پیشینه و وضعیت کلی
عناصر خاکی کمیابتخته کف اسکاندیم IIIB، ایتریم و لانتانیم در جدول تناوبی هستند. عناصر l7 وجود دارند. خاک کمیاب خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی دارد و به طور گسترده در صنعت، کشاورزی و سایر زمینهها مورد استفاده قرار گرفته است. خلوص ترکیبات خاک کمیاب مستقیماً خواص ویژه مواد را تعیین میکند. خلوص مختلف مواد خاک کمیاب میتواند مواد سرامیکی، مواد فلورسنت و مواد الکترونیکی با الزامات عملکردی مختلف تولید کند. در حال حاضر، با توسعه فناوری استخراج خاک کمیاب، ترکیبات خاک کمیاب تمیز چشمانداز بازار خوبی را ارائه میدهند و تهیه مواد خاک کمیاب با کارایی بالا، الزامات بالاتری را برای ترکیبات خاک کمیاب تمیز مطرح میکند. ترکیب سریم طیف وسیعی از کاربردها را دارد و تأثیر آن در اکثر کاربردها مربوط به خلوص، خواص فیزیکی و محتوای ناخالصی آن است. در توزیع عناصر خاک کمیاب، سریم حدود 50٪ از منابع خاک کمیاب سبک را تشکیل میدهد. با افزایش کاربرد سریم با خلوص بالا، نیاز به شاخص محتوای غیر کمیاب برای ترکیبات سریوم بیشتر و بیشتر میشود.اکسید سریماکسید سریم، اکسید سریک است، شماره CAS آن 1306-38-3، فرمول مولکولی آن CeO2 و وزن مولکولی آن 172.11 است. اکسید سریم پایدارترین اکسید عنصر خاکی کمیاب سریم است. این ماده در دمای اتاق جامد به رنگ زرد کمرنگ است و با گرم شدن تیرهتر میشود. اکسید سریم به دلیل عملکرد عالی خود، به طور گسترده در مواد لومینسانس، کاتالیزورها، پودر جلا، محافظ UV و سایر جنبهها استفاده میشود. در سالهای اخیر، این ماده مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. تهیه و عملکرد اکسید سریم در سالهای اخیر به یک کانون تحقیقاتی تبدیل شده است.
فرآیند تولید
روش ۱: در دمای اتاق هم بزنید، محلول هیدروکسید سدیم ۵.۰ مول بر لیتر را به محلول سولفات سریم ۰.۱ مول بر لیتر اضافه کنید، مقدار pH را روی بیشتر از ۱۰ تنظیم کنید و واکنش رسوبگذاری انجام شود. رسوب پمپ شد، چندین بار با آب دیونیزه شسته شد و سپس به مدت ۲۴ ساعت در فر با دمای ۹۰ درجه سانتیگراد خشک شد. پس از آسیاب و فیلتر کردن (اندازه ذرات کمتر از ۰.۱ میلیمتر)، اکسید سریم به دست آمده و در جای خشک و دربسته نگهداری میشود. روش ۲: کلرید سریم یا نیترات سریم را به عنوان مواد اولیه مصرف کنید، مقدار pH را با آب آمونیاک به ۲ تنظیم کنید، اگزالات را اضافه کنید تا اگزالات سریم رسوب کند، پس از حرارت دادن، پخت، جداسازی و شستشو، در دمای ۱۱۰ درجه سانتیگراد خشک کنید، سپس در دمای ۹۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد بسوزانید تا اکسید سریم تشکیل شود. اکسید سریم را میتوان با گرم کردن مخلوط اکسید سریم و پودر کربن در دمای 1250 درجه سانتیگراد در جو مونوکسید کربن به دست آورد.
کاربرد
اکسید سریم به عنوان افزودنی در صنعت شیشه، مواد ساینده شیشه بشقاب استفاده میشود و به شیشه ساینده عینک، لنزهای اپتیکی، کینسکوپ، سفیدکننده، شفافکننده، شیشه در برابر اشعه ماوراء بنفش و جذب سیم الکترونیکی و غیره نیز گسترش یافته است. همچنین به عنوان ضد بازتاب برای لنز عینک استفاده میشود و سریم برای زرد کردن تیتانیوم سریم به منظور زرد روشن کردن شیشه استفاده میشود. جبهه اکسیداسیون عناصر خاکی کمیاب تأثیر خاصی بر تبلور و خواص سرامیکهای شیشهای در سیستم THE CaO-MgO-AI2O3-SiO2 دارد. نتایج تحقیقات نشان میدهد که افزودن یک جبهه اکسیداسیون مناسب برای بهبود اثر شفافسازی مایع شیشه، از بین بردن حبابها، فشردهسازی ساختار شیشه و بهبود خواص مکانیکی و مقاومت قلیایی مواد مفید است. مقدار بهینه افزودن اکسید سریم ۱.۵ است، زمانی که در لعاب سرامیک و صنعت الکترونیک به عنوان یک نفوذکننده سرامیکی پیزوالکتریک استفاده میشود. همچنین در ساخت کاتالیزور با فعالیت بالا، پوشش لامپ گازی، صفحه نمایش فلورسنت اشعه ایکس (عمدتاً در عامل صیقل دهنده لنز) استفاده میشود. پودر صیقل دهنده سریم خاکی کمیاب به طور گسترده در دوربینها، لنزهای دوربین، لامپ تصویر تلویزیون، لنز و غیره استفاده میشود. همچنین میتواند در صنعت شیشه استفاده شود. اکسید سریم و دی اکسید تیتانیوم را میتوان با هم برای زرد کردن شیشه استفاده کرد. اکسید سریم برای رنگزدایی شیشه دارای مزایای عملکرد پایدار در دمای بالا، قیمت پایین و عدم جذب نور مرئی است. علاوه بر این، اکسید سریم به شیشه مورد استفاده در ساختمانها و اتومبیلها اضافه میشود تا عبور نور ماوراء بنفش را کاهش دهد. برای تولید مواد لومینسانس خاکی کمیاب، اکسید سریم به عنوان فعال کننده در فسفرهای سه رنگ خاکی کمیاب مورد استفاده در مواد لومینسانس لامپهای کممصرف و فسفرهای مورد استفاده در نشانگرها و آشکارسازهای تابش اضافه میشود. اکسید سریم همچنین ماده اولیه برای تهیه فلز سریم است. علاوه بر این، در مواد نیمههادی، رنگدانههای درجه بالا و حساسکننده شیشه حساس به نور، تصفیهکننده اگزوز خودرو به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. کاتالیزور برای تصفیه اگزوز خودرو عمدتاً از حامل سرامیکی (یا فلزی) لانه زنبوری و پوشش فعال سطحی تشکیل شده است. پوشش فعال شده شامل یک منطقه بزرگ از گاما-تری اکسید، مقدار مناسبی از اکسیدها که سطح را تثبیت میکنند و یک فلز با فعالیت کاتالیزوری پراکنده در داخل پوشش است. به منظور کاهش دوز گران قیمت Pt و Rh، افزایش دوز Pd نسبتاً ارزان است، هزینه کاتالیزور را بدون کاهش کاتالیزورهای تصفیه اگزوز خودرو تحت فرض عملکرد مختلف، که معمولاً از Pt.Pd استفاده میشود، کاهش میدهد. فعالسازی پوشش کاتالیزور سهتایی Rh، که معمولاً یک روش غوطهوری کامل برای اضافه کردن مقدار مشخصی از اکسید سریم و اکسید لانتانیم است، یک اثر کاتالیزوری عالی از عناصر خاکی کمیاب را تشکیل میدهد. کاتالیزور سهتایی فلزات گرانبها. اکسید لانتانیم و اکسید سریم به عنوان کمکی برای بهبود عملکرد کاتالیزورهای فلز نجیب با پایه A-آلومینا استفاده شدند. طبق تحقیقات، مکانیسم کاتالیزوری اکسید سریم و اکسید لانتانیم عمدتاً بهبود فعالیت کاتالیزوری پوشش فعال، تنظیم خودکار نسبت هوا به سوخت و کاتالیز و بهبود پایداری حرارتی و استحکام مکانیکی حامل است.