納米二氧化鈰在環境方面的研究應用

宋 佳，李若菲，周 禹，宋烈光，王紅俠

(宿遷學院 信息工程學院，江蘇 宿遷 223800)

隨著現代社會的飛速發展，在生活各個水平層面都快速提高的同時也不可避免的帶來了巨額的污染。由各式污染引起的環境問題成為全球人民的聚焦點。其中過低的能源利用效率更是加劇了這一情況。

納米二氧化鈰是一種價格低廉并且用途廣泛的材料[1-2]，可以應用在發光材料、紫外線吸收劑、汽車尾氣凈化、固體氧化物燃料和污水處理上，其作用在環境下優點尤為突出。

1 納米CeO2的研究應用

1.1 納米CeO2在污水處理方面的應用

污水處理被廣泛應用于建筑、農業、交通、能源、石化、環保、城市景觀、醫療、餐飲等各個領域。因此污水的處理一直都是壓在人們心中的大石，在民眾心里的地位越加重要。

納米在環境保護領域具有廣泛的應用，在有機污染物廢水的處理的領域更是占有重要的地位。有機污染物廢水處理的眾多方式中催化臭氧氧化是其中效率較高的方式之一。而催化臭氧氧化處理廢水能提高臭氧利用率、有機污染物的去除率和礦化度[3]。CeO2在催化臭氧氧化反應的重要活性組分，能夠吸附臭氧分子并且將其分解，對提高污水的處理效率有著顯著的效果。通過研究表明納米CeO2的形貌會影響催化臭氧水的效果，通過研究表明納米CeO2的形貌會影響催化臭氧水的經過實驗證明，在各類形態中的CeO2納米花實驗結果最佳[4-6]。

1.2 納米CeO2在汽車尾氣處理方面的應用

汽車是一個流動的污染源，汽車尾氣(主要有害成分是一氧化碳，碳氫化合物，氮氧化合物)是引起空氣污染的主要因素之一。可以說，在世界各國，汽車污染早已不再是新話題。它的有效治理非常緊迫，并且任務艱巨。二氧化鈰憑借其優異的性能被人們廣泛用于汽車尾氣的降解及環境的保護。而實驗研究表明，在汽車尾氣凈化催化劑中，助催化劑CeO2的作用有兩個[7-8]：1)獨特的儲氧釋氧功能，2)助催化劑CeO2影響貴金屬顆粒的大小。因此，添加微米-納米級別的CeO2比普通的CeO2比表面積大，涂層量高，所含的有害雜質量低；其儲氧能力也顯著提高。同時，隨著CeO2顆粒的減小，使得貴金屬顆粒尺寸減小，比表面增大，更大程度地增強了催化劑的催化活性[9]。

我國稀土的儲量分布較為集中，在全國總的稀土儲量中舉足輕重，享譽稀土大國。而貴金屬資源相對匱乏，價格昂貴，很難推廣。而二氧化鈰是稀土氧化物中活性最高的氧化物催化劑[10]，利用廉價豐富的納米CeO2為助催化劑去降解汽車尾氣中的有害氣體，對稀土資源的發展具有巨大的意義。

1.3 納米CeO2抗紫外方面的應用

人的皮膚和眼睛對紫外線頗為敏感，受影響最為明顯，對人體的影響程度取決于紫外的波長，波長越短，對皮膚的穿透程度越小，反之，波長越長，透入皮膚的程度越大。被紫外線直接照射時，往往在6～8 h的潛伏期之后一些皮膚癥狀才漸漸顯現，例如，皮膚干燥不適、皮膚皺縮等，更有嚴重者出現曬傷情況。所以，很多人通過身著防曬服，涂抹防曬霜等化妝品來減少紫外線對人體皮膚的損傷。

傳統的紫外線屏蔽劑大多數是有機物，有機紫外線屏蔽劑主要是起到對紫外線的吸收作用。而納米CeO2對紫外線具有很強的吸收作用，它價格低廉、吸收效果好且沒有毒性，它在日常防曬、隔離化妝品中應用較廣。

1.4 納米CeO2在燃料電池方面的應用

地球上現如今的主要能源包括石油，煤，天然氣等，但大多是不清潔能源，不僅不具備可持續發展性，而且會對環境產生巨額污染，另外其低效的發電效率更是加劇了其對環境的負擔。固體氧化物燃料屬于第三代燃料，能量的轉化效率高，適應的應用范圍廣，對環境相對友好。固體氧化物燃料是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環境友好地轉化成電能的全固態化學發電裝置。CeO2是固體氧化物燃料電池氧化物離子導體中主要基體材料中的一種材料，因其納米材料和CeO2特有的納米比表面積大，反應活性高的優勢提高了電池的儲氧量和傳氧量[13]。

2 存在問題

我們國內雖有著豐富的稀土元素儲量，然而是我國對其研究及開發技術尚有缺憾，使得稀土元素利用率較低。且在二氧化鈰需求量益增的今日，其化學制備方式仍有許多不足。納米二氧化鈰顆粒因其特殊性質，對人類健康和生態環境也造成一定的負面影響[14-15]，如納米二氧化鈰的氧化催化活性太高，因此阻礙了抗紫外線性能更好的發揮。

3 結語

納米二氧化鈰是性能優異的新型納米材料，在環境的治理上具有良好的應用前景。其物理化學性能為新型納米技術研究領域的熱點之一， 以二氧化鈰為基底，摻雜了其他金屬的改良催化劑具有很多優良性質，應用在實際中能對現實中汽車尾氣的處理有非常積極的作用[15]。納米二氧化鈰的研究與應用為相關納米材料的發展提供了真切有效的可能，不僅促進了稀土元素的應用，同時對環境保護也起了相當積極的作用。