દુર્લભ પૃથ્વી સંશોધિત મેસોપોરસ એલ્યુમિનાનો ઉપયોગ પ્રગતિ

બિન-સિલિસિયસ ઓક્સાઇડમાં, એલ્યુમિનામાં સારા યાંત્રિક ગુણધર્મો, ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિકાર અને કાટ પ્રતિકાર હોય છે, જ્યારે મેસોપોરસ એલ્યુમિના (MA) માં એડજસ્ટેબલ છિદ્ર કદ, વિશાળ ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર, મોટા છિદ્ર વોલ્યુમ અને ઓછી ઉત્પાદન કિંમત હોય છે, જેનો ઉપયોગ ઉત્પ્રેરક, નિયંત્રિત દવા પ્રકાશન, શોષણ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે થાય છે, જેમ કે ક્રેકીંગ, હાઇડ્રોક્રેકીંગ અને પેટ્રોલિયમ કાચા માલના હાઇડ્રોડેસલ્ફ્યુરાઇઝેશન. માઇક્રોપોરસ એલ્યુમિનાનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે ઉદ્યોગમાં થાય છે, પરંતુ તે એલ્યુમિનાની પ્રવૃત્તિ, ઉત્પ્રેરકની સેવા જીવન અને પસંદગીને સીધી અસર કરશે. ઉદાહરણ તરીકે, ઓટોમોબાઈલ એક્ઝોસ્ટ શુદ્ધિકરણની પ્રક્રિયામાં, એન્જિન ઓઇલ એડિટિવ્સમાંથી જમા થયેલા પ્રદૂષકો કોક બનાવશે, જે ઉત્પ્રેરક છિદ્રોના અવરોધ તરફ દોરી જશે, આમ ઉત્પ્રેરકની પ્રવૃત્તિમાં ઘટાડો કરશે. સર્ફેક્ટન્ટનો ઉપયોગ એલ્યુમિના વાહકની રચનાને MA બનાવવા માટે ગોઠવવા માટે કરી શકાય છે. તેના ઉત્પ્રેરક પ્રદર્શનમાં સુધારો.

MA માં અવરોધ અસર હોય છે, અને ઉચ્ચ-તાપમાન કેલ્સિનેશન પછી સક્રિય ધાતુઓ નિષ્ક્રિય થઈ જાય છે. વધુમાં, ઉચ્ચ-તાપમાન કેલ્સિનેશન પછી, મેસોપોરસ માળખું તૂટી જાય છે, MA હાડપિંજર આકારહીન સ્થિતિમાં હોય છે, અને સપાટીની એસિડિટી કાર્યાત્મકતાના ક્ષેત્રમાં તેની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકતી નથી. MA સામગ્રીની ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ, મેસોપોરસ માળખું સ્થિરતા, સપાટીની થર્મલ સ્થિરતા અને સપાટીની એસિડિટીને સુધારવા માટે ઘણીવાર ફેરફાર સારવારની જરૂર પડે છે. સામાન્ય ફેરફાર જૂથોમાં ધાતુના વિષમ પરમાણુઓ (Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Pt, Zr, વગેરે) અને ધાતુના ઓક્સાઇડ (TiO2, NiO, Co3O4, CuO, Cu2O, RE2O7, વગેરે)નો સમાવેશ થાય છે. MA ની સપાટી પર લોડ થયેલ અથવા હાડપિંજરમાં ડોપ થયેલ.

દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોના ખાસ ઇલેક્ટ્રોન રૂપરેખાંકનને કારણે તેના સંયોજનોમાં ખાસ ઓપ્ટિકલ, વિદ્યુત અને ચુંબકીય ગુણધર્મો હોય છે, અને તેનો ઉપયોગ ઉત્પ્રેરક પદાર્થો, ફોટોઇલેક્ટ્રિક પદાર્થો, શોષણ સામગ્રી અને ચુંબકીય પદાર્થોમાં થાય છે. દુર્લભ પૃથ્વી સંશોધિત મેસોપોરસ પદાર્થો એસિડ (ક્ષાર) ગુણધર્મને સમાયોજિત કરી શકે છે, ઓક્સિજન ખાલી જગ્યા વધારી શકે છે અને સમાન વિક્ષેપ અને સ્થિર નેનોમીટર સ્કેલ સાથે ધાતુ નેનોક્રિસ્ટલાઇન ઉત્પ્રેરકનું સંશ્લેષણ કરી શકે છે. યોગ્ય છિદ્રાળુ પદાર્થો અને દુર્લભ પૃથ્વી ધાતુ નેનોક્રિસ્ટલ્સના સપાટી વિક્ષેપ અને ઉત્પ્રેરકોની સ્થિરતા અને કાર્બન નિક્ષેપ પ્રતિકારને સુધારી શકે છે. આ પેપરમાં, ઉત્પ્રેરક કામગીરી, થર્મલ સ્થિરતા, ઓક્સિજન સંગ્રહ ક્ષમતા, ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર અને છિદ્ર રચનાને સુધારવા માટે MA ના દુર્લભ પૃથ્વી ફેરફાર અને કાર્યાત્મકકરણ રજૂ કરવામાં આવશે.

૧ એમએ ની તૈયારી

૧.૧ એલ્યુમિના વાહકની તૈયારી

એલ્યુમિના કેરિયરની તૈયારી પદ્ધતિ તેના છિદ્ર રચના વિતરણને નક્કી કરે છે, અને તેની સામાન્ય તૈયારી પદ્ધતિઓમાં સ્યુડો-બોહેમાઇટ (PB) ડિહાઇડ્રેશન પદ્ધતિ અને સોલ-જેલ પદ્ધતિનો સમાવેશ થાય છે. સ્યુડોબોહેમાઇટ (PB) સૌપ્રથમ કેલ્વેટ દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું, અને H+ એ γ-AlOOH કોલોઇડલ PB ધરાવતા ઇન્ટરલેયર પાણી મેળવવા માટે પેપ્ટાઇઝેશનને પ્રોત્સાહન આપ્યું હતું, જેને એલ્યુમિના બનાવવા માટે ઉચ્ચ તાપમાને કેલ્સાઈન અને ડિહાઇડ્રેટ કરવામાં આવ્યું હતું. વિવિધ કાચા માલ અનુસાર, તેને ઘણીવાર વરસાદ પદ્ધતિ, કાર્બોનાઇઝેશન પદ્ધતિ અને આલ્કોહોલ એલ્યુમિનિયમ હાઇડ્રોલિસિસ પદ્ધતિમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે. PB ની કોલોઇડલ દ્રાવ્યતા સ્ફટિકીયતાથી પ્રભાવિત થાય છે, અને તે સ્ફટિકીયતામાં વધારા સાથે ઑપ્ટિમાઇઝ થાય છે, અને ઓપરેટિંગ પ્રક્રિયા પરિમાણોથી પણ પ્રભાવિત થાય છે.

PB સામાન્ય રીતે વરસાદ પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવે છે. આલ્કલીને એલ્યુમિનેટ દ્રાવણમાં ઉમેરવામાં આવે છે અથવા એસિડને એલ્યુમિનેટ દ્રાવણમાં ઉમેરવામાં આવે છે અને હાઇડ્રેટેડ એલ્યુમિના (આલ્કલી વરસાદ) મેળવવા માટે અવક્ષેપિત કરવામાં આવે છે, અથવા એસિડને એલ્યુમિના મોનોહાઇડ્રેટ મેળવવા માટે એલ્યુમિનેટ અવક્ષેપમાં ઉમેરવામાં આવે છે, જેને પછી ધોવાઇ, સૂકવવામાં આવે છે અને PB મેળવવા માટે કેલ્સાઈન કરવામાં આવે છે. વરસાદ પદ્ધતિ ચલાવવામાં સરળ અને ઓછી કિંમતની છે, જેનો ઉપયોગ ઘણીવાર ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં થાય છે, પરંતુ તે ઘણા પરિબળો (દ્રાવણ pH, સાંદ્રતા, તાપમાન, વગેરે) દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે. અને વધુ સારી રીતે વિખેરાઈ જવાવાળા કણ મેળવવા માટેની તે સ્થિતિ કડક છે. કાર્બોનાઇઝેશન પદ્ધતિમાં, Al(OH)3 CO2 અને NaAlO2 ની પ્રતિક્રિયા દ્વારા મેળવવામાં આવે છે, અને PB વૃદ્ધત્વ પછી મેળવી શકાય છે. આ પદ્ધતિમાં સરળ કામગીરી, ઉચ્ચ ઉત્પાદન ગુણવત્તા, કોઈ પ્રદૂષણ અને ઓછી કિંમતના ફાયદા છે, અને તે ઉચ્ચ ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ, ઉત્તમ કાટ પ્રતિકાર અને ઓછા રોકાણ અને ઉચ્ચ વળતર સાથે ઉચ્ચ ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર સાથે એલ્યુમિના તૈયાર કરી શકે છે. એલ્યુમિનિયમ આલ્કોક્સાઇડ હાઇડ્રોલિસિસ પદ્ધતિનો ઉપયોગ ઘણીવાર ઉચ્ચ-શુદ્ધતા PB તૈયાર કરવા માટે થાય છે. એલ્યુમિનિયમ આલ્કોક્સાઇડને એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ મોનોહાઇડ્રેટ બનાવવા માટે હાઇડ્રોલાઇઝ કરવામાં આવે છે, અને પછી ઉચ્ચ-શુદ્ધતા PB મેળવવા માટે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે, જેમાં સારી સ્ફટિકીયતા, સમાન કણોનું કદ, કેન્દ્રિત છિદ્ર કદ વિતરણ અને ગોળાકાર કણોની ઉચ્ચ અખંડિતતા હોય છે. જો કે, પ્રક્રિયા જટિલ છે, અને ચોક્કસ ઝેરી કાર્બનિક દ્રાવકોના ઉપયોગને કારણે તેને પુનઃપ્રાપ્ત કરવું મુશ્કેલ છે.

વધુમાં, સોલ-જેલ પદ્ધતિ દ્વારા એલ્યુમિના પૂર્વગામી તૈયાર કરવા માટે ધાતુઓના અકાર્બનિક ક્ષાર અથવા કાર્બનિક સંયોજનોનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે થાય છે, અને સોલ ઉત્પન્ન કરવા માટે દ્રાવણ તૈયાર કરવા માટે શુદ્ધ પાણી અથવા કાર્બનિક દ્રાવકો ઉમેરવામાં આવે છે, જેને પછી જેલ, સૂકવવામાં આવે છે અને શેકવામાં આવે છે. હાલમાં, પીબી ડિહાઇડ્રેશન પદ્ધતિના આધારે એલ્યુમિનાની તૈયારી પ્રક્રિયામાં હજુ પણ સુધારો કરવામાં આવ્યો છે, અને કાર્બનાઇઝેશન પદ્ધતિ તેના અર્થતંત્ર અને પર્યાવરણીય સંરક્ષણને કારણે ઔદ્યોગિક એલ્યુમિના ઉત્પાદન માટે મુખ્ય પદ્ધતિ બની ગઈ છે. સોલ-જેલ પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કરાયેલ એલ્યુમિનાએ તેના વધુ સમાન છિદ્ર કદ વિતરણને કારણે ઘણું ધ્યાન ખેંચ્યું છે, જે એક સંભવિત પદ્ધતિ છે, પરંતુ ઔદ્યોગિક ઉપયોગને સાકાર કરવા માટે તેને સુધારવાની જરૂર છે.

૧.૨ એમએ તૈયારી

પરંપરાગત એલ્યુમિના કાર્યાત્મક આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરી શકતું નથી, તેથી ઉચ્ચ-પ્રદર્શન MA તૈયાર કરવું જરૂરી છે. સંશ્લેષણ પદ્ધતિઓમાં સામાન્ય રીતે શામેલ છે: કાર્બન મોલ્ડ સાથે નેનો-કાસ્ટિંગ પદ્ધતિ સખત ટેમ્પ્લેટ તરીકે; SDA નું સંશ્લેષણ: SDA અને અન્ય કેશનિક, એનિઓનિક અથવા નોનિયોનિક સર્ફેક્ટન્ટ્સ જેવા નરમ ટેમ્પ્લેટની હાજરીમાં બાષ્પીભવન-પ્રેરિત સ્વ-એસેમ્બલી પ્રક્રિયા (EISA).

૧.૨.૧ EISA પ્રક્રિયા

સોફ્ટ ટેમ્પ્લેટનો ઉપયોગ એસિડિક સ્થિતિમાં થાય છે, જે કઠણ પટલ પદ્ધતિની જટિલ અને સમય માંગી લેતી પ્રક્રિયાને ટાળે છે અને છિદ્રના સતત મોડ્યુલેશનને સાકાર કરી શકે છે. EISA દ્વારા MA ની તૈયારીએ તેની સરળ ઉપલબ્ધતા અને પ્રજનનક્ષમતાને કારણે ઘણું ધ્યાન ખેંચ્યું છે. વિવિધ મેસોપોરસ રચનાઓ તૈયાર કરી શકાય છે. SA ના છિદ્ર કદને સર્ફેક્ટન્ટની હાઇડ્રોફોબિક સાંકળ લંબાઈ બદલીને અથવા દ્રાવણમાં એલ્યુમિનિયમ પુરોગામી સાથે હાઇડ્રોલિસિસ ઉત્પ્રેરકના મોલર રેશિયોને સમાયોજિત કરીને ગોઠવી શકાય છે. તેથી, EISA, જેને ઉચ્ચ સપાટી વિસ્તાર MA અને ઓર્ડર્ડ મેસોપોરસ એલ્યુમિના (OMA) ની એક-પગલાની સંશ્લેષણ અને ફેરફાર સોલ-જેલ પદ્ધતિ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે વિવિધ સોફ્ટ ટેમ્પ્લેટ્સ, જેમ કે P123, F127, ટ્રાયથેનોલામાઇન (ચા), વગેરે પર લાગુ કરવામાં આવ્યું છે. EISA મેસોપોરસ સામગ્રી પ્રદાન કરવા માટે ઓર્ગેનોએલ્યુમિનિયમ પુરોગામી, જેમ કે એલ્યુમિનિયમ આલ્કોક્સાઇડ અને સર્ફેક્ટન્ટ ટેમ્પ્લેટ્સ, સામાન્ય રીતે એલ્યુમિનિયમ આઇસોપ્રોપોક્સાઇડ અને P123 ની સહ-એસેમ્બલી પ્રક્રિયાને બદલી શકે છે. EISA પ્રક્રિયાના સફળ વિકાસ માટે સ્થિર સોલ મેળવવા અને સોલમાં સર્ફેક્ટન્ટ માઇસેલ્સ દ્વારા રચાયેલા મેસોફેસના વિકાસને મંજૂરી આપવા માટે હાઇડ્રોલિસિસ અને કન્ડેન્સેશન ગતિશાસ્ત્રના ચોક્કસ ગોઠવણની જરૂર છે.

EISA પ્રક્રિયામાં, બિન-જલીય દ્રાવકો (જેમ કે ઇથેનોલ) અને કાર્બનિક સંકુલ એજન્ટોનો ઉપયોગ ઓર્ગેનોએલ્યુમિનિયમ પૂર્વગામીઓના હાઇડ્રોલિસિસ અને ઘનીકરણ દરને અસરકારક રીતે ધીમો કરી શકે છે અને OMA સામગ્રી, જેમ કે Al(OR)3 અને એલ્યુમિનિયમ આઇસોપ્રોપોક્સાઇડના સ્વ-એસેમ્બલીને પ્રેરિત કરી શકે છે. જો કે, બિન-જલીય અસ્થિર દ્રાવકોમાં, સર્ફેક્ટન્ટ ટેમ્પ્લેટ્સ સામાન્ય રીતે તેમની હાઇડ્રોફિલિસિટી/હાઇડ્રોફોબિસિટી ગુમાવે છે. વધુમાં, હાઇડ્રોલિસિસ અને પોલીકન્ડેન્સેશનના વિલંબને કારણે, મધ્યવર્તી ઉત્પાદનમાં હાઇડ્રોફોબિક જૂથ હોય છે, જે સર્ફેક્ટન્ટ ટેમ્પ્લેટ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે. જ્યારે દ્રાવક બાષ્પીભવનની પ્રક્રિયામાં સર્ફેક્ટન્ટની સાંદ્રતા અને એલ્યુમિનિયમના હાઇડ્રોલિસિસ અને પોલીકન્ડેન્સેશનની ડિગ્રી ધીમે ધીમે વધે છે ત્યારે જ ટેમ્પ્લેટ અને એલ્યુમિનિયમનું સ્વ-એસેમ્બલી થઈ શકે છે. તેથી, ઘણા પરિમાણો જે દ્રાવકોની બાષ્પીભવન સ્થિતિઓ અને પૂર્વગામીઓના હાઇડ્રોલિસિસ અને ઘનીકરણ પ્રતિક્રિયાને અસર કરે છે, જેમ કે તાપમાન, સંબંધિત ભેજ, ઉત્પ્રેરક, દ્રાવક બાષ્પીભવન દર, વગેરે, અંતિમ એસેમ્બલી માળખાને અસર કરશે. જેમ કે આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે. 1, ઉચ્ચ થર્મલ સ્થિરતા અને ઉચ્ચ ઉત્પ્રેરક કામગીરી ધરાવતી OMA સામગ્રીને સોલ્વોથર્મલ સહાયિત બાષ્પીભવન પ્રેરિત સ્વ-એસેમ્બલી (SA-EISA) દ્વારા સંશ્લેષણ કરવામાં આવી હતી. સોલ્વોથર્મલ ટ્રીટમેન્ટે એલ્યુમિનિયમ પુરોગામીઓના સંપૂર્ણ હાઇડ્રોલિસિસને નાના કદના ક્લસ્ટર એલ્યુમિનિયમ હાઇડ્રોક્સિલ જૂથો બનાવવા માટે પ્રોત્સાહન આપ્યું, જેણે સર્ફેક્ટન્ટ્સ અને એલ્યુમિનિયમ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં વધારો કર્યો. EISA પ્રક્રિયામાં દ્વિ-પરિમાણીય ષટ્કોણ મેસોફેસની રચના કરવામાં આવી હતી અને OMA સામગ્રી બનાવવા માટે 400℃ પર કેલ્સાઈન કરવામાં આવ્યું હતું. પરંપરાગત EISA પ્રક્રિયામાં, બાષ્પીભવન પ્રક્રિયા ઓર્ગેનોએલ્યુમિનિયમ પુરોગામીના હાઇડ્રોલિસિસ સાથે હોય છે, તેથી બાષ્પીભવનની સ્થિતિઓ OMA ની પ્રતિક્રિયા અને અંતિમ રચના પર મહત્વપૂર્ણ પ્રભાવ ધરાવે છે. સોલ્વોથર્મલ ટ્રીટમેન્ટ પગલું એલ્યુમિનિયમ પુરોગામીના સંપૂર્ણ હાઇડ્રોલિસિસને પ્રોત્સાહન આપે છે અને આંશિક રીતે કન્ડેન્સ્ડ ક્લસ્ટર્ડ એલ્યુમિનિયમ હાઇડ્રોક્સિલ જૂથો ઉત્પન્ન કરે છે. OMA બાષ્પીભવન પરિસ્થિતિઓની વિશાળ શ્રેણી હેઠળ રચાય છે. પરંપરાગત EISA પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કરાયેલ MA ની તુલનામાં, SA-EISA પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કરાયેલ OMA માં વધુ છિદ્ર વોલ્યુમ, વધુ સારી ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર અને વધુ સારી થર્મલ સ્થિરતા છે. ભવિષ્યમાં, EISA પદ્ધતિનો ઉપયોગ રીમિંગ એજન્ટનો ઉપયોગ કર્યા વિના ઉચ્ચ રૂપાંતર દર અને ઉત્તમ પસંદગી સાથે અલ્ટ્રા-લાર્જ એપરચર MA તૈયાર કરવા માટે થઈ શકે છે.

OMA સામગ્રીના સંશ્લેષણ માટે SA-EISA પદ્ધતિનો આકૃતિ 1 ફ્લો ચાર્ટ

૧.૨.૨ અન્ય પ્રક્રિયાઓ

પરંપરાગત MA તૈયારીમાં સ્પષ્ટ મેસોપોરસ માળખું પ્રાપ્ત કરવા માટે સંશ્લેષણ પરિમાણોનું ચોક્કસ નિયંત્રણ જરૂરી છે, અને ટેમ્પ્લેટ સામગ્રીને દૂર કરવી પણ પડકારજનક છે, જે સંશ્લેષણ પ્રક્રિયાને જટિલ બનાવે છે. હાલમાં, ઘણા સાહિત્યોએ વિવિધ નમૂનાઓ સાથે MA ના સંશ્લેષણની જાણ કરી છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, સંશોધન મુખ્યત્વે જલીય દ્રાવણમાં એલ્યુમિનિયમ આઇસોપ્રોપોક્સાઇડ દ્વારા ગ્લુકોઝ, સુક્રોઝ અને સ્ટાર્ચ સાથે MA ના સંશ્લેષણ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું છે. આમાંની મોટાભાગની MA સામગ્રી એલ્યુમિનિયમ નાઈટ્રેટ, સલ્ફેટ અને આલ્કોક્સાઇડમાંથી એલ્યુમિનિયમ સ્ત્રોત તરીકે સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. MA CTAB એલ્યુમિનિયમ સ્ત્રોત તરીકે PB ના સીધા ફેરફાર દ્વારા પણ મેળવી શકાય છે. વિવિધ માળખાકીય ગુણધર્મો સાથે MA, એટલે કે Al2O3)-1, Al2O3)-2 અને al2o3 અને સારી થર્મલ સ્થિરતા ધરાવે છે. સર્ફેક્ટન્ટનો ઉમેરો PB ની સહજ સ્ફટિક રચનામાં ફેરફાર કરતું નથી, પરંતુ કણોના સ્ટેકીંગ મોડમાં ફેરફાર કરે છે. વધુમાં, Al2O3-3 ની રચના કાર્બનિક દ્રાવક PEG દ્વારા સ્થિર કરાયેલા નેનોપાર્ટિકલ્સના સંલગ્નતા અથવા PEG ની આસપાસ એકત્રીકરણ દ્વારા રચાય છે. જો કે, Al2O3-1 નું છિદ્ર કદ વિતરણ ખૂબ જ સાંકડી છે. વધુમાં, પેલેડિયમ-આધારિત ઉત્પ્રેરકો કૃત્રિમ MA ને વાહક તરીકે રાખીને તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. મિથેન દહન પ્રતિક્રિયામાં, Al2O3-3 દ્વારા સમર્થિત ઉત્પ્રેરકે સારી ઉત્પ્રેરક કામગીરી દર્શાવી.

પહેલી વાર, પ્રમાણમાં સાંકડી છિદ્ર કદ વિતરણ સાથે MA સસ્તા અને એલ્યુમિનિયમથી ભરપૂર એલ્યુમિનિયમ બ્લેક સ્લેગ ABD નો ઉપયોગ કરીને તૈયાર કરવામાં આવ્યું હતું. ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં નીચા તાપમાન અને સામાન્ય દબાણ પર નિષ્કર્ષણ પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે. નિષ્કર્ષણ પ્રક્રિયામાં બાકી રહેલા ઘન કણો પર્યાવરણને પ્રદૂષિત કરશે નહીં, અને ઓછા જોખમ સાથે તેનો ઢગલો કરી શકાય છે અથવા કોંક્રિટ એપ્લિકેશનમાં ફિલર અથવા એગ્રીગેટ તરીકે ફરીથી ઉપયોગ કરી શકાય છે. સંશ્લેષિત MA નું ચોક્કસ સપાટી ક્ષેત્રફળ 123~162m2/g છે, છિદ્ર કદ વિતરણ સાંકડું છે, ટોચ ત્રિજ્યા 5.3nm છે, અને છિદ્રાળુતા 0.37 cm3/g છે. સામગ્રી નેનો-કદની છે અને સ્ફટિક કદ લગભગ 11nm છે. સોલિડ-સ્ટેટ સિન્થેસિસ એ MA ને સંશ્લેષણ કરવાની એક નવી પ્રક્રિયા છે, જેનો ઉપયોગ ક્લિનિકલ ઉપયોગ માટે રેડિયોકેમિકલ શોષક ઉત્પન્ન કરવા માટે થઈ શકે છે. એલ્યુમિનિયમ ક્લોરાઇડ, એમોનિયમ કાર્બોનેટ અને ગ્લુકોઝ કાચા માલને 1: 1.5: 1.5 ના મોલર રેશિયોમાં મિશ્રિત કરવામાં આવે છે, અને MA ને નવી ઘન-સ્થિતિ મિકેનિકલ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા દ્વારા સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. થર્મલ બેટરી સાધનોમાં 131I ને સાંદ્ર કરીને, સાંદ્રતા પછી 131I નું કુલ ઉપજ 90% છે, અને પ્રાપ્ત 131I[NaI] દ્રાવણમાં ઉચ્ચ કિરણોત્સર્ગી સાંદ્રતા (1.7TBq/mL) છે, આમ થાઇરોઇડ કેન્સરની સારવાર માટે મોટા ડોઝ 131I[NaI] કેપ્સ્યુલ્સનો ઉપયોગ સાકાર થાય છે.

સારાંશમાં, ભવિષ્યમાં, નાના પરમાણુ નમૂનાઓ પણ વિકસાવી શકાય છે જેથી બહુ-સ્તરીય ક્રમબદ્ધ છિદ્ર રચનાઓ બનાવી શકાય, સામગ્રીની રચના, આકારશાસ્ત્ર અને સપાટીના રાસાયણિક ગુણધર્મોને અસરકારક રીતે સમાયોજિત કરી શકાય, અને વિશાળ સપાટી ક્ષેત્ર અને ક્રમબદ્ધ વર્મહોલ MA ઉત્પન્ન કરી શકાય. સસ્તા નમૂનાઓ અને એલ્યુમિનિયમ સ્ત્રોતોનું અન્વેષણ કરો, સંશ્લેષણ પ્રક્રિયાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરો, સંશ્લેષણ પદ્ધતિને સ્પષ્ટ કરો અને પ્રક્રિયાને માર્ગદર્શન આપો.

2 MA ની સુધારણા પદ્ધતિ

MA કેરિયર પર સક્રિય ઘટકોને સમાન રીતે વિતરિત કરવાની પદ્ધતિઓમાં ગર્ભાધાન, ઇન-સીટુ સિન્થે-સિસ, અવક્ષેપન, આયન વિનિમય, યાંત્રિક મિશ્રણ અને ગલનનો સમાવેશ થાય છે, જેમાંથી પ્રથમ બે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાય છે.

૨.૧ ઇન-સીટુ સિન્થેસિસ પદ્ધતિ

MA તૈયાર કરવાની પ્રક્રિયામાં કાર્યાત્મક ફેરફારમાં ઉપયોગમાં લેવાતા જૂથો ઉમેરવામાં આવે છે જેથી સામગ્રીના હાડપિંજર માળખાને સંશોધિત અને સ્થિર કરી શકાય અને ઉત્પ્રેરક કામગીરીમાં સુધારો કરી શકાય. આ પ્રક્રિયા આકૃતિ 2 માં બતાવવામાં આવી છે. લિયુ અને અન્યોએ P123 ને ટેમ્પ્લેટ તરીકે રાખીને Ni/Mo-Al2O3in સિટુમાં સંશ્લેષિત કરી. Ni અને Mo બંનેને MA ના મેસોપોરસ માળખાને નષ્ટ કર્યા વિના ક્રમબદ્ધ MA ચેનલોમાં વિખેરવામાં આવ્યા હતા, અને ઉત્પ્રેરક કામગીરીમાં સ્પષ્ટ સુધારો થયો હતો. γ-Al2O3 ની તુલનામાં, સંશ્લેષિત ગામા-al2o3 સબસ્ટ્રેટ પર ઇન-સીટુ વૃદ્ધિ પદ્ધતિ અપનાવવાથી, MnO2-Al2O3 માં BET ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર અને છિદ્રોનું પ્રમાણ વધુ હોય છે, અને સાંકડી છિદ્ર કદ વિતરણ સાથે બાયમોડલ મેસોપોરસ માળખું હોય છે. MnO2-Al2O3 માં F- માટે ઝડપી શોષણ દર અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા છે, અને તેની વિશાળ pH એપ્લિકેશન શ્રેણી (pH=4~10) છે, જે વ્યવહારિક ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશન પરિસ્થિતિઓ માટે યોગ્ય છે. MnO2-Al2O3 નું રિસાયક્લિંગ પ્રદર્શન γ-Al2O કરતા વધુ સારું છે. માળખાકીય સ્થિરતાને વધુ ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાની જરૂર છે. સારાંશમાં, ઇન-સીટુ સંશ્લેષણ દ્વારા મેળવેલ MA સંશોધિત સામગ્રીમાં સારી માળખાકીય ક્રમ, જૂથો અને એલ્યુમિના વાહકો વચ્ચે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા, ચુસ્ત સંયોજન, મોટા સામગ્રીનો ભાર હોય છે, અને ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયા પ્રક્રિયામાં સક્રિય ઘટકોના શેડિંગનું કારણ બનવું સરળ નથી, અને ઉત્પ્રેરક કામગીરીમાં નોંધપાત્ર સુધારો થયો છે.

આકૃતિ 2 ઇન-સીટુ સિન્થેસિસ દ્વારા કાર્યાત્મક MA ની તૈયારી

૨.૨ ગર્ભાધાન પદ્ધતિ

તૈયાર કરેલા MA ને સંશોધિત જૂથમાં ડુબાડીને, અને સારવાર પછી સંશોધિત MA સામગ્રી મેળવવી, જેથી ઉત્પ્રેરક, શોષણ અને તેના જેવા પ્રભાવોને સમજી શકાય. Cai એટ અલ. એ P123 માંથી સોલ-જેલ પદ્ધતિ દ્વારા MA તૈયાર કર્યું, અને તેને ઇથેનોલ અને ટેટ્રાઇથિલિનપેન્ટામાઇન દ્રાવણમાં પલાળીને મજબૂત શોષણ પ્રદર્શન સાથે એમિનો સંશોધિત MA સામગ્રી મેળવી. વધુમાં, બેલ્કેસેમી એટ અલ. એ જ પ્રક્રિયા દ્વારા ZnCl2 દ્રાવણમાં ડુબાડીને ઓર્ડર કરેલ ઝીંક ડોપ્ડ સંશોધિત MA સામગ્રી મેળવી. ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર અને છિદ્રોનું પ્રમાણ અનુક્રમે 394m2/g અને 0.55 cm3/g છે. ઇન-સીટુ સંશ્લેષણ પદ્ધતિની તુલનામાં, ગર્ભાધાન પદ્ધતિમાં વધુ સારું તત્વ વિક્ષેપ, સ્થિર મેસોપોરસ માળખું અને સારું શોષણ પ્રદર્શન છે, પરંતુ સક્રિય ઘટકો અને એલ્યુમિના વાહક વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળ નબળું છે, અને ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ બાહ્ય પરિબળો દ્વારા સરળતાથી દખલ કરે છે.

૩ કાર્યાત્મક પ્રગતિ

ભવિષ્યમાં ખાસ ગુણધર્મો ધરાવતા દુર્લભ પૃથ્વી MA નું સંશ્લેષણ વિકાસ વલણ છે. હાલમાં, ઘણી સંશ્લેષણ પદ્ધતિઓ છે. પ્રક્રિયા પરિમાણો MA ના પ્રદર્શનને અસર કરે છે. MA ના ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર, છિદ્ર વોલ્યુમ અને છિદ્ર વ્યાસને ટેમ્પલેટ પ્રકાર અને એલ્યુમિનિયમ પૂર્વગામી રચના દ્વારા ગોઠવી શકાય છે. કેલ્સિનેશન તાપમાન અને પોલિમર ટેમ્પલેટ સાંદ્રતા MA ના ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર અને છિદ્ર વોલ્યુમને અસર કરે છે. સુઝુકી અને યામાઉચીએ શોધી કાઢ્યું કે કેલ્સિનેશન તાપમાન 500℃ થી 900℃ સુધી વધારવામાં આવ્યું હતું. છિદ્ર વધારી શકાય છે અને સપાટી વિસ્તાર ઘટાડી શકાય છે. વધુમાં, દુર્લભ પૃથ્વી ફેરફાર સારવાર ઉત્પ્રેરક પ્રક્રિયામાં MA સામગ્રીની પ્રવૃત્તિ, સપાટી થર્મલ સ્થિરતા, માળખાકીય સ્થિરતા અને સપાટી એસિડિટીમાં સુધારો કરે છે, અને MA કાર્યાત્મકકરણના વિકાસને પૂર્ણ કરે છે.

૩.૧ ડિફ્લોરિનેશન શોષક

ચીનમાં પીવાના પાણીમાં ફ્લોરિનનું પ્રમાણ ગંભીર રીતે હાનિકારક છે. વધુમાં, ઔદ્યોગિક ઝીંક સલ્ફેટ દ્રાવણમાં ફ્લોરિનનું પ્રમાણ વધવાથી ઇલેક્ટ્રોડ પ્લેટનો કાટ લાગશે, કાર્યકારી વાતાવરણ બગડશે, ઇલેક્ટ્રિક ઝીંકની ગુણવત્તામાં ઘટાડો થશે અને એસિડ બનાવવાની સિસ્ટમ અને ફ્લુઇડાઇઝ્ડ બેડ ફર્નેસ રોસ્ટિંગ ફ્લુ ગેસના ઇલેક્ટ્રોલિસિસ પ્રક્રિયામાં રિસાયકલ કરેલા પાણીની માત્રામાં ઘટાડો થશે. હાલમાં, ભીના ડિફ્લોરિનેશનની સામાન્ય પદ્ધતિઓમાં શોષણ પદ્ધતિ સૌથી આકર્ષક છે. જો કે, કેટલીક ખામીઓ છે, જેમ કે નબળી શોષણ ક્ષમતા, સાંકડી ઉપલબ્ધ pH શ્રેણી, ગૌણ પ્રદૂષણ વગેરે. પાણીના ડિફ્લોરિનેશન માટે સક્રિય કાર્બન, આકારહીન એલ્યુમિના, સક્રિય એલ્યુમિના અને અન્ય શોષકોનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે, પરંતુ શોષકોની કિંમત ઊંચી છે, અને તટસ્થ દ્રાવણમાં F- ની શોષણ ક્ષમતા અથવા ઉચ્ચ સાંદ્રતા ઓછી છે. તટસ્થ pH મૂલ્ય પર ફ્લોરાઇડ પ્રત્યે તેની ઉચ્ચ આકર્ષણ અને પસંદગીને કારણે સક્રિય એલ્યુમિના ફ્લોરાઇડ દૂર કરવા માટે સૌથી વધુ અભ્યાસ કરાયેલ શોષક બની ગયું છે, પરંતુ તે ફ્લોરાઇડની નબળી શોષણ ક્ષમતા દ્વારા મર્યાદિત છે, અને ફક્ત pH<6 પર જ તે સારી ફ્લોરાઇડ શોષણ કામગીરી ધરાવી શકે છે. MA એ તેના વિશાળ ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર, અનન્ય છિદ્ર કદ અસર, એસિડ-બેઝ કામગીરી, થર્મલ અને યાંત્રિક સ્થિરતાને કારણે પર્યાવરણીય પ્રદૂષણ નિયંત્રણમાં વ્યાપક ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે. કુંડુ અને અન્યોએ 62.5 mg/g ની મહત્તમ ફ્લોરિન શોષણ ક્ષમતા સાથે MA તૈયાર કર્યું. MA ની ફ્લોરિન શોષણ ક્ષમતા તેના માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓ, જેમ કે ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર, સપાટી કાર્યાત્મક જૂથો, છિદ્ર કદ અને કુલ છિદ્ર કદથી ખૂબ પ્રભાવિત છે. MA ની રચના અને પ્રદર્શનનું સમાયોજન તેના શોષણ પ્રદર્શનને સુધારવાનો એક મહત્વપૂર્ણ માર્ગ છે.

La ના કઠણ એસિડ અને ફ્લોરિનની કઠણ મૂળભૂતતાને કારણે, La અને ફ્લોરિન આયનો વચ્ચે મજબૂત સંબંધ છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, કેટલાક અભ્યાસોમાં જાણવા મળ્યું છે કે La એક સંશોધક તરીકે ફ્લોરાઇડની શોષણ ક્ષમતામાં સુધારો કરી શકે છે. જો કે, દુર્લભ પૃથ્વી શોષકોની ઓછી માળખાકીય સ્થિરતાને કારણે, વધુ દુર્લભ પૃથ્વી દ્રાવણમાં લીચ થાય છે, જેના પરિણામે ગૌણ જળ પ્રદૂષણ થાય છે અને માનવ સ્વાસ્થ્યને નુકસાન થાય છે. બીજી બાજુ, પાણીના વાતાવરણમાં એલ્યુમિનિયમની ઊંચી સાંદ્રતા માનવ સ્વાસ્થ્ય માટે ઝેરી પદાર્થોમાંની એક છે. તેથી, ફ્લોરિન દૂર કરવાની પ્રક્રિયામાં સારી સ્થિરતા અને અન્ય તત્વોના લીચિંગ અથવા ઓછા લીચિંગ સાથે એક પ્રકારનું સંયુક્ત શોષક તૈયાર કરવું જરૂરી છે. La અને Ce દ્વારા સંશોધિત MA ગર્ભાધાન પદ્ધતિ (La/MA અને Ce/MA) દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવ્યું હતું. દુર્લભ પૃથ્વી ઓક્સાઇડને પહેલી વાર MA સપાટી પર સફળતાપૂર્વક લોડ કરવામાં આવ્યા હતા, જેમાં ઉચ્ચ ડિફ્લોરિનેશન કામગીરી હતી. ફ્લોરિન દૂર કરવાની મુખ્ય પદ્ધતિઓ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક શોષણ અને રાસાયણિક શોષણ છે, સપાટીના હકારાત્મક ચાર્જનું ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષણ અને લિગાન્ડ વિનિમય પ્રતિક્રિયા સપાટી હાઇડ્રોક્સિલ સાથે જોડાય છે, શોષક સપાટી પર હાઇડ્રોક્સિલ કાર્યાત્મક જૂથ F- સાથે હાઇડ્રોજન બોન્ડ ઉત્પન્ન કરે છે, La અને Ce ના ફેરફારથી ફ્લોરિનની શોષણ ક્ષમતામાં સુધારો થાય છે, La/MA માં વધુ હાઇડ્રોક્સિલ શોષણ સ્થળો હોય છે, અને F ની શોષણ ક્ષમતા La/MA>Ce/MA>MA ના ક્રમમાં હોય છે. પ્રારંભિક સાંદ્રતામાં વધારો સાથે, ફ્લોરિનની શોષણ ક્ષમતા વધે છે. જ્યારે pH 5~9 હોય ત્યારે શોષણ અસર શ્રેષ્ઠ હોય છે, અને ફ્લોરિનની શોષણ પ્રક્રિયા લેંગમુઇર આઇસોથર્મલ શોષણ મોડેલ સાથે સુસંગત હોય છે. વધુમાં, એલ્યુમિનામાં સલ્ફેટ આયનોની અશુદ્ધિઓ પણ નમૂનાઓની ગુણવત્તાને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરી શકે છે. દુર્લભ પૃથ્વી સંશોધિત એલ્યુમિના પર સંબંધિત સંશોધન હાથ ધરવામાં આવ્યું હોવા છતાં, મોટાભાગના સંશોધન શોષકની પ્રક્રિયા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, જેનો ઔદ્યોગિક રીતે ઉપયોગ કરવો મુશ્કેલ છે. ભવિષ્યમાં, આપણે ઝીંક સલ્ફેટ દ્રાવણમાં ફ્લોરિન સંકુલના વિયોજન પદ્ધતિ અને ફ્લોરિન આયનોના સ્થળાંતર લાક્ષણિકતાઓનો અભ્યાસ કરી શકીએ છીએ, ઝીંક હાઇડ્રોમેટલર્જી સિસ્ટમમાં ઝીંક સલ્ફેટ દ્રાવણના ડિફ્લોરિનેશન માટે કાર્યક્ષમ, ઓછી કિંમત અને નવીનીકરણીય ફ્લોરિન આયન શોષક મેળવી શકીએ છીએ, અને દુર્લભ પૃથ્વી MA નેનો શોષક પર આધારિત ઉચ્ચ ફ્લોરિન દ્રાવણની સારવાર માટે પ્રક્રિયા નિયંત્રણ મોડેલ સ્થાપિત કરી શકીએ છીએ.

૩.૨ ઉત્પ્રેરક

૩.૨.૧ મિથેનનું શુષ્ક સુધારણા

રેર અર્થ છિદ્રાળુ પદાર્થોની એસિડિટી (મૂળભૂતતા) ને સમાયોજિત કરી શકે છે, ઓક્સિજન ખાલી જગ્યા વધારી શકે છે, અને એકસમાન વિક્ષેપ, નેનોમીટર સ્કેલ અને સ્થિરતા સાથે ઉત્પ્રેરકનું સંશ્લેષણ કરી શકે છે. તેનો ઉપયોગ ઘણીવાર CO2 ના મિથેનેશનને ઉત્પ્રેરિત કરવા માટે ઉમદા ધાતુઓ અને સંક્રમણ ધાતુઓને ટેકો આપવા માટે થાય છે. હાલમાં, દુર્લભ પૃથ્વી સંશોધિત મેસોપોરસ સામગ્રી મિથેન ડ્રાય રિફોર્મિંગ (MDR), VOCs ના ફોટોકેટાલિટીક ડિગ્રેડેશન અને ટેઇલ ગેસ શુદ્ધિકરણ તરફ વિકાસ કરી રહી છે. ઉમદા ધાતુઓ (જેમ કે Pd, Ru, Rh, વગેરે) અને અન્ય સંક્રમણ ધાતુઓ (જેમ કે Co, Fe, વગેરે) ની તુલનામાં, Ni/Al2O3 ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ તેની ઉચ્ચ ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ અને પસંદગી, ઉચ્ચ સ્થિરતા અને મિથેન માટે ઓછી કિંમત માટે વ્યાપકપણે થાય છે. જો કે, Ni/Al2O3 ની સપાટી પર Ni નેનોપાર્ટિકલ્સના સિન્ટરિંગ અને કાર્બન ડિપોઝિશન ઉત્પ્રેરકના ઝડપી નિષ્ક્રિયકરણ તરફ દોરી જાય છે. તેથી, ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ, સ્થિરતા અને સળગતા પ્રતિકારને સુધારવા માટે પ્રવેગક ઉમેરવા, ઉત્પ્રેરક વાહકને સંશોધિત કરવા અને તૈયારી માર્ગમાં સુધારો કરવો જરૂરી છે. સામાન્ય રીતે, દુર્લભ પૃથ્વી ઓક્સાઇડનો ઉપયોગ વિજાતીય ઉત્પ્રેરકોમાં માળખાકીય અને ઇલેક્ટ્રોનિક પ્રમોટર તરીકે થઈ શકે છે, અને CeO2 મજબૂત ધાતુ સહાયક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા Ni ના વિક્ષેપને સુધારે છે અને ધાતુ Ni ના ગુણધર્મોને બદલે છે.

ધાતુઓના વિક્ષેપને વધારવા અને સક્રિય ધાતુઓના સંચયને રોકવા માટે MA નો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. ઉચ્ચ ઓક્સિજન સંગ્રહ ક્ષમતા ધરાવતું La2O3 રૂપાંતર પ્રક્રિયામાં કાર્બન પ્રતિકાર વધારે છે, અને La2O3 મેસોપોરસ એલ્યુમિના પર Co ના વિક્ષેપને પ્રોત્સાહન આપે છે, જેમાં ઉચ્ચ સુધારાત્મક પ્રવૃત્તિ અને સ્થિતિસ્થાપકતા હોય છે. La2O3 પ્રમોટર Co/MA ઉત્પ્રેરકની MDR પ્રવૃત્તિમાં વધારો કરે છે, અને Co3O4 અને CoAl2O4 તબક્કાઓ ઉત્પ્રેરક સપાટી પર રચાય છે. જો કે, ખૂબ જ વિખરાયેલા La2O3 માં 8nm~10nm ના નાના દાણા હોય છે. MDR પ્રક્રિયામાં, La2O3 અને CO2 વચ્ચેની ઇન-સીટુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા La2O2CO3mesophase બનાવે છે, જેણે ઉત્પ્રેરક સપાટી પર CxHy ના અસરકારક નાબૂદીને પ્રેરિત કરી. La2O3 ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા પ્રદાન કરીને અને 10%Co/MA માં ઓક્સિજન ખાલી જગ્યા વધારીને હાઇડ્રોજન ઘટાડાને પ્રોત્સાહન આપે છે. La2O3 નો ઉમેરો CH4 વપરાશની દેખીતી સક્રિયકરણ ઊર્જા ઘટાડે છે. તેથી, CH4 નો રૂપાંતર દર 1073K K પર વધીને 93.7% થયો. La2O3 ના ઉમેરાથી ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિમાં સુધારો થયો, H2 ના ઘટાડાને પ્રોત્સાહન મળ્યું, Co0 સક્રિય સ્થળોની સંખ્યામાં વધારો થયો, ઓછા જમા થયેલા કાર્બનનું ઉત્પાદન થયું અને ઓક્સિજન ખાલી જગ્યા 73.3% થઈ ગઈ.

Li Xiaofeng માં સમાન વોલ્યુમ ગર્ભાધાન પદ્ધતિ દ્વારા Ni/Al2O3 ઉત્પ્રેરક પર Ce અને Pr ને ટેકો આપવામાં આવ્યો હતો. Ce અને Pr ઉમેર્યા પછી, H2 ની પસંદગીમાં વધારો થયો અને CO ની પસંદગીમાં ઘટાડો થયો. Pr દ્વારા સંશોધિત MDR માં ઉત્તમ ઉત્પ્રેરક ક્ષમતા હતી, અને H2 ની પસંદગીમાં 64.5% થી વધારો થયો અને 75.6% થયો, જ્યારે CO ની પસંદગીમાં 31.4% થી ઘટાડો થયો. પેંગ શુજિંગ અને અન્ય લોકોએ સોલ-જેલ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કર્યો, Ce-સંશોધિત MA એલ્યુમિનિયમ આઇસોપ્રોપોક્સાઇડ, આઇસોપ્રોપેનોલ દ્રાવક અને સેરિયમ નાઇટ્રેટ હેક્સાહાઇડ્રેટથી તૈયાર કરવામાં આવ્યું. ઉત્પાદનનો ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર થોડો વધ્યો. Ce ના ઉમેરાથી MA સપાટી પર સળિયા જેવા નેનોપાર્ટિકલ્સનું એકત્રીકરણ ઓછું થયું. γ- Al2O3 ની સપાટી પરના કેટલાક હાઇડ્રોક્સિલ જૂથો મૂળભૂત રીતે Ce સંયોજનો દ્વારા આવરી લેવામાં આવ્યા હતા. MA ની થર્મલ સ્થિરતામાં સુધારો થયો હતો, અને 1000℃ પર 10 કલાક સુધી કેલ્સિનેશન પછી કોઈ સ્ફટિક તબક્કાનું પરિવર્તન થયું ન હતું. વાંગ બાઓવેઇ અને અન્ય લોકોએ કોપ્રિસિપિટેશન પદ્ધતિ દ્વારા MA સામગ્રી CeO2-Al2O4 તૈયાર કરી હતી. ઘન નાના અનાજ સાથે CeO2 એલ્યુમિનામાં સમાન રીતે વિખેરાઈ ગયું હતું. CeO2-Al2O4 પર Co અને Mo ને ટેકો આપ્યા પછી, એલ્યુમિના અને સક્રિય ઘટક Co અને Mo વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા CEO2 દ્વારા અસરકારક રીતે અટકાવવામાં આવી હતી.

દુર્લભ પૃથ્વી પ્રમોટર્સ (La, Ce, y અને Sm) ને MDR માટે Co/MA ઉત્પ્રેરક સાથે જોડવામાં આવે છે, અને પ્રક્રિયા આકૃતિ 3 માં બતાવવામાં આવી છે. દુર્લભ પૃથ્વી પ્રમોટર્સ MA વાહક પર Co ના વિક્ષેપને સુધારી શકે છે અને સહ કણોના સમૂહને અટકાવી શકે છે. કણોનું કદ જેટલું નાનું હશે, Co-MA ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વધુ મજબૂત હશે, YCo/MA ઉત્પ્રેરકમાં ઉત્પ્રેરક અને સિન્ટરિંગ ક્ષમતા વધુ મજબૂત હશે, અને MDR પ્રવૃત્તિ અને કાર્બન નિક્ષેપન પર ઘણા પ્રમોટર્સની હકારાત્મક અસરો હશે. આકૃતિ 4 એ 1023K પર MDR સારવાર પછી HRTEM iMAge છે, Co2: ch4: N2 = 1 ∶ 1 ∶ 3.1 8 કલાક માટે. Co કણો કાળા ફોલ્લીઓના સ્વરૂપમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જ્યારે MA વાહકો ગ્રેના સ્વરૂપમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જે ઇલેક્ટ્રોન ઘનતાના તફાવત પર આધાર રાખે છે. HRTEM છબીમાં 10%Co/MA (આકૃતિ 4b) સાથે, ma વાહકો પર Co ધાતુના કણોનું સંચય જોવા મળે છે. દુર્લભ પૃથ્વી પ્રમોટરનો ઉમેરો Co કણોને 11.0nm~12.5nm સુધી ઘટાડે છે. YCo/MA મજબૂત Co-MA ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ધરાવે છે, અને તેનું સિન્ટરિંગ પ્રદર્શન અન્ય ઉત્પ્રેરકો કરતાં વધુ સારું છે. વધુમાં, આકૃતિ 4b થી 4f માં બતાવ્યા પ્રમાણે, હોલો કાર્બન નેનોવાયર (CNF) ઉત્પ્રેરકો પર ઉત્પન્ન થાય છે, જે ગેસ પ્રવાહ સાથે સંપર્કમાં રહે છે અને ઉત્પ્રેરકને નિષ્ક્રિય થવાથી અટકાવે છે.

આકૃતિ 3: દુર્લભ પૃથ્વીના ઉમેરણનો ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો અને Co/MA ઉત્પ્રેરકના MDR ઉત્પ્રેરક પ્રદર્શન પર પ્રભાવ

૩.૨.૨ ડીઓક્સિડેશન ઉત્પ્રેરક

Fe2O3/Meso-CeAl, એક Ce-ડોપેડ Fe-આધારિત ડિઓક્સિડેશન ઉત્પ્રેરક, 1- બ્યુટીનના ઓક્સિડેટીવ ડિહાઇડ્રોજનેશન દ્વારા CO2 ને સોફ્ટ ઓક્સિડન્ટ તરીકે તૈયાર કરવામાં આવ્યો હતો, અને તેનો ઉપયોગ 1,3- બ્યુટાડીન (BD) ના સંશ્લેષણમાં થયો હતો. Ce એલ્યુમિના મેટ્રિક્સમાં ખૂબ જ વિખરાયેલું હતું, અને Fe2O3/meso ખૂબ જ વિખરાયેલું હતુંFe2O3/Meso-CeAl-100 ઉત્પ્રેરકમાં માત્ર ખૂબ જ વિખરાયેલા આયર્ન પ્રજાતિઓ અને સારા માળખાકીય ગુણધર્મો જ નથી, પરંતુ તેમાં સારી ઓક્સિજન સંગ્રહ ક્ષમતા પણ છે, તેથી તેમાં CO2 નું સારું શોષણ અને સક્રિયકરણ ક્ષમતા પણ છે. આકૃતિ 5 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, TEM છબીઓ દર્શાવે છે કે Fe2O3/Meso-CeAl-100 નિયમિત છે. તે દર્શાવે છે કે MesoCeAl-100 નું કૃમિ જેવું ચેનલ માળખું છૂટું અને છિદ્રાળુ છે, જે સક્રિય ઘટકોના વિખેરન માટે ફાયદાકારક છે, જ્યારે ખૂબ જ વિખરાયેલા Ce ને એલ્યુમિના મેટ્રિક્સમાં સફળતાપૂર્વક ડોપ કરવામાં આવે છે. મોટર વાહનોના અતિ-નીચા ઉત્સર્જન ધોરણને પૂર્ણ કરતી ઉમદા ધાતુ ઉત્પ્રેરક કોટિંગ સામગ્રીએ છિદ્ર રચના, સારી હાઇડ્રોથર્મલ સ્થિરતા અને મોટી ઓક્સિજન સંગ્રહ ક્ષમતા વિકસાવી છે.

૩.૨.૩ વાહનો માટે ઉત્પ્રેરક

ઓટોમોટિવ ઉત્પ્રેરક કોટિંગ સામગ્રી મેળવવા માટે Pd-Rh એ ક્વાટર્નરી એલ્યુમિનિયમ-આધારિત દુર્લભ પૃથ્વી સંકુલ AlCeZrTiOx અને AlLaZrTiOx ને ટેકો આપ્યો. મેસોપોરસ એલ્યુમિનિયમ-આધારિત દુર્લભ પૃથ્વી સંકુલ Pd-Rh/ALC ને સારી ટકાઉપણું સાથે CNG વાહન એક્ઝોસ્ટ શુદ્ધિકરણ ઉત્પ્રેરક તરીકે સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરી શકાય છે, અને CNG વાહન એક્ઝોસ્ટ ગેસના મુખ્ય ઘટક CH4 ની રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા 97.8% જેટલી ઊંચી છે. સ્વ-એસેમ્બલીને સાકાર કરવા માટે તે દુર્લભ પૃથ્વી ma સંયુક્ત સામગ્રી તૈયાર કરવા માટે હાઇડ્રોથર્મલ એક-પગલાની પદ્ધતિ અપનાવો, મેટાસ્ટેબલ સ્થિતિ અને ઉચ્ચ એકત્રીકરણ સાથે ઓર્ડર કરેલા મેસોપોરસ પૂર્વગામીઓને સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યા, અને RE-Al નું સંશ્લેષણ "કમ્પાઉન્ડ ગ્રોથ યુનિટ" ના મોડેલને અનુરૂપ થયું, આમ ઓટોમોબાઈલ એક્ઝોસ્ટ પોસ્ટ-માઉન્ટેડ થ્રી-વે ઉત્પ્રેરક કન્વર્ટરના શુદ્ધિકરણને સાકાર કરવામાં આવ્યું.

ફિગ. 4 ma(a), Co/ MA(b), LaCo/MA(c), CeCo/MA(d), YCo/MA(e) અને SmCo/MA(f) ની HRTEM છબીઓ

આકૃતિ 5 Fe2O3/Meso-CeAl-100 ની TEM છબી (A) અને EDS તત્વ આકૃતિ (b,c)

૩.૩ તેજસ્વી કામગીરી

દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોના ઇલેક્ટ્રોન વિવિધ ઉર્જા સ્તરો વચ્ચે સંક્રમણ કરવા અને પ્રકાશ ઉત્સર્જન કરવા માટે સરળતાથી ઉત્સાહિત થાય છે. દુર્લભ પૃથ્વી આયનોનો ઉપયોગ ઘણીવાર લ્યુમિનેસેન્ટ સામગ્રી તૈયાર કરવા માટે સક્રિયકર્તા તરીકે થાય છે. રેર પૃથ્વી આયનોને કોપ્રિસિપિટેશન પદ્ધતિ અને આયન વિનિમય પદ્ધતિ દ્વારા એલ્યુમિનિયમ ફોસ્ફેટ હોલો માઇક્રોસ્ફિયર્સની સપાટી પર લોડ કરી શકાય છે, અને લ્યુમિનેસેન્ટ સામગ્રી AlPO4∶RE(La,Ce,Pr,Nd) તૈયાર કરી શકાય છે. લ્યુમિનેસેન્ટ તરંગલંબાઇ નજીકના અલ્ટ્રાવાયોલેટ ક્ષેત્રમાં છે. MA તેના જડતા, ઓછા ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક અને ઓછી વાહકતાને કારણે પાતળા ફિલ્મોમાં બનાવવામાં આવે છે, જે તેને વિદ્યુત અને ઓપ્ટિકલ ઉપકરણો, પાતળા ફિલ્મો, અવરોધો, સેન્સર વગેરે પર લાગુ પડે છે. તેનો ઉપયોગ પ્રતિભાવ એક-પરિમાણીય ફોટોનિક સ્ફટિકો, ઊર્જા ઉત્પાદન અને પ્રતિબિંબ વિરોધી કોટિંગ્સને સંવેદના આપવા માટે પણ થઈ શકે છે. આ ઉપકરણો ચોક્કસ ઓપ્ટિકલ પાથ લંબાઈ સાથે સ્ટેક્ડ ફિલ્મો છે, તેથી રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ અને જાડાઈને નિયંત્રિત કરવી જરૂરી છે. હાલમાં, ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સવાળા ટાઇટેનિયમ ડાયોક્સાઇડ અને ઝિર્કોનિયમ ઓક્સાઇડ અને ઓછા રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સવાળા સિલિકોન ડાયોક્સાઇડનો ઉપયોગ ઘણીવાર આવા ઉપકરણોને ડિઝાઇન અને બનાવવા માટે થાય છે. વિવિધ સપાટી રાસાયણિક ગુણધર્મો ધરાવતી સામગ્રીની ઉપલબ્ધતા શ્રેણી વિસ્તૃત થાય છે, જે અદ્યતન ફોટોન સેન્સર ડિઝાઇન કરવાનું શક્ય બનાવે છે. ઓપ્ટિકલ ઉપકરણોની ડિઝાઇનમાં MA અને ઓક્સીહાઇડ્રોક્સાઇડ ફિલ્મોનો પરિચય મહાન સંભાવના દર્શાવે છે કારણ કે રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ જેવો જ છે. પરંતુ રાસાયણિક ગુણધર્મો અલગ છે.

૩.૪ થર્મલ સ્થિરતા

તાપમાનમાં વધારા સાથે, સિન્ટરિંગ MA ઉત્પ્રેરકના ઉપયોગની અસરને ગંભીર અસર કરે છે, અને ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર ઘટે છે અને γ-Al2O3in સ્ફટિકીય તબક્કો δ અને θ થી χ તબક્કામાં રૂપાંતરિત થાય છે. દુર્લભ પૃથ્વી સામગ્રીમાં સારી રાસાયણિક સ્થિરતા અને થર્મલ સ્થિરતા, ઉચ્ચ અનુકૂલનક્ષમતા અને સરળતાથી ઉપલબ્ધ અને સસ્તી કાચી સામગ્રી હોય છે. દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોનો ઉમેરો થર્મલ સ્થિરતા, ઉચ્ચ તાપમાન ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર અને વાહકની યાંત્રિક ગુણધર્મોને સુધારી શકે છે, અને વાહકની સપાટીની એસિડિટીને સમાયોજિત કરી શકે છે. La અને Ce સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા અને અભ્યાસ કરાયેલા ફેરફાર તત્વો છે. લુ વેઇગુઆંગ અને અન્ય લોકોએ શોધી કાઢ્યું કે દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોના ઉમેરાથી એલ્યુમિના કણોના જથ્થાબંધ પ્રસારને અસરકારક રીતે અટકાવી શકાય છે, La અને Ce એ એલ્યુમિનાની સપાટી પર હાઇડ્રોક્સિલ જૂથોનું રક્ષણ કર્યું છે, સિન્ટરિંગ અને તબક્કા પરિવર્તનને અટકાવ્યું છે, અને મેસોપોરસ માળખામાં ઉચ્ચ તાપમાનના નુકસાનને ઘટાડ્યું છે. તૈયાર એલ્યુમિનામાં હજુ પણ ઉચ્ચ ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર અને છિદ્ર વોલ્યુમ છે. જો કે, ખૂબ વધારે અથવા ખૂબ ઓછું દુર્લભ પૃથ્વી તત્વ એલ્યુમિનાની થર્મલ સ્થિરતા ઘટાડશે. લી યાનકિયુ એટ અલ. γ-Al2O3 માં 5% La2O3 ઉમેર્યું, જેનાથી થર્મલ સ્થિરતામાં સુધારો થયો અને એલ્યુમિના વાહકના છિદ્ર વોલ્યુમ અને ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર વધ્યો. આકૃતિ 6 માંથી જોઈ શકાય છે તેમ, γ-Al2O3 માં La2O3 ઉમેરવામાં આવ્યું, દુર્લભ પૃથ્વી સંયુક્ત વાહકની થર્મલ સ્થિરતામાં સુધારો થયો.

La થી MA સાથે નેનો-ફાઇબરસ કણોના ડોપિંગની પ્રક્રિયામાં, ગરમીની સારવાર તાપમાન વધે ત્યારે MA-La નો BET સપાટી વિસ્તાર અને છિદ્રોનું પ્રમાણ MA કરતા વધારે હોય છે, અને La સાથે ડોપિંગ ઉચ્ચ તાપમાને સિન્ટરિંગ પર સ્પષ્ટ મંદ અસર કરે છે. જેમ કે આકૃતિ 7 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, તાપમાનમાં વધારો થવાથી, La અનાજની વૃદ્ધિ અને તબક્કા પરિવર્તનની પ્રતિક્રિયાને અટકાવે છે, જ્યારે આકૃતિ 7a અને 7c નેનો-ફાઇબરસ કણોનું સંચય દર્શાવે છે. આકૃતિ 7b માં, 1200℃ પર કેલ્સિનેશન દ્વારા ઉત્પાદિત મોટા કણોનો વ્યાસ લગભગ 100nm છે. તે MA ના નોંધપાત્ર સિન્ટરિંગને ચિહ્નિત કરે છે. વધુમાં, MA-1200 ની તુલનામાં, MA-La-1200 ગરમીની સારવાર પછી એકત્ર થતું નથી. La ના ઉમેરા સાથે, નેનો-ફાઇબર કણોમાં વધુ સારી સિન્ટરિંગ ક્ષમતા હોય છે. ઊંચા કેલ્સિનેશન તાપમાને પણ, ડોપેડ La હજુ પણ MA સપાટી પર ખૂબ જ વિખરાય છે. C3H8 ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયામાં Pd ઉત્પ્રેરકના વાહક તરીકે La સંશોધિત MA નો ઉપયોગ કરી શકાય છે.

આકૃતિ 6 દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો સાથે અને વગર સિન્ટરિંગ એલ્યુમિનાનું માળખું મોડેલ

ફિગ. 7 MA-400 (a), MA-1200(b), MA-La-400(c) અને MA-La-1200(d) ની TEM છબીઓ

૪ નિષ્કર્ષ

રેર અર્થ મોડિફાઇડ MA મટિરિયલ્સની તૈયારી અને કાર્યાત્મક ઉપયોગની પ્રગતિ રજૂ કરવામાં આવી છે. રેર અર્થ મોડિફાઇડ MAનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. ઉત્પ્રેરક એપ્લિકેશન, થર્મલ સ્થિરતા અને શોષણમાં ઘણું સંશોધન કરવામાં આવ્યું હોવા છતાં, ઘણી સામગ્રી ઊંચી કિંમત, ઓછી ડોપિંગ માત્રા, નબળી ક્રમ અને ઔદ્યોગિકીકરણ માટે મુશ્કેલ છે. ભવિષ્યમાં નીચેના કાર્ય કરવાની જરૂર છે: રેર અર્થ મોડિફાઇડ MA ની રચના અને માળખું ઑપ્ટિમાઇઝ કરો, યોગ્ય પ્રક્રિયા પસંદ કરો, કાર્યાત્મક વિકાસને પૂર્ણ કરો; ખર્ચ ઘટાડવા અને ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનને સાકાર કરવા માટે કાર્યાત્મક પ્રક્રિયા પર આધારિત પ્રક્રિયા નિયંત્રણ મોડેલ સ્થાપિત કરો; ચીનના રેર અર્થ સંસાધનોના ફાયદાઓને મહત્તમ કરવા માટે, આપણે રેર અર્થ MA મોડિફાઇડની પદ્ધતિનું અન્વેષણ કરવું જોઈએ, રેર અર્થ મોડિફાઇડ MA તૈયાર કરવાના સિદ્ધાંત અને પ્રક્રિયામાં સુધારો કરવો જોઈએ.

ફંડ પ્રોજેક્ટ: શાંક્સી સાયન્સ એન્ડ ટેકનોલોજી ઓવરઓલ ઇનોવેશન પ્રોજેક્ટ (2011KTDZ01-04-01); શાંક્સી પ્રાંત 2019 સ્પેશિયલ સાયન્ટિફિક રિસર્ચ પ્રોજેક્ટ (19JK0490); 2020 સ્પેશિયલ સાયન્ટિફિક રિસર્ચ પ્રોજેક્ટ, શી'આન યુનિવર્સિટી ઓફ આર્કિટેક્ચર એન્ડ ટેકનોલોજી (20KY02)

સ્ત્રોત: રેર અર્થ