिओनिक सर्फॅक्टंट्स सारख्या मऊ टेम्पलेटच्या उपस्थितीत बाष्पीभवन-प्रेरित स्व-असेंबली प्रक्रिया (EISA).

१.२.१ EISA प्रक्रिया

मऊ टेम्पलेट अम्लीय स्थितीत वापरला जातो, ज्यामुळे कठीण पडदा पद्धतीची गुंतागुंतीची आणि वेळखाऊ प्रक्रिया टाळता येते आणि छिद्रांचे सतत मॉड्युलेशन करता येते. EISA द्वारे MA ची तयारी त्याच्या सहज उपलब्धतेमुळे आणि पुनरुत्पादनक्षमतेमुळे बरेच लक्ष वेधून घेत आहे. वेगवेगळ्या मेसोपोरस संरचना तयार करता येतात. एमएचा छिद्र आकार सर्फॅक्टंटच्या हायड्रोफोबिक साखळीची लांबी बदलून किंवा द्रावणातील अॅल्युमिनियम प्रिकर्सरशी हायड्रोलिसिस कॅटॅलिस्टचा मोलर रेशो समायोजित करून समायोजित केला जाऊ शकतो. म्हणून, EISA, ज्याला उच्च पृष्ठभाग क्षेत्र MA आणि ऑर्डर केलेल्या मेसोपोरस अॅल्युमिना (OMA) ची एक-चरण संश्लेषण आणि सुधारणा सोल-जेल पद्धत म्हणून देखील ओळखले जाते, ते P123, F127, ट्रायथेनॉलामाइन (चहा) इत्यादी विविध सॉफ्ट टेम्पलेट्सवर लागू केले गेले आहे. EISA मेसोपोरस सामग्री प्रदान करण्यासाठी ऑर्गेनोअॅल्युमिनियम प्रिकर्सर्स, जसे की अॅल्युमिनियम अल्कोऑक्साइड्स आणि सर्फॅक्टंट टेम्पलेट्स, सामान्यत: अॅल्युमिनियम आयसोप्रोपॉक्साइड आणि P123 च्या सह-असेंबली प्रक्रियेची जागा घेऊ शकते. EISA प्रक्रियेच्या यशस्वी विकासासाठी स्थिर सोल मिळविण्यासाठी आणि सोलमध्ये सर्फॅक्टंट मायसेल्सद्वारे तयार केलेल्या मेसोफेसच्या विकासास अनुमती देण्यासाठी हायड्रोलिसिस आणि कंडेन्सेशन गतिजांचे अचूक समायोजन आवश्यक आहे.

EISA प्रक्रियेत, नॉन-जलीय सॉल्व्हेंट्स (जसे की इथेनॉल) आणि ऑरगॅनिक कॉम्प्लेक्सिंग एजंट्सचा वापर ऑर्गेनोअ‍ॅल्युमिनियम प्रिकर्सर्सच्या हायड्रोलिसिस आणि कंडेन्सेशन रेटला प्रभावीपणे कमी करू शकतो आणि Al(OR)3 आणि अॅल्युमिनियम आयसोप्रोपॉक्साइड सारख्या OMA पदार्थांचे स्वयं-असेंबली करण्यास प्रवृत्त करू शकतो. तथापि, नॉन-जलीय अस्थिर सॉल्व्हेंट्समध्ये, सर्फॅक्टंट टेम्पलेट्स सहसा त्यांची हायड्रोफिलिसिटी/हायड्रोफोबिसिटी गमावतात. याव्यतिरिक्त, हायड्रोलिसिस आणि पॉलीकंडेन्सेशनच्या विलंबामुळे, इंटरमीडिएट उत्पादनात हायड्रोफोबिक गट असतो, ज्यामुळे सर्फॅक्टंट टेम्पलेटशी संवाद साधणे कठीण होते. सॉल्व्हेंट बाष्पीभवन प्रक्रियेत सर्फॅक्टंटची एकाग्रता आणि अॅल्युमिनियमच्या हायड्रोलिसिस आणि पॉलीकंडेन्सेशनची डिग्री हळूहळू वाढली तरच टेम्पलेट आणि अॅल्युमिनियमची स्व-असेंबली होऊ शकते. म्हणून, सॉल्व्हेंट्सच्या बाष्पीभवन परिस्थिती आणि पूर्वसूचकांच्या हायड्रोलिसिस आणि कंडेन्सेशन प्रतिक्रियेवर परिणाम करणारे अनेक पॅरामीटर्स, जसे की तापमान, सापेक्ष आर्द्रता, उत्प्रेरक, सॉल्व्हेंट बाष्पीभवन दर, इत्यादी, अंतिम असेंबली रचनेवर परिणाम करतील. आकृतीमध्ये दाखवल्याप्रमाणे. १, उच्च थर्मल स्थिरता आणि उच्च उत्प्रेरक कामगिरी असलेले OMA मटेरियल सोल्वोथर्मल असिस्टेड इव्होप्रेशन प्रेरित सेल्फ-असेंब्ली (SA-EISA) द्वारे संश्लेषित केले गेले. सोल्वोथर्मल ट्रीटमेंटमुळे अॅल्युमिनियम प्रिकर्सर्सचे संपूर्ण हायड्रॉलिसिस होऊन लहान आकाराचे क्लस्टर अॅल्युमिनियम हायड्रॉक्सिल गट तयार झाले, ज्यामुळे सर्फॅक्टंट्स आणि अॅल्युमिनियममधील परस्परसंवाद वाढला. EISA प्रक्रियेत द्विमितीय षटकोनी मेसोफेज तयार झाला आणि 400℃ वर कॅल्साइन करून OMA मटेरियल तयार केले गेले. पारंपारिक EISA प्रक्रियेत, बाष्पीभवन प्रक्रिया ऑर्गनोअ‍ॅल्युमिनियम प्रिकर्सर्सच्या हायड्रॉलिसिससह असते, म्हणून बाष्पीभवन परिस्थितीचा OMA च्या प्रतिक्रियेवर आणि अंतिम संरचनेवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो. सोल्वोथर्मल ट्रीटमेंट स्टेप अॅल्युमिनियम प्रिकर्सर्सच्या संपूर्ण हायड्रॉलिसिसला प्रोत्साहन देते आणि अंशतः घनरूप क्लस्टर्ड अॅल्युमिनियम हायड्रॉक्सिल गट तयार करते. OMA विस्तृत बाष्पीभवन परिस्थितीत तयार होते. पारंपारिक EISA पद्धतीने तयार केलेल्या MA च्या तुलनेत, SA-EISA पद्धतीने तयार केलेल्या OMA मध्ये जास्त छिद्रांचे प्रमाण, चांगले विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र आणि चांगले थर्मल स्थिरता असते. भविष्यात, रीमिंग एजंटचा वापर न करता उच्च रूपांतरण दर आणि उत्कृष्ट निवडकतेसह अल्ट्रा-लार्ज एपर्चर एमए तयार करण्यासाठी EISA पद्धत वापरली जाऊ शकते.

आकृती १ मध्ये OMA मटेरियलचे संश्लेषण करण्यासाठी SA-EISA पद्धतीचा फ्लो चार्ट

१.२.२ इतर प्रक्रिया

पारंपारिक MA तयारीसाठी स्पष्ट मेसोपोरस रचना साध्य करण्यासाठी संश्लेषण पॅरामीटर्सचे अचूक नियंत्रण आवश्यक असते आणि टेम्पलेट मटेरियल काढून टाकणे देखील आव्हानात्मक असते, जे संश्लेषण प्रक्रिया गुंतागुंतीची करते. सध्या, अनेक साहित्यांनी वेगवेगळ्या टेम्पलेटसह MA चे संश्लेषण नोंदवले आहे. अलिकडच्या वर्षांत, संशोधनात प्रामुख्याने जलीय द्रावणात अॅल्युमिनियम आयसोप्रोपॉक्साइडद्वारे टेम्पलेट म्हणून ग्लुकोज, सुक्रोज आणि स्टार्चसह MA च्या संश्लेषणावर लक्ष केंद्रित केले गेले. यापैकी बहुतेक MA मटेरियल अॅल्युमिनियम नायट्रेट, सल्फेट आणि अल्कोऑक्साइडपासून अॅल्युमिनियम स्रोत म्हणून संश्लेषित केले जातात. MA CTAB अॅल्युमिनियम स्रोत म्हणून PB च्या थेट बदलाद्वारे देखील मिळवता येते. वेगवेगळ्या संरचनात्मक गुणधर्मांसह MA, म्हणजे Al2O3)-1, Al2O3)-2 आणि al2o3आणि चांगली थर्मल स्थिरता आहे. सर्फॅक्टंट जोडल्याने PB ची अंतर्निहित क्रिस्टल रचना बदलत नाही, परंतु कणांच्या स्टॅकिंग मोडमध्ये बदल होतो. याव्यतिरिक्त, Al2O3-3 ची निर्मिती सेंद्रिय सॉल्व्हेंट PEG द्वारे स्थिर केलेल्या नॅनोपार्टिकल्सच्या आसंजनाने किंवा PEG भोवती एकत्रीकरणाने तयार होते. तथापि, Al2O3-1 चे छिद्र आकार वितरण खूप अरुंद आहे. याव्यतिरिक्त, पॅलेडियम-आधारित उत्प्रेरक तयार केले गेले ज्यामध्ये कृत्रिम MA वाहक म्हणून वापरला गेला. मिथेन ज्वलन अभिक्रियेत, Al2O3-3 द्वारे समर्थित उत्प्रेरकाने चांगली उत्प्रेरक कामगिरी दर्शविली.

पहिल्यांदाच, स्वस्त आणि अॅल्युमिनियम-समृद्ध अॅल्युमिनियम ब्लॅक स्लॅग ABD वापरून तुलनेने अरुंद छिद्र आकार वितरणासह MA तयार करण्यात आला. उत्पादन प्रक्रियेत कमी तापमान आणि सामान्य दाबाने काढण्याची प्रक्रिया समाविष्ट आहे. काढणी प्रक्रियेत सोडलेले घन कण पर्यावरण प्रदूषित करणार नाहीत आणि कमी जोखमीसह ते ढीग केले जाऊ शकतात किंवा काँक्रीट वापरात फिलर किंवा एकत्रित म्हणून पुन्हा वापरले जाऊ शकतात. संश्लेषित MA चे विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्रफळ 123~162m2/g आहे, छिद्र आकार वितरण अरुंद आहे, शिखर त्रिज्या 5.3nm आहे आणि सच्छिद्रता 0.37 cm3/g आहे. मटेरियल नॅनो-आकाराचे आहे आणि क्रिस्टल आकार सुमारे 11nm आहे. सॉलिड-स्टेट संश्लेषण ही MA संश्लेषित करण्यासाठी एक नवीन प्रक्रिया आहे, जी क्लिनिकल वापरासाठी रेडिओकेमिकल शोषक तयार करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते. अॅल्युमिनियम क्लोराईड, अमोनियम कार्बोनेट आणि ग्लुकोज कच्चा माल १: १.५: १.५ च्या मोलर रेशोमध्ये मिसळला जातो आणि MA हे एका नवीन घन-अवस्थेतील यांत्रिक रासायनिक अभिक्रियेद्वारे संश्लेषित केले जाते. थर्मल बॅटरी उपकरणांमध्ये १३१I केंद्रित करून, १३१I चे एकूण उत्पादन ९०% होते आणि प्राप्त १३१I[NaI] द्रावणात उच्च किरणोत्सर्गी सांद्रता (१.७TBq/mL) असते, त्यामुळे थायरॉईड कर्करोगाच्या उपचारांसाठी मोठ्या डोस १३१I[NaI] कॅप्सूलचा वापर लक्षात येतो.

थोडक्यात, भविष्यात, बहु-स्तरीय क्रमबद्ध छिद्र संरचना तयार करण्यासाठी, सामग्रीची रचना, आकारविज्ञान आणि पृष्ठभागाच्या रासायनिक गुणधर्मांना प्रभावीपणे समायोजित करण्यासाठी आणि मोठे पृष्ठभाग क्षेत्र आणि क्रमबद्ध वर्महोल एमए निर्माण करण्यासाठी लहान आण्विक टेम्पलेट्स देखील विकसित केले जाऊ शकतात. स्वस्त टेम्पलेट्स आणि अॅल्युमिनियम स्रोत एक्सप्लोर करा, संश्लेषण प्रक्रिया ऑप्टिमाइझ करा, संश्लेषण यंत्रणा स्पष्ट करा आणि प्रक्रियेचे मार्गदर्शन करा.

२ एमए ची सुधारणा पद्धत

एमए कॅरियरवर सक्रिय घटकांचे एकसमान वितरण करण्याच्या पद्धतींमध्ये गर्भाधान, इन-सीटू सिंथेसिस, अवक्षेपण, आयन एक्सचेंज, यांत्रिक मिश्रण आणि वितळणे यांचा समावेश आहे, ज्यापैकी पहिले दोन सर्वात जास्त वापरले जातात.

२.१ इन-सिटू संश्लेषण पद्धत

MA तयार करण्याच्या प्रक्रियेत फंक्शनल मॉडिफिकेशनमध्ये वापरले जाणारे गट जोडले जातात जेणेकरून मटेरियलच्या सांगाड्याच्या रचनेत बदल आणि स्थिरता येईल आणि उत्प्रेरक कामगिरी सुधारेल. ही प्रक्रिया आकृती २ मध्ये दाखवली आहे. लिऊ आणि इतरांनी P123 टेम्पलेट म्हणून वापरून Ni/Mo-Al2O3in situ चे संश्लेषण केले. Ni आणि Mo दोन्ही MA च्या मेसोपोरस स्ट्रक्चरचा नाश न करता क्रमबद्ध MA चॅनेलमध्ये विखुरले गेले आणि उत्प्रेरक कामगिरी स्पष्टपणे सुधारली. γ-Al2O3 च्या तुलनेत, संश्लेषित गॅमा-al2o3 सब्सट्रेटवर इन-सीटू ग्रोथ पद्धत स्वीकारल्याने, MnO2-Al2O3 मध्ये BET विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि छिद्रांचे प्रमाण मोठे आहे आणि अरुंद छिद्र आकार वितरणासह बायमोडल मेसोपोरस स्ट्रक्चर आहे. MnO2-Al2O3 मध्ये F- साठी जलद शोषण दर आणि उच्च कार्यक्षमता आहे, आणि विस्तृत pH अनुप्रयोग श्रेणी (pH=4~10) आहे, जी व्यावहारिक औद्योगिक अनुप्रयोग परिस्थितीसाठी योग्य आहे. MnO2-Al2O3 ची पुनर्वापर कार्यक्षमता γ-Al2O पेक्षा चांगली आहे. संरचनात्मक स्थिरता अधिक ऑप्टिमाइझ करणे आवश्यक आहे. थोडक्यात, इन-सीटू संश्लेषणाद्वारे मिळवलेल्या MA सुधारित पदार्थांमध्ये चांगली संरचनात्मक व्यवस्था, गट आणि अॅल्युमिना वाहकांमधील मजबूत परस्परसंवाद, घट्ट संयोजन, मोठ्या प्रमाणात सामग्रीचा भार असतो आणि उत्प्रेरक प्रतिक्रिया प्रक्रियेत सक्रिय घटकांचे शेडिंग करणे सोपे नसते आणि उत्प्रेरक कामगिरी लक्षणीयरीत्या सुधारली आहे.

आकृती २ इन-सिटू संश्लेषणाद्वारे कार्यात्मक एमएची तयारी

२.२ गर्भाधान पद्धत

तयार केलेल्या MA ला सुधारित गटात बुडवणे आणि उपचारानंतर सुधारित MA मटेरियल मिळवणे, जेणेकरून उत्प्रेरक, शोषण आणि तत्सम परिणाम लक्षात येतील. कै आणि इतरांनी सोल-जेल पद्धतीने P123 पासून MA तयार केले आणि ते इथेनॉल आणि टेट्राइथिलीनपेंटामाइन द्रावणात भिजवून मजबूत शोषण कार्यक्षमतेसह अमीनो सुधारित MA मटेरियल मिळवले. याव्यतिरिक्त, बेल्कासेमी आणि इतरांनी ऑर्डर केलेले झिंक डोपेड सुधारित MA मटेरियल मिळवण्यासाठी त्याच प्रक्रियेद्वारे ZnCl2 सोल्युशनमध्ये बुडवले. विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि छिद्रांचे प्रमाण अनुक्रमे 394m2/g आणि 0.55 cm3/g आहे. इन-सिटू संश्लेषण पद्धतीच्या तुलनेत, गर्भाधान पद्धतीमध्ये चांगले घटक फैलाव, स्थिर मेसोपोरस रचना आणि चांगले शोषण कार्यप्रदर्शन आहे, परंतु सक्रिय घटक आणि अॅल्युमिना वाहक यांच्यातील परस्परसंवाद शक्ती कमकुवत आहे आणि उत्प्रेरक क्रियाकलाप बाह्य घटकांद्वारे सहजपणे व्यत्यय आणला जातो.

३ कार्यात्मक प्रगती

विशेष गुणधर्मांसह दुर्मिळ पृथ्वी एमएचे संश्लेषण हा भविष्यातील विकासाचा ट्रेंड आहे. सध्या, अनेक संश्लेषण पद्धती आहेत. प्रक्रिया पॅरामीटर्स एमएच्या कामगिरीवर परिणाम करतात. एमएचे विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्रफळ, छिद्रांचे प्रमाण आणि छिद्र व्यास टेम्पलेट प्रकार आणि अॅल्युमिनियम पूर्वसूचक रचना द्वारे समायोजित केले जाऊ शकतात. कॅल्सीनेशन तापमान आणि पॉलिमर टेम्पलेट एकाग्रता एमएच्या विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि छिद्रांच्या आकारमानावर परिणाम करते. सुझुकी आणि यामाउची यांना आढळले की कॅल्सीनेशन तापमान 500℃ वरून 900℃ पर्यंत वाढवले ​​गेले आहे. छिद्र वाढवता येते आणि पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ कमी करता येते. याव्यतिरिक्त, दुर्मिळ पृथ्वी सुधारणा उपचार उत्प्रेरक प्रक्रियेत एमए सामग्रीची क्रियाकलाप, पृष्ठभागाची थर्मल स्थिरता, संरचनात्मक स्थिरता आणि पृष्ठभागाची आम्लता सुधारते आणि एमए कार्यात्मकीकरणाच्या विकासाची पूर्तता करते.

३.१ डिफ्लुओरिनेशन शोषक

चीनमधील पिण्याच्या पाण्यात फ्लोरिनचे प्रमाण गंभीरपणे हानिकारक आहे. याव्यतिरिक्त, औद्योगिक झिंक सल्फेट द्रावणात फ्लोरिनचे प्रमाण वाढल्याने इलेक्ट्रोड प्लेटचे गंज वाढेल, कामाचे वातावरण बिघडेल, इलेक्ट्रिक झिंकची गुणवत्ता कमी होईल आणि फ्लुइडाइज्ड बेड फर्नेस रोस्टिंग फ्लू गॅसच्या अ‍ॅसिड मेकिंग सिस्टम आणि इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रियेत पुनर्नवीनीकरण केलेल्या पाण्याचे प्रमाण कमी होईल. सध्या, ओल्या डीफ्लोरिनेशनच्या सामान्य पद्धतींमध्ये शोषण पद्धत सर्वात आकर्षक आहे. तथापि, काही कमतरता आहेत, जसे की खराब शोषण क्षमता, उपलब्ध पीएच श्रेणी अरुंद, दुय्यम प्रदूषण इ. पाण्याचे डिफ्लोरिनेशन करण्यासाठी सक्रिय कार्बन, अमोर्फस अॅल्युमिना, सक्रिय अॅल्युमिना आणि इतर शोषकांचा वापर केला गेला आहे, परंतु शोषकांची किंमत जास्त आहे आणि तटस्थ द्रावणात किंवा उच्च सांद्रतेमध्ये F- ची शोषण क्षमता कमी आहे. सक्रिय अॅल्युमिना फ्लोराइड काढून टाकण्यासाठी सर्वात जास्त अभ्यासलेला शोषक बनला आहे कारण तटस्थ pH मूल्यावर फ्लोराइडशी त्याची उच्च आत्मीयता आणि निवडकता आहे, परंतु फ्लोराइडच्या खराब शोषण क्षमतेमुळे ते मर्यादित आहे आणि केवळ pH<6 वरच त्याची चांगली फ्लोराइड शोषण कार्यक्षमता असू शकते. MA ने त्याच्या मोठ्या विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ, अद्वितीय छिद्र आकार प्रभाव, आम्ल-बेस कामगिरी, थर्मल आणि यांत्रिक स्थिरता यामुळे पर्यावरणीय प्रदूषण नियंत्रणात व्यापक लक्ष वेधले आहे. कुंडू आणि इतरांनी 62.5 mg/g च्या कमाल फ्लोरिन शोषण क्षमतेसह MA तयार केले. MA ची फ्लोरिन शोषण क्षमता त्याच्या संरचनात्मक वैशिष्ट्यांमुळे, जसे की विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र, पृष्ठभागाचे कार्यात्मक गट, छिद्र आकार आणि एकूण छिद्र आकाराने मोठ्या प्रमाणात प्रभावित होते. MA ची रचना आणि कामगिरी समायोजित करणे ही त्याची शोषण कार्यक्षमता सुधारण्याचा एक महत्त्वाचा मार्ग आहे.

La च्या कठीण आम्लामुळे आणि फ्लोरिनच्या कठीण मूलभूततेमुळे, La आणि फ्लोरिन आयनांमध्ये एक मजबूत आत्मीयता आहे. अलिकडच्या वर्षांत, काही अभ्यासांमध्ये असे आढळून आले आहे की La हे मॉडिफायर म्हणून फ्लोराइडची शोषण क्षमता सुधारू शकते. तथापि, दुर्मिळ पृथ्वी शोषकांच्या कमी संरचनात्मक स्थिरतेमुळे, अधिक दुर्मिळ पृथ्वी द्रावणात सोडल्या जातात, ज्यामुळे दुय्यम जल प्रदूषण होते आणि मानवी आरोग्यास हानी पोहोचते. दुसरीकडे, पाण्याच्या वातावरणात अॅल्युमिनियमचे उच्च प्रमाण मानवी आरोग्यासाठी विषांपैकी एक आहे. म्हणून, फ्लोरिन काढून टाकण्याच्या प्रक्रियेत चांगल्या स्थिरतेसह आणि इतर घटकांचे लीचिंग किंवा कमी लीचिंग नसलेले एक प्रकारचे संमिश्र शोषक तयार करणे आवश्यक आहे. La आणि Ce द्वारे सुधारित MA हे गर्भाधान पद्धतीने (La/MA आणि Ce/MA) तयार केले गेले. एमए पृष्ठभागावर पहिल्यांदाच दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड यशस्वीरित्या लोड करण्यात आले, ज्याची कार्यक्षमता जास्त होती. फ्लोरिन काढून टाकण्याची मुख्य यंत्रणा म्हणजे इलेक्ट्रोस्टॅटिक शोषण आणि रासायनिक शोषण, पृष्ठभागावरील सकारात्मक चार्जचे इलेक्ट्रॉन आकर्षण आणि लिगँड एक्सचेंज रिअॅक्शन पृष्ठभागाच्या हायड्रॉक्सिलसह एकत्रित होते, शोषक पृष्ठभागावरील हायड्रॉक्सिल फंक्शनल ग्रुप F- सह हायड्रोजन बंध निर्माण करतो, La आणि Ce च्या सुधारणेमुळे फ्लोरिनची शोषण क्षमता सुधारते, La/MA मध्ये अधिक हायड्रॉक्सिल शोषण साइट असतात आणि F ची शोषण क्षमता La/MA>Ce/MA>MA च्या क्रमाने असते. सुरुवातीच्या एकाग्रतेत वाढ झाल्याने, फ्लोरिनची शोषण क्षमता वाढते. pH 5~9 असताना शोषण प्रभाव सर्वोत्तम असतो आणि फ्लोरिनची शोषण प्रक्रिया लँगमुइर समऔष्णिक शोषण मॉडेलशी जुळते. याव्यतिरिक्त, अॅल्युमिनातील सल्फेट आयनची अशुद्धता देखील नमुन्यांच्या गुणवत्तेवर लक्षणीय परिणाम करू शकते. जरी दुर्मिळ पृथ्वी सुधारित अॅल्युमिनावर संबंधित संशोधन केले गेले असले तरी, बहुतेक संशोधन शोषक प्रक्रियेवर केंद्रित आहे, ज्याचा औद्योगिक वापर करणे कठीण आहे. भविष्यात, आपण झिंक सल्फेट द्रावणातील फ्लोरिन कॉम्प्लेक्सच्या पृथक्करण यंत्रणेचा आणि फ्लोरिन आयनांच्या स्थलांतर वैशिष्ट्यांचा अभ्यास करू शकतो, झिंक हायड्रोमेटेलर्जी सिस्टममध्ये झिंक सल्फेट द्रावणाचे डिफ्लोरिनेशन करण्यासाठी कार्यक्षम, कमी किमतीचे आणि नूतनीकरणयोग्य फ्लोरिन आयन शोषक मिळवू शकतो आणि दुर्मिळ पृथ्वी एमए नॅनो शोषकांवर आधारित उच्च फ्लोरिन द्रावणावर उपचार करण्यासाठी प्रक्रिया नियंत्रण मॉडेल स्थापित करू शकतो.

३.२ उत्प्रेरक

३.२.१ मिथेनचे कोरडे सुधारणा

दुर्मिळ पृथ्वी सच्छिद्र पदार्थांची आम्लता (मूलभूतता) समायोजित करू शकते, ऑक्सिजन रिक्तता वाढवू शकते आणि एकसमान फैलाव, नॅनोमीटर स्केल आणि स्थिरतेसह उत्प्रेरकांचे संश्लेषण करू शकते. CO2 चे मिथेनेशन उत्प्रेरक करण्यासाठी बहुतेकदा नोबल धातू आणि संक्रमण धातूंना समर्थन देण्यासाठी याचा वापर केला जातो. सध्या, दुर्मिळ पृथ्वी सुधारित मेसोपोरस पदार्थ मिथेन ड्राय रिफॉर्मिंग (MDR), VOC चे फोटोकॅटॅलिटिक डिग्रेडेशन आणि टेल गॅस शुद्धीकरणाकडे विकसित होत आहेत. नोबल धातू (जसे की Pd, Ru, Rh, इ.) आणि इतर संक्रमण धातू (जसे की Co, Fe, इ.) च्या तुलनेत, Ni/Al2O3 उत्प्रेरक त्याच्या उच्च उत्प्रेरक क्रियाकलाप आणि निवडकता, उच्च स्थिरता आणि मिथेनसाठी कमी किमतीसाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. तथापि, Ni/Al2O3 च्या पृष्ठभागावर Ni नॅनोपार्टिकल्सचे सिंटरिंग आणि कार्बन जमा होणे उत्प्रेरकाचे जलद निष्क्रियीकरण करते. म्हणून, उत्प्रेरक क्रियाकलाप, स्थिरता आणि जळजळीचा प्रतिकार सुधारण्यासाठी प्रवेगक जोडणे, उत्प्रेरक वाहक सुधारणे आणि तयारी मार्ग सुधारणे आवश्यक आहे. सर्वसाधारणपणे, दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड्सचा वापर विषम उत्प्रेरकांमध्ये स्ट्रक्चरल आणि इलेक्ट्रॉनिक प्रवर्तक म्हणून केला जाऊ शकतो आणि CeO2 मजबूत धातू समर्थन परस्परसंवादाद्वारे Ni चे फैलाव सुधारते आणि धातू Ni चे गुणधर्म बदलते.

धातूंचे विखुरणे वाढविण्यासाठी आणि सक्रिय धातूंचे संचय रोखण्यासाठी MA चा मोठ्या प्रमाणात वापर केला जातो. उच्च ऑक्सिजन साठवण क्षमता असलेले La2O3 रूपांतरण प्रक्रियेत कार्बन प्रतिरोध वाढवते आणि La2O3 मेसोपोरस अॅल्युमिनावर Co चे विखुरणे वाढवते, ज्यामध्ये उच्च सुधारणा क्रियाकलाप आणि लवचिकता असते. La2O3 प्रवर्तक Co/MA उत्प्रेरकाची MDR क्रियाकलाप वाढवते आणि Co3O4 आणि CoAl2O4 फेज उत्प्रेरक पृष्ठभागावर तयार होतात. तथापि, अत्यंत विखुरलेल्या La2O3 मध्ये 8nm~10nm चे लहान कण असतात. MDR प्रक्रियेत, La2O3 आणि CO2 मधील इन-सिटू परस्परसंवादामुळे La2O2CO3mesophase तयार होतो, ज्यामुळे उत्प्रेरक पृष्ठभागावर CxHy चे प्रभावी उच्चाटन होते. La2O3 उच्च इलेक्ट्रॉन घनता प्रदान करून आणि 10% Co/MA मध्ये ऑक्सिजन रिक्तता वाढवून हायड्रोजन कमी करण्यास प्रोत्साहन देते. La2O3 ची भर CH4 वापराची स्पष्ट सक्रियता ऊर्जा कमी करते. म्हणून, CH4 चा रूपांतरण दर 1073K K वर 93.7% पर्यंत वाढला. La2O3 च्या जोडणीमुळे उत्प्रेरक क्रियाकलाप सुधारला, H2 कमी करण्यास प्रोत्साहन मिळाले, Co0 सक्रिय स्थळांची संख्या वाढली, कमी जमा झालेले कार्बन तयार झाले आणि ऑक्सिजन रिक्तता 73.3% पर्यंत वाढली.

Li Xiaofeng मध्ये समान आकारमानाच्या गर्भाधान पद्धतीद्वारे Ni/Al2O3 उत्प्रेरकावर Ce आणि Pr ला आधार देण्यात आला. Ce आणि Pr जोडल्यानंतर, H2 ची निवडकता वाढली आणि CO ची निवडकता कमी झाली. Pr ने सुधारित केलेल्या MDR मध्ये उत्कृष्ट उत्प्रेरक क्षमता होती आणि H2 ची निवडकता 64.5% वरून 75.6% पर्यंत वाढली, तर CO ची निवडकता 31.4% वरून कमी झाली. पेंग शुजिंग आणि इतरांनी सोल-जेल पद्धतीचा वापर केला, Ce-सुधारित MA अॅल्युमिनियम आयसोप्रोपॉक्साइड, आयसोप्रोपॅनॉल सॉल्व्हेंट आणि सेरियम नायट्रेट हेक्साहायड्रेटसह तयार केले गेले. उत्पादनाचे विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र थोडे वाढले. Ce जोडल्याने MA पृष्ठभागावरील रॉड-सारख्या नॅनोपार्टिकल्सचे एकत्रीकरण कमी झाले. γ- Al2O3 च्या पृष्ठभागावरील काही हायड्रॉक्सिल गट मुळात Ce संयुगांनी व्यापलेले होते. MA ची थर्मल स्थिरता सुधारली गेली आणि 1000℃ वर 10 तास कॅल्सीनेशन केल्यानंतर कोणतेही क्रिस्टल फेज ट्रान्सफॉर्मेशन झाले नाही. वांग बाओवेई आणि इतरांनी सह-अवक्षेपण पद्धतीने MA मटेरियल CeO2-Al2O4 तयार केले. घन लहान धान्यांसह CeO2 अॅल्युमिनामध्ये एकसमानपणे विखुरले गेले. CeO2-Al2O4 वर Co आणि Mo ला समर्थन दिल्यानंतर, अॅल्युमिना आणि सक्रिय घटक Co आणि Mo मधील परस्परसंवाद CEO2 द्वारे प्रभावीपणे रोखला गेला.

दुर्मिळ पृथ्वी प्रवर्तक (La, Ce, y आणि Sm) हे MDR साठी Co/MA उत्प्रेरकासोबत एकत्रित केले जातात आणि ही प्रक्रिया आकृती 3 मध्ये दाखवली आहे. दुर्मिळ पृथ्वी प्रवर्तक MA वाहकावरील Co चे फैलाव सुधारू शकतात आणि सह कणांचे संचय रोखू शकतात. कणांचा आकार जितका लहान असेल तितका Co-MA परस्परसंवाद अधिक मजबूत असेल, YCo/MA उत्प्रेरकामध्ये उत्प्रेरक आणि सिंटरिंग क्षमता अधिक मजबूत असेल आणि MDR क्रियाकलाप आणि कार्बन जमा करण्यावर अनेक प्रवर्तकांचे सकारात्मक परिणाम होतील. आकृती 4 हा 1023K वर MDR उपचारानंतर HRTEM iMAge आहे, Co2: ch4: N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3.1 8 तासांसाठी. Co कण काळ्या डागांच्या स्वरूपात अस्तित्वात असतात, तर MA वाहक राखाडी स्वरूपात अस्तित्वात असतात, जे इलेक्ट्रॉन घनतेच्या फरकावर अवलंबून असते. १०%Co/MA (आकृती ४b) असलेल्या HRTEM प्रतिमेत, ma वाहकांवर Co धातूच्या कणांचे संचय दिसून येते. दुर्मिळ पृथ्वी प्रवर्तकाची भर घालल्याने Co कण ११.०nm~१२.५nm पर्यंत कमी होतात. YCo/MA मध्ये मजबूत Co-MA परस्परसंवाद आहे आणि त्याची सिंटरिंग कार्यक्षमता इतर उत्प्रेरकांपेक्षा चांगली आहे. याव्यतिरिक्त, आकृती ४b ते ४f मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, उत्प्रेरकांवर पोकळ कार्बन नॅनोवायर (CNF) तयार होतात, जे वायू प्रवाहाच्या संपर्कात राहतात आणि उत्प्रेरकाला निष्क्रिय होण्यापासून रोखतात.

आकृती ३: दुर्मिळ पृथ्वीच्या व्यतिरिक्त, Co/MA उत्प्रेरकाच्या भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांवर आणि MDR उत्प्रेरक कामगिरीवर परिणाम.

३.२.२ डीऑक्सिडेशन उत्प्रेरक

Fe2O3/Meso-CeAl, एक Ce-डोपेड Fe-आधारित डीऑक्सिडेशन उत्प्रेरक, 1- ब्युटीनच्या ऑक्सिडेटिव्ह डिहायड्रोजनेशनद्वारे CO2 सह सॉफ्ट ऑक्सिडंट म्हणून तयार केला गेला आणि 1,3- ब्युटाडीन (BD) च्या संश्लेषणात वापरला गेला. Ce अॅल्युमिना मॅट्रिक्समध्ये अत्यंत विखुरलेले होते आणि Fe2O3/meso अत्यंत विखुरलेले होते Fe2O3/Meso-CeAl-100 उत्प्रेरकामध्ये केवळ अत्यंत विखुरलेले लोह प्रजाती आणि चांगले संरचनात्मक गुणधर्म नाहीत तर त्यात चांगली ऑक्सिजन साठवण क्षमता देखील आहे, म्हणून त्यात CO2 ची चांगली शोषण आणि सक्रियता क्षमता आहे. आकृती 5 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, TEM प्रतिमा दर्शवितात की Fe2O3/Meso-CeAl-100 नियमित आहे हे दर्शविते की MesoCeAl-100 ची जंत-सारखी चॅनेल रचना सैल आणि सच्छिद्र आहे, जी सक्रिय घटकांच्या विखुरण्यासाठी फायदेशीर आहे, तर अत्यंत विखुरलेले Ce अॅल्युमिना मॅट्रिक्समध्ये यशस्वीरित्या डोप केले जाते. मोटार वाहनांच्या अति-कमी उत्सर्जन मानकांची पूर्तता करणाऱ्या या उत्कृष्ट धातूच्या उत्प्रेरक कोटिंग मटेरियलमध्ये छिद्र रचना, चांगली जलथर्मल स्थिरता आणि मोठी ऑक्सिजन साठवण क्षमता विकसित झाली आहे.

३.२.३ वाहनांसाठी उत्प्रेरक

ऑटोमोटिव्ह कॅटॅलिस्ट कोटिंग मटेरियल मिळविण्यासाठी Pd-Rh ने क्वाटरनरी अॅल्युमिनियम-आधारित रेअर अर्थ कॉम्प्लेक्स AlCeZrTiOx आणि AlLaZrTiOx ला समर्थन दिले. मेसोपोरस अॅल्युमिनियम-आधारित रेअर अर्थ कॉम्प्लेक्स Pd-Rh/ALC चा वापर चांगल्या टिकाऊपणासह CNG वाहन एक्झॉस्ट शुद्धीकरण उत्प्रेरक म्हणून यशस्वीरित्या केला जाऊ शकतो आणि CNG वाहन एक्झॉस्ट गॅसचा मुख्य घटक CH4 ची रूपांतरण कार्यक्षमता 97.8% इतकी जास्त आहे. स्वयं-असेंबली साकार करण्यासाठी त्या दुर्मिळ पृथ्वी एमए कंपोझिट मटेरियलची तयारी करण्यासाठी हायड्रोथर्मल एक-चरण पद्धत स्वीकारा, मेटास्टेबल स्थिती आणि उच्च एकत्रीकरणासह ऑर्डर केलेले मेसोपोरस प्रिकर्सर्स संश्लेषित केले गेले आणि RE-Al चे संश्लेषण "कंपाउंड ग्रोथ युनिट" च्या मॉडेलशी सुसंगत झाले, अशा प्रकारे ऑटोमोबाईल एक्झॉस्ट पोस्ट-माउंटेड थ्री-वे कॅटॅलिटिक कन्व्हर्टरचे शुद्धीकरण साकार झाले.

Fig. 4 ma(a), Co/ MA(b), LaCo/MA(c), CeCo/MA(d), YCo/MA(e) आणि SmCo/MA(f) च्या HRTEM प्रतिमा

आकृती ५: Fe2O3/Meso-CeAl-100 ची TEM प्रतिमा (A) आणि EDS घटक आकृती (b,c)

३.३ चमकदार कामगिरी

दुर्मिळ पृथ्वी घटकांचे इलेक्ट्रॉन वेगवेगळ्या ऊर्जा पातळींमध्ये संक्रमण करण्यासाठी आणि प्रकाश उत्सर्जित करण्यासाठी सहजपणे उत्साहित होतात. दुर्मिळ पृथ्वी आयन बहुतेकदा ल्युमिनेसेंट पदार्थ तयार करण्यासाठी सक्रियक म्हणून वापरले जातात. दुर्मिळ पृथ्वी आयन अॅल्युमिनियम फॉस्फेट पोकळ सूक्ष्मस्फियरच्या पृष्ठभागावर कोप्रिसिपिटेशन पद्धत आणि आयन एक्सचेंज पद्धतीने लोड केले जाऊ शकतात आणि ल्युमिनेसेंट पदार्थ AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd) तयार केले जाऊ शकतात. ल्युमिनेसेंट तरंगलांबी जवळच्या अल्ट्राव्हायोलेट प्रदेशात असते. MA त्याच्या जडत्व, कमी डायलेक्ट्रिक स्थिरांक आणि कमी चालकतेमुळे पातळ फिल्ममध्ये बनते, ज्यामुळे ते विद्युत आणि ऑप्टिकल उपकरणे, पातळ फिल्म, अडथळे, सेन्सर इत्यादींना लागू होते. ते प्रतिसाद एक-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल्स, ऊर्जा निर्मिती आणि प्रतिबिंब-विरोधी कोटिंग्ज संवेदनासाठी देखील वापरले जाऊ शकते. ही उपकरणे निश्चित ऑप्टिकल मार्ग लांबीसह स्टॅक केलेले फिल्म आहेत, म्हणून अपवर्तक निर्देशांक आणि जाडी नियंत्रित करणे आवश्यक आहे. सध्या, उच्च अपवर्तक निर्देशांक असलेले टायटॅनियम डायऑक्साइड आणि झिरकोनियम ऑक्साईड आणि कमी अपवर्तक निर्देशांक असलेले सिलिकॉन डायऑक्साइड बहुतेकदा अशा उपकरणांची रचना आणि निर्मिती करण्यासाठी वापरले जातात. वेगवेगळ्या पृष्ठभागावरील रासायनिक गुणधर्म असलेल्या पदार्थांची उपलब्धता श्रेणी वाढवली आहे, ज्यामुळे प्रगत फोटॉन सेन्सर डिझाइन करणे शक्य होते. ऑप्टिकल उपकरणांच्या डिझाइनमध्ये एमए आणि ऑक्सिहायड्रॉक्साइड फिल्म्सचा परिचय मोठ्या क्षमतेचे दर्शवितो कारण अपवर्तक निर्देशांक सिलिकॉन डायऑक्साइड सारखाच असतो. परंतु रासायनिक गुणधर्म वेगळे आहेत.

३.४ थर्मल स्थिरता

तापमान वाढल्याने, सिंटरिंगमुळे MA उत्प्रेरकाच्या वापराच्या परिणामावर गंभीर परिणाम होतो आणि विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ कमी होते आणि γ-Al2O3in क्रिस्टलीय फेज δ आणि θ ते χ फेजमध्ये रूपांतरित होते. दुर्मिळ पृथ्वीच्या पदार्थांमध्ये चांगली रासायनिक स्थिरता आणि थर्मल स्थिरता, उच्च अनुकूलता आणि सहज उपलब्ध आणि स्वस्त कच्चा माल असतो. दुर्मिळ पृथ्वी घटकांचा समावेश केल्याने थर्मल स्थिरता, उच्च तापमान ऑक्सिडेशन प्रतिरोध आणि वाहकाचे यांत्रिक गुणधर्म सुधारू शकतात आणि वाहकाच्या पृष्ठभागाची आम्लता समायोजित करू शकतात. La आणि Ce हे सर्वात सामान्यपणे वापरले जाणारे आणि अभ्यासलेले सुधार घटक आहेत. लू वेइगुआंग आणि इतरांना आढळले की दुर्मिळ पृथ्वी घटकांच्या समावेशामुळे अॅल्युमिना कणांचे मोठ्या प्रमाणात प्रसार प्रभावीपणे रोखले गेले, La आणि Ce ने अॅल्युमिनाच्या पृष्ठभागावरील हायड्रॉक्सिल गटांचे संरक्षण केले, सिंटरिंग आणि फेज ट्रान्सफॉर्मेशन रोखले आणि उच्च तापमानाचे मेसोपोरस स्ट्रक्चरला होणारे नुकसान कमी केले. तयार केलेल्या अॅल्युमिनामध्ये अजूनही उच्च विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्रफळ आणि छिद्रांचे प्रमाण आहे. तथापि, खूप जास्त किंवा खूप कमी दुर्मिळ पृथ्वी घटक अॅल्युमिनाची थर्मल स्थिरता कमी करेल. ली यानकिउ आणि इतर. γ-Al2O3 मध्ये 5% La2O3 जोडले, ज्यामुळे थर्मल स्थिरता सुधारली आणि अॅल्युमिना वाहकाचे छिद्रांचे प्रमाण आणि विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढले. आकृती 6 वरून पाहता येते की, γ-Al2O3 मध्ये La2O3 जोडले गेले, दुर्मिळ पृथ्वी संमिश्र वाहकाची थर्मल स्थिरता सुधारली.

नॅनो-फायबरस कणांचे ला ते एमए पर्यंत डोपिंग करण्याच्या प्रक्रियेत, उष्णता उपचार तापमान वाढल्यावर MA-La चे BET पृष्ठभाग क्षेत्रफळ आणि छिद्रांचे प्रमाण MA पेक्षा जास्त असते आणि La सह डोपिंगचा उच्च तापमानात सिंटरिंगवर स्पष्टपणे मंदावणारा प्रभाव पडतो. आकृती ७ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, तापमान वाढल्याने, La धान्याच्या वाढीची आणि टप्प्यातील परिवर्तनाची प्रतिक्रिया रोखते, तर आकृती ७a आणि ७c नॅनो-फायबरस कणांचे संचय दर्शवितात. आकृती ७b मध्ये, १२००℃ वर कॅल्सीनेशनद्वारे उत्पादित मोठ्या कणांचा व्यास सुमारे १००nm आहे. हे MA चे महत्त्वपूर्ण सिंटरिंग दर्शवते. याव्यतिरिक्त, MA-१२०० च्या तुलनेत, MA-ला-१२०० उष्णता उपचारानंतर एकत्रित होत नाही. ला जोडल्याने, नॅनो-फायबर कणांमध्ये चांगली सिंटरिंग क्षमता असते. उच्च कॅल्सीनेशन तापमानातही, डोपेड ला अजूनही MA पृष्ठभागावर खूप विखुरलेले असते. C3H8 ऑक्सिडेशन अभिक्रियेत Pd उत्प्रेरकाचा वाहक म्हणून La सुधारित MA वापरले जाऊ शकते.

आकृती ६ दुर्मिळ पृथ्वी घटकांसह आणि त्याशिवाय सिंटरिंग अॅल्युमिनाचे स्ट्रक्चर मॉडेल

अंजीर. 7 MA-400 (a), MA-1200(b), MA-La-400(c) आणि MA-La-1200(d) च्या TEM प्रतिमा

४ निष्कर्ष

दुर्मिळ पृथ्वी सुधारित एमए मटेरियलच्या तयारी आणि कार्यात्मक वापराची प्रगती सादर केली आहे. दुर्मिळ पृथ्वी सुधारित एमएचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. उत्प्रेरक अनुप्रयोग, थर्मल स्थिरता आणि शोषण यामध्ये बरेच संशोधन केले गेले असले तरी, अनेक मटेरियलची किंमत जास्त आहे, डोपिंगचे प्रमाण कमी आहे, त्यांची ऑर्डर खराब आहे आणि त्यांचे औद्योगिकीकरण करणे कठीण आहे. भविष्यात खालील काम करणे आवश्यक आहे: दुर्मिळ पृथ्वी सुधारित एमएची रचना आणि रचना ऑप्टिमाइझ करा, योग्य प्रक्रिया निवडा, कार्यात्मक विकास पूर्ण करा; खर्च कमी करण्यासाठी आणि औद्योगिक उत्पादन साध्य करण्यासाठी कार्यात्मक प्रक्रियेवर आधारित प्रक्रिया नियंत्रण मॉडेल स्थापित करा; चीनच्या दुर्मिळ पृथ्वी संसाधनांचे फायदे जास्तीत जास्त करण्यासाठी, आपण दुर्मिळ पृथ्वी एमए मॉडिफिकेशनची यंत्रणा एक्सप्लोर केली पाहिजे, दुर्मिळ पृथ्वी सुधारित एमए तयार करण्याचा सिद्धांत आणि प्रक्रिया सुधारली पाहिजे.

निधी प्रकल्प: शानक्सी विज्ञान आणि तंत्रज्ञान एकूण नवोपक्रम प्रकल्प (२०११KTDZ०१-०४-०१); शानक्सी प्रांत २०१९ विशेष वैज्ञानिक संशोधन प्रकल्प (१९JK०४९०); २०२० विशेष वैज्ञानिक संशोधन प्रकल्प हुआकिंग कॉलेज, शी 'आन युनिव्हर्सिटी ऑफ आर्किटेक्चर अँड टेक्नॉलॉजी (२०KY०२)

स्रोत: दुर्मिळ पृथ्वी