Lưu ý quan trọng về hóa chất công nghiệp Xeri(IV) Oxit
Xeri là loại kim loại đất hiếm dồi dào nhất được tìm thấy trong lớp vỏ Trái đất. Một số khoáng chất oxit của xeri được khai thác, xử lý phục vụ cho các ứng dụng dược phẩm và công nghiệp. Trong tất cả các khoáng chất của xeri, xeri(IV) oxit nhận được nhiều sự chú ý trong thị trường công nghệ nano toàn cầu nhất.
Tốc độ tăng trưởng nhanh của dân số thế giới là nguyên nhân chính dẫn đến tăng mức tiêu thụ năng lượng hàng năm. Các nguồn năng lượng chính đáp ứng nhu cầu tiêu thụ toàn cầu bắt nguồn từ nhiên liệu dầu mỏ. Những lo ngại gia tăng về sự thiếu hụt các nguồn cung cấp năng lượng là vấn đề cần giải quyết. Vì vậy, việc nghiên cứu ra các nguồn năng lượng thay thế đã trở thành vấn đề ưu tiên hàng đầu. Thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ mới có thể đáp ứng năng lượng trong tương lai.
Xem thêm:
Ứng dụng hóa chất công nghiệp Natri metabisunfit
Hóa chất công nghiệp Xeri(IV) Oxit là gì?
Xeri(IV) oxit là hóa chất công nghiệp có công thức hóa học CeO2 dạng bột màu vàng. Hợp chất này không hòa tan trong nước nhưng hòa tan vừa phải trong các axit mạnh. CeO2 dạng hơi dễ hút ẩm, hấp thụ một lượng nhỏ độ ẩm và CO2 từ khí quyển. Xeri(IV) oxit còn biết đến với các tên gọi khác là xeri dioxit, opaline, ceria.
Hóa chất Xeri(IV) oxit có vai trò quan trọng trong công nghiệp
Sản xuất hóa chất Xeri(IV) oxit trong công nghiệp
Phương pháp sản xuất xeri(IV) oxit sử dụng một loại muối xeri có độ tinh khiết cao. Xeri(IV) oxit thu được bằng cách xử lý muối xeri ở nhiệt độ cao.
Sản xuất muối xeri cần quặng đất hiếm chứa xeri làm nguyên liệu. Quặng bastnaesite, cát nặng, parankerite,… là nguyên liệu chính được sử dụng. Các quặng này được đưa đi xử lý tách, lọc các thành phần không cần thiết. Đất hiếm được cô đặc và xử lý hóa học bằng các phản ứng phân hủy kiềm, phân hủy axit sunfuric, kết tủa phân đoạn hydroxit,… Quá trình này loại bỏ các tạp chất không hòa tan. Sau đó các hợp chất được chiết xuất bằng dung môi để giảm các loại đất hiếm như neodymium. Cuối quá trình thu được dung dịch muối đất hiếm chứa xeri.
Bastnaesite lầ quặng khoáng có chưa lượng lớn Xeri
Đối với dung dịch muối đất hiếm chứa xeri, chất kết tủa như amoni hydro cacbonat, amoniac, natri hydro cacbonat, natri cacbonat, axit oxalic,… được thêm vào để tạo ra sản phẩm kết tủa. Các sản phẩm kết tủa phổ biến là cacbonat đất hiếm, hydroxit đất hiếm, oxalate đất hiếm,… Và cuối cùng sản phẩm thu được là muối xeri ( theo Đơn xin cấp bằng sáng chế của Nhật Bản Laid-Open số 2002-371267).
Muối xeri được đưa đi nung với nhiệt độ cao để tạo ra xeri(IV) oxit.
Ứng dụng của hóa chất Xeri(IV) oxit
Xeri(IV) oxit (ceria) đang ngày càng phổ biến trong các ứng dụng xúc tác. Trong một số trường hợp, hóa chất này đã trở thành một thành phần không thể thay thế. Xuất phát từ các thuộc tính cấu trúc và oxy hóa khử nội tại của ceria. Việc giảm các hạt ceria xuống cấp độ nano có tác động lớn tới hiệu quả xúc tác. Sự phổ biến của các phương pháp tổng hợp cải tiến cho phép kiểm soát hình thái và kích thước cuối cùng của cấu trúc nano. Điều này đang mở ra những khả năng mới về tiềm năng xúc tác, đặc biệt là cho các ứng dụng liên quan đến năng lượng.
Xem thêm:
Hóa chất Axit Gluconic và ứng dụng công nghiệp
Sử dụng trong pin nhiên liệu oxit rắn
Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) là ngành có tiềm năng lớn trong việc cung cấp năng lượng điện sạch. Do đó, nghiên cứu trong lĩnh vực này thu hút sự chú ý lớn trong thời gian gần đây. Xeri(IV) oxit được pha tạp để sử dụng làm vật liệu cực dương trong pin nhiên liệu oxit rắn ở nhiệt độ cao (SOFC). Nhiều báo cáo cho thấy các chất dẫn ion dựa trên xeri(IV) oxit có khả năng chống lắng đọng carbon rất lớn. Ngoài ra, hợp chất này còn có khả năng cho phép cung cấp nhiên liệu hydrocarbon khô không thể tự do vào cực dương. Pin được duy trì nhiệt độ trong khoảng từ 200 đến 1000°C và chu trình oxy hóa khử xảy ra ổn định.
Ứng dụng trong đồ gốm, sứ
Bột xeri(IV) oxit được nghiền khô thành các cỡ hạt dưới micromet để điều chế hỗn hợp gốm để ép phun. Mẫu vật được đúc theo hình dạng xác định. Động học thiêu kết của các vật này được nghiên cứu trong môi trường không khí trong các điều kiện thiêu kết khác nhau và bằng phương pháp thiêu kết kiểm soát tỷ lệ.
Ứng dụng trong hóa chất xúc tác
Hấp thụ oxy và giải phóng xeri(IV) oxit do sự chuyển đổi thuận nghịch giữa Ce3+ và Ce4+. Điều này làm cho vật liệu này trở thành thành phần chính cho các ứng dụng xúc tác. Các cấu trúc nano-micro ceria khác nhau lần lượt được nghiên cứu ra. Các phân tử này được ứng dụng rộng rãi trong những năm gần đây.
Các hạt Xeri(IV) oxit nano la phương pháp cải tiến góp phần rât lớn cho công nghiệp
Oxy hóa carbon monoxide (CO) là phản ứng được nghiên cứu nhiều nhất. Trong quá trình oxy hóa CO, vật liệu nano ceria nâng cao khả năng lưu trữ oxy của các chất xúc tác ở nhiệt độ thấp. Diện tích bề mặt lớn giúp các thành phần hoạt động tiếp xúc với chất phản ứng, hiệu suất xúc tác quá trình tăng. Nhưng vẫn xuất hiện nhiều ý kiến khác nhau về việc đánh giá hiệu suất oxy hóa CO.
Quang xúc tác
Đối với ngành công nghiệp, tách nước quang xúc tác là một lĩnh vực nghiên cứu cho năng lượng tái tạo, lọc nước và không khí. Một chất quang xúc tác dựa trên hạt nano xeri(IV) oxit mới và hiệu quả đã được tạo ra. Hoạt động xúc tác quang hóa của hạt nano ceria phục vụ cho việc tạo oxy từ nước. Với điều kiện phù hợp, kích thước hạt ceria nhỏ hơn sẽ cho hiệu quả quá trình tốt hơn.
Ứng dụng khác
Nhiều ứng dụng phổ biến của xeri(IV) oxit bao gồm luyện kim, đánh bóng thủy tinh, trong phốt pho. Trong sản xuất thép, hóa chất xeri(IV) oxit được sử dụng để loại bỏ oxy và lưu huỳnh tự do. Xeri(IV) oxit được coi là chất đánh bóng thủy tinh hiệu quả nhất để đánh bóng bề mặt.
Xem thêm:
Hóa chất công nghiệp Nitrogen, ứng dụng và cách sử dụng
