पार्श्वभूमी आणि सर्वसाधारण परिस्थिती
दुर्मिळ पृथ्वी घटकआवर्त सारणीमध्ये IIIB गटातील स्कँडियम, यट्रियम आणि लँथेनम हे १७ मूलद्रव्ये आहेत. दुर्मिळ मृदा मूलद्रव्यांमध्ये अद्वितीय भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म असतात आणि त्यांचा उद्योग, शेती व इतर क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. दुर्मिळ मृदा संयुगांची शुद्धता थेट त्या पदार्थांचे विशेष गुणधर्म ठरवते. दुर्मिळ मृदा पदार्थांच्या वेगवेगळ्या शुद्धतेपासून वेगवेगळ्या कार्यक्षमतेच्या आवश्यकता असलेले सिरॅमिक पदार्थ, प्रतिदीप्त पदार्थ आणि इलेक्ट्रॉनिक पदार्थ तयार करता येतात. सध्या, दुर्मिळ मृदा निष्कर्षण तंत्रज्ञानाच्या विकासामुळे, शुद्ध दुर्मिळ मृदा संयुगांना बाजारात चांगली संधी आहे, आणि उच्च-कार्यक्षम दुर्मिळ मृदा पदार्थांच्या निर्मितीमुळे शुद्ध दुर्मिळ मृदा संयुगांसाठी उच्च आवश्यकता निर्माण झाल्या आहेत. सेरियम संयुगांचे उपयोग विस्तृत आहेत, आणि बहुतेक उपयोगांमधील त्यांचा प्रभाव त्यांची शुद्धता, भौतिक गुणधर्म आणि अशुद्धतेच्या प्रमाणावर अवलंबून असतो. दुर्मिळ मृदा मूलद्रव्यांच्या वितरणात, हलक्या दुर्मिळ मृदा संसाधनांमध्ये सेरियमचा वाटा सुमारे ५०% आहे. उच्च शुद्धतेच्या सेरियमचा वापर वाढत असल्यामुळे, सेरियम संयुगांसाठी गैर-दुर्मिळ मृदा घटकांच्या निर्देशांकाची आवश्यकता अधिकाधिक वाढत आहे.सेरियम ऑक्साईडसेरियम ऑक्साईड, CAS क्रमांक १३०६-३८-३, आण्विक सूत्र CeO2, आण्विक वजन: १७२.११ आहे; सेरियम ऑक्साईड हे सेरियम या दुर्मिळ मूलद्रव्याचे सर्वात स्थिर ऑक्साईड आहे. सामान्य तापमानाला हा एक फिकट पिवळा घन पदार्थ असतो आणि गरम केल्यावर तो अधिक गडद होतो. त्याच्या उत्कृष्ट कामगिरीमुळे सेरियम ऑक्साईडचा वापर प्रकाशमान पदार्थ, उत्प्रेरक, पॉलिशिंग पावडर, अतिनील किरणांपासून संरक्षण आणि इतर अनेक बाबींमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. अलिकडच्या वर्षांत, याने अनेक संशोधकांचे लक्ष वेधून घेतले आहे. सेरियम ऑक्साईडची निर्मिती आणि त्याची कार्यक्षमता हे अलिकडच्या वर्षांत संशोधनाचे एक प्रमुख केंद्र बनले आहे.
उत्पादन प्रक्रिया
पद्धत १: खोलीच्या तापमानाला ढवळा, ०.१ मोल/लिटर सेरियम सल्फेटच्या द्रावणात ५.० मोल/लिटर सोडियम हायड्रॉक्साईडचे द्रावण घाला, pH मूल्य १० पेक्षा जास्त ठेवा आणि अवक्षेपण अभिक्रिया घडून येते. गाळ पंपाने काढून, निर्आयनीकृत पाण्याने अनेक वेळा धुऊन, नंतर ९०℃ तापमानाच्या ओव्हनमध्ये २४ तास वाळवा. दळून आणि गाळून (कणांचा आकार ०.१ मिमी पेक्षा कमी) सेरियम ऑक्साईड मिळवा आणि हवाबंद साठवणुकीसाठी कोरड्या जागी ठेवा. पद्धत २: सेरियम क्लोराईड किंवा सेरियम नायट्रेट कच्चा माल म्हणून घेऊन, अमोनिया पाण्याने pH मूल्य २ वर समायोजित करा, सेरियम ऑक्झॅलेटचा अवक्षेप मिळवण्यासाठी ऑक्झॅलेट घाला, गरम करणे, मुरवणे, वेगळे करणे आणि धुणे यानंतर, ११०℃ तापमानावर वाळवा, आणि नंतर ९०० ~ १०००℃ तापमानावर भाजून सेरियम ऑक्साईड मिळवा. सेरियम ऑक्साइड आणि कार्बन पावडर यांचे मिश्रण कार्बन मोनोऑक्साइडच्या वातावरणात 1250℃ तापमानावर गरम केल्यास सेरियम ऑक्साइड मिळवता येतो.
अर्ज
सेरियम ऑक्साईडचा उपयोग काच उद्योगात ॲडिटिव्ह म्हणून, प्लेट ग्लास ग्राइंडिंग मटेरियलमध्ये केला जातो आणि त्याचा विस्तार ग्लास ग्राइंडिंग, ऑप्टिकल लेन्स, कायनेस्कोप, ब्लीचिंग, स्पष्टीकरण, अतिनील किरणांपासून काच सुरक्षित करणे आणि इलेक्ट्रॉनिक वायरचे शोषण इत्यादींमध्येही झाला आहे. याचा उपयोग चष्म्याच्या लेन्ससाठी अँटी-रिफ्लेक्टर म्हणूनही केला जातो आणि काचेला फिकट पिवळा रंग देण्यासाठी सेरियम टायटॅनियम यलो बनवण्यासाठी सेरियमचा वापर केला जातो. CaO-MgO-Al2O3-SiO2 प्रणालीमध्ये, दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्सिडेशन फ्रंटचा ग्लास सिरेमिक्सच्या स्फटिकीकरण आणि गुणधर्मांवर एक निश्चित प्रभाव असतो. संशोधनाचे निष्कर्ष दर्शवतात की योग्य ऑक्सिडेशन फ्रंटचा वापर काचेच्या द्रवाचा स्पष्टीकरण प्रभाव सुधारण्यासाठी, बुडबुडे नाहीसे करण्यासाठी, काचेची रचना घट्ट करण्यासाठी आणि पदार्थांचे यांत्रिक गुणधर्म व अल्कली प्रतिरोध सुधारण्यासाठी फायदेशीर ठरतो. जेव्हा सेरियम ऑक्साईडचा उपयोग सिरेमिक ग्लेझ आणि इलेक्ट्रॉनिक उद्योगात पिझोइलेक्ट्रिक सिरेमिक पेनिट्रंट म्हणून केला जातो, तेव्हा त्याचे इष्टतम प्रमाण १.५ असते. याचा उपयोग उच्च क्रियाशील उत्प्रेरक, गॅस दिव्याचे तापदीप्त आवरण, एक्स-रे प्रतिदीप्त पडदा (मुख्यतः लेन्स पॉलिशिंग एजंटमध्ये वापरले जाते) यांच्या निर्मितीमध्येही होतो. दुर्मिळ मृदा सेरियम पॉलिशिंग पावडरचा वापर कॅमेरे, कॅमेरा लेन्स, टेलिव्हिजन पिक्चर ट्यूब, लेन्स इत्यादींमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. याचा उपयोग काच उद्योगातही केला जाऊ शकतो. काचेला पिवळा रंग देण्यासाठी सेरियम ऑक्साईड आणि टायटॅनियम डायऑक्साइड एकत्र वापरले जाऊ शकतात. काचेचा रंग नाहीसा करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या सेरियम ऑक्साईडचे फायदे म्हणजे उच्च तापमानात स्थिर कार्यक्षमता, कमी किंमत आणि दृश्य प्रकाशाचे शोषण न होणे. याव्यतिरिक्त, इमारती आणि गाड्यांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या काचेमध्ये अतिनील प्रकाशाचे पारगमन कमी करण्यासाठी सेरियम ऑक्साईड मिसळले जाते. दुर्मिळ मृदा प्रदीप्त पदार्थांच्या उत्पादनासाठी, ऊर्जा बचत दिव्यांच्या प्रदीप्त पदार्थांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या दुर्मिळ मृदा त्रिरंगी फॉस्फर्समध्ये आणि निर्देशक व किरणोत्सर्ग शोधकांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या फॉस्फर्समध्ये सक्रियक म्हणून सेरियम ऑक्साईड मिसळले जाते. सेरियम ऑक्साईड हा धातू सेरियमच्या निर्मितीसाठी एक कच्चा माल देखील आहे. याव्यतिरिक्त, सेमीकंडक्टर मटेरियलमध्ये, उच्च-दर्जाचे पिगमेंट्स आणि फोटोसेन्सिटिव्ह ग्लास सेन्सिटायझर, तसेच ऑटोमोटिव्ह एक्झॉस्ट प्युरिफायरचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. ऑटोमोबाईल एक्झॉस्ट शुद्धीकरणासाठीचा उत्प्रेरक (कॅटॅलिस्ट) प्रामुख्याने हनीकॉम्ब सिरॅमिक (किंवा धातू) कॅरियर आणि पृष्ठभागावर सक्रिय केलेल्या कोटिंगने बनलेला असतो. सक्रिय कोटिंगमध्ये मोठ्या क्षेत्रावरील गॅमा-ट्रायऑक्साइड, पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ स्थिर करणारे योग्य प्रमाणात ऑक्साइड्स आणि कोटिंगमध्ये विखुरलेला उत्प्रेरक क्रियाशीलता असलेला धातू यांचा समावेश असतो. महागड्या Pt, Rh चा डोस कमी करण्यासाठी आणि तुलनेने स्वस्त असलेल्या Pd चा डोस वाढवण्यासाठी, तसेच ऑटोमोबाईल एक्झॉस्ट शुद्धीकरण उत्प्रेरकांची विविध कार्यक्षमता कमी न करता उत्प्रेरकाचा खर्च कमी करण्यासाठी, सामान्यतः Pt, Pd आणि Rh या त्रिसंयुजी उत्प्रेरक कोटिंगच्या सक्रियतेसाठी, संपूर्ण बुडवून ठेवण्याच्या (टोटल इमर्शन) पद्धतीचा वापर केला जातो, ज्यात ठराविक प्रमाणात सेरियम ऑक्साइड आणि लँथेनम ऑक्साइड मिसळले जाते, ज्यामुळे दुर्मिळ मृदा धातूंचा उत्कृष्ट उत्प्रेरक परिणाम देणारा त्रिसंयुजी उत्प्रेरक तयार होतो. लँथेनम ऑक्साइड आणि सेरियम ऑक्साइडचा वापर A-ॲल्युमिना समर्थित मौल्यवान धातूंच्या उत्प्रेरकांची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी सहाय्यक म्हणून केला जातो. संशोधनानुसार, सेरियम ऑक्साईड आणि लँथेनम ऑक्साईडची उत्प्रेरक यंत्रणा प्रामुख्याने सक्रिय लेपनाची उत्प्रेरक क्रियाशीलता सुधारणे, हवा-इंधन गुणोत्तर आणि उत्प्रेरण स्वयंचलितपणे समायोजित करणे, तसेच वाहकाची औष्णिक स्थिरता आणि यांत्रिक शक्ती सुधारणे ही आहे.