基本信息
- 项目名称：
- 纳米结构氧化铈的合成与应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 纳米氧化铈有异常优良的物理化学性能，被广泛应用于汽车尾气净化催化材料、光催化剂、防腐涂层、气体传感器、燃料电池等方面。目前氧化铈的制备工艺复杂，研发一种新的制备纳米氧化铈的方法，具有重要的科学意义和应用价值。 刚果红染料在生产和使用过程中流失率高，如不经过处理直接排放，对环境的危害作用很大。传统的处理方法效果很不理想，纳米结构的氧化铈在印染废水治理方面崭露头角。
- 详细介绍：
- 一、原理和实验方法 本发明采用化学共沉淀法在室温下制备得到纳米结构氧化铈（纳米颗粒、纳米棒、纳米颗粒和纳米棒的混合结构，如图1），然后用其降解刚果红废水。降解效果如图2-4。 二、创新点 1、采用化学共沉淀法，室温下制备纳米结构氧化铈。不需要高温煅烧，实验设备简单，成本低，反应条件简单，反应过程易于控制，反应均匀。 2、不同比例、不同结构的纳米氧化铈催化降解刚果红废水。降解在常温常压下进行，操作简单，降解速度快，条件容易控制，节能廉价，氧化铈可重复回收利用。 三、应用前景 本发明中纳米结构氧化铈的制备方法简单，对于合成新的纳米结构和改进其制备方法具有重要的指导作用。纳米结构氧化铈可重复用于处理刚果红废水，解决了染料废水难以生物降解，直接危害人体健康，严重破坏水体、土壤等问题，改善人类的生存环境。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1、目的和基本思路：纳米氧化铈有异常优良的物理化学性能，被广泛应用于汽车尾气净化催化材料、光催化剂、防腐涂层、气体传感器、燃料电池等方面。目前氧化铈的制备工艺复杂，研发一种新的制备方法，具有重要的科学意义和应用价值。 刚果红染料在生产和使用过程中流失率高，如不经过处理直接排放，严重危害环境。传统的处理方法效果很不理想，目前纳米氧化铈在印染废水治理方面崭露头角。 本发明采用在室温下合成了纳米氧化铈并用其处理刚果红染料废水，获得了一种简易、高效、低成本合成纳米氧化铈和处理刚果红染料废水的新方法。 2、创新点：①采用化学共沉淀法，室温下合成纳米氧化铈。不需要高温煅烧，实验设备简单，成本低，反应条件简单，反应过程易于控制，反应均匀。②不同质量、不同形貌纳米氧化铈催化降解刚果红废水。常温常压下进行，操作简单，降解速度快，条件容易控制，循环利用，节能、廉价。 3、技术关键：在本发明中，影响纳米氧化铈形成的因素：铈盐，CTAB量，反应和陈化时间；影响刚果红溶液降解的因素：纳米氧化铈的形貌和质量，刚果红溶液的浓度，温度等。 4、主要技术指标：①本发明中，纳米氧化铈的合成和刚果红溶液的降解均在室温下完成。②纳米颗粒粒径为5-10 nm；纳米棒长度100-200 nm，直径12 nm；纳米颗粒和纳米棒混合结构中，纳米颗粒粒径为5-10 nm，纳米棒长度100-150 nm，直径14 nm。③不同形貌纳米氧化铈第一次和第二次降解刚果红溶液的最佳降解率达95%以上。
科学性、先进性
- 纳米结构的制备方法有多种，其中室温制备或低温制备纳米氧化铈结构已有报道。而利用化学共沉淀法制备过程中，通常会采用高温焙烧得到不同粒径的纳米结构。本发明中采用化学共沉淀法室温下利用CTAB和氯化铈合成氧化铈纳米颗粒、纳米棒、纳米颗粒和纳米棒混合结构。具有实验设备简单，低成本，反应条件简单，反应过程易于控制，反应均匀且易合成不同形貌纳米氧化铈的优点。 氧化铈处理刚果红染料废水，国内北京化工大学郭广生等专利报道了“纳米氧化铈颗粒处理活性蓝染料废水”。国外文献中，中山大学Lu Xihong报道了利用氧化铈纳米线处理刚果红废水。这说明纳米级稀土材料成为治理染料废水的新方法。而本发明采用自有技术合成不同氧化铈纳米结构，并用于处理刚果红废水。 综上所述，本发明提出了室温下化学共沉淀法利用CTAB和氯化铈合成不同的纳米氧化铈（氧化铈纳米颗粒、纳米棒、纳米颗粒和纳米棒混合结构），同时，利用得到的氧化铈纳米结构处理刚果红染料废水，国内外公开文献中未见其它相同报道。
获奖情况及鉴定结果
- 荣获云南大学学生课外学术科技作品竞赛一等奖 第六届云南高校青年学术科技作品竞赛二等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 现场演示 图片 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 与现有的技术相比，本发明的优点为：1、不需要高温煅烧，在室温下合成不同形貌纳米氧化铈，实验设备简单，成本低，反应条件简单，反应过程易于控制，反应均匀。2、降解刚果红染料废水在常温常压下进行，操作工艺简单，降解率达到95%以上，降解速度快，条件容易控制，降解产物纯净（通过实验仪器分析，染料刚果红废水基本降解完全），高效廉价，氧化铈可重复回收利用。对生态环境和人类健康将产生巨大的影响。
同类课题研究水平概述
- 国内外报道显示，纳米氧化铈的制备方法有多种，其中室温制备或低温制备纳米氧化铈已有报道，如室温（湿）固相化学反应法、室温自蔓延法、超声雾化法。而利用化学共沉淀法制备过程中，通常会采用高温焙烧得到不同粒径的纳米结构。本人2010年报道了采用化学共沉淀法室温下利用CTAB和氯化铈合成氧化铈纳米颗粒，并相继通过实验用化学共沉淀法室温下得到氧化铈纳米棒，纳米颗粒和纳米棒混合结构。本实验方法具有实验设备简单，低成本，反应条件简单，反应过程易于控制，反应均匀且易合成不同形貌纳米氧化铈的优点，国内外文献中尚未见其它相同报道。 本发明制备的纳米氧化铈可广泛应用于汽车尾气净化催化材料、光催化剂、防腐涂层、气体传感器、燃料电池、离子薄膜、抛光材料等方面，为社会发展和经济建设带来了巨大的影响。 近年来，纳米结构的氧化铈在印染废水治理方面也获得了国内外研究者的广泛关注，利用本发明得到的纳米氧化铈结构处理染料刚果红废水，降解在常温常压下进行，操作工艺简单，降解速度快，条件容易控制，节能廉价。降解率达到95%以上，降解时间快（2-180 min左右），降解产物纯净（通过实验仪器分析，染料刚果红废水基本降解完全）等优点，国内外公开文献中未见其它相同报道。本发明能高效地治理染料刚果红废水，并可以循环利用，对生态环境和人类健康将产生极大的作用。
