苏州优锆纳米新材料有限责任公司

 纳米氧化铈是一种廉价、用途极广的稀土氧化物，优锆的纳米二氧化铈UG-CE01粒径尺寸小、粒径分布均匀、纯度高，外观为淡黄或黄褐色状粉末。不溶于水和碱，微溶于酸。它可用作抛光材料、催化剂、催化剂载体(助剂)、汽车尾气吸收剂、紫外线吸收剂、燃料电池电解质、电子陶瓷等。纳米级的二氧化铈可以直接影响到材料的性能，比如：超细纳米氧化铈加入到陶瓷中，可以降低陶瓷的烧结温度，抑制晶格生长，提高陶瓷的致密性。大的比表面积可以更好的提高催化剂的催化活性。它的变价特性使其具有很好的光电性能，可掺杂在其它半导体材料中进行改性，提高光量子迁移效率，改善材料的光致激发作用。

①优锆纳米二氧化铈UG-CE01在废水处理方面的应用

    我国每年的污水排放量达390多亿吨，其中工业废水占了51%，然而染料废水又占总工业废水的35%，并且还在以1%的速度逐年增加，对水安全造成极大隐患。不同于一般的生活污水，印染废水造成的污染尤为严重。染料品种数以万计，印染加工过程中约有10%~20%的染料随废水排出，每排放1吨染料废水，就会污染20吨水体。染料废水是难处理的工业废水之一，具有色度深、碱性大、有机污染物含量高和水质变化大等特点。大多数染料为有毒难降解有机物，化学稳定性强，具有致癌、致畸、致突等作用，直接危害人类健康，并严重破坏水体、土壤及生态环境，造成严重的后果。通常染料废水中含有的成分是纤维原料、纺织浆料和印染加工所用的化学试剂、染料、各类整理剂和表面活性剂等，其中的纤维原料和浆料等成分可以在物理沉降过程中被大量地去除，而废水的脱色降解处理是最关键的一步。

    目前，采用处理染料废水的方法有物理法、化学法、生物法等。使用物理法中的絮凝、吸附等方法会对水质产生二次污染，带来大量的污泥，并且对处理成本和运输条件要求高。生物法处理染料废水是通过微生物酶对染料分子产生氧化或还原作用，以达到脱色的目的。但这需要微生物具有专一性。由于培养专用生物试剂的周期较长，设备占地面积大，处理周期长等因素不利于效率的提高，且染料分子抗生物降解性强，所以在提高废水的可生化降解性的前提下，才能获得良好的效果。

与之相比，利用苏州优锆的纳米氧化铈UG-CE01采用化学氧化法可以将染料分子中双键或不饱和基团进行氧化，使大分子发生断链，降解为小分子物质，达到矿化的目的。高级氧化技术作用时间短，矿化作用强，过程控制单元操作简单，是近年来广泛关注的一种方法。高级氧化技术包括Fenton法、O₃/UV发、光催化氧化法、电化学法和O₃/催化组合发等。Fenton法是较早采用的高级氧化技术，使用Fe²⁺和H₂O₂作为组成成分，控制一定的pH值范围，催化生成羟基自由基攻击有机物分子。但使用此法的pH值要求在1~3之间，对设备的要求严格，且消耗了大量的H₂O₂，有一定的生产成本。O3作为氧化剂的主要成分时，虽然O3的氧化能力强，但对人员和工作环境要求严格，泄露时易造成污染，且将O₂加工成O₃要耗用较多的能量，这与减耗节能的可持续发展目标是相违背的。电化学法通过电极反应将有机物分子氧化，但耗费的电能多，不利于工业化的生产方式。光催化氧化法作为一种高级氧化技术，利用优锆的纳米氧化铈UG-CE01在紫外线照射下产生强氧化剂羟基自由基，其中的作用机理和O₃氧化是相同的。控制一定的溶液环境，即可实现在光照下连续产生强氧化剂，具有多次循环使用的特点，且不同于均相催化反应方式，半导体参与的非均相催化不对环境造成二次污染，可对光催化剂进行有效的回收。

②优锆纳米二氧化铈UG-CE01在紫外线吸收方面的应用

根据研究表明280 nm~320 nm的紫外光会让皮肤晒黑、晒伤，严重的甚至会引起皮肤癌。在化妆品中加入优锆纳米级氧化铈，可以减少紫外线对人体的伤害。优锆纳米二氧化铈对紫外线的吸收作用极强，可作为紫外线吸收剂用于防晒化妆品、汽车玻璃、防晒纤维、涂料、塑料等产品上。苏州优锆氧化铈用于防晒的化妆品中，其对可见光无特征吸收，透过性好，防止紫外线的效果好；而且非晶的氧化硅包涂在二氧化铈上可以降低二氧化铈的催化活性，从而防止了二氧化铈的催化活性引起的化妆品的变色变质。

③优锆纳米二氧化铈UG-CE01在催化剂方面的应用

近年来，随着人们生活水平的提高，汽车已经在人们的生活中越来越普及，目前的汽车主要还是以燃烧汽油为主。这就避免不了会产生有害的气体，目前人们已经从汽车尾气中分离出100多种物质，其中80多种为中国环保产业公布的有害物质，主要包括：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化碳、颗粒物（PM）等。在汽车尾气中，除氮气、氧气以及燃烧产物二氧化碳、水蒸气为无害成分外，其余均为有害成分。因此，控制和解决汽车尾气污染成为了一个迫切解决的问题。

关于汽车尾气催化剂，人民早期使用的大多是普通金属铬（Cr）、铜（Cu）、镍（Ni），其缺点是起燃温度高、易中毒、催化活性差。之后使用贵金属铂（Pt）、铑（Rh）、钯（Pd）等作为催化剂，其具有寿命长、活性高、净化效果好等优点，但是由于贵金属价格昂贵，成本较高，也容易因磷（P）、硫（S）、铅（Pb）等而中毒，因此很难推广。

铈作为镧系元素中的一种，可失去一个5d电子和两个6s电子形成Ce³⁺，也会因为受4f电子层排布的影响而形成比较稳定的4f空轨道，从而形成Ce⁴⁺，这种变价特性使其具有较好的氧化还原能力。

由于Ce³⁺和Ce⁴⁺的可逆转换，使得优锆纳米氧化铈具有独特的储放氧功能。其过程如下。

储存氧过程：

  Ce₂O₃+1/2O₂=2CeO₂

  Ce₂O₃+NO=2CeO₂+1/2N₂

  Ce₂O₃+H₂O=2CeO₂+H₂

释放氧过程：

  2CeO₂+H₂=Ce₂O₃+H₂O

  2CeO₂+CO=Ce₂O₃+CO₂

常用的汽车尾气催化剂中，CeO₂是助催化剂。其功能有两个：一是储放氧，氧气不足时，CeO₂转变为Ce₂O₃；氧气过剩时，Ce₂O₃转变成CeO₂；二是催化剂中的贵金属微粒受CeO₂控制（它随CecO2微粒的增大而增大，而研究表明，催化剂中的贵金属微粒控制在纳米级时才具有很高催化活性）。因此，在汽车尾气净化剂中添加优锆UG-CE01纳米二氧化铈相对于添加非纳米级二氧化铈有以下优点：苏州优锆供应的纳米级氧化铈的粒子比表面积大，涂层量高，稀土矿物粒度粗，有害杂质含量低，增加了储氧能力；优锆纳米氧化铈处于纳米级可控制催化剂中贵金属微粒处于纳米级，保证了在高温气氛中崔化剂高的比表面，从而大大提高了催化活性；作为添加剂，可以降低Pt.、Rh用量，自动调节空气燃料比和助催化作用，并能提高载体的热稳定性和机械强度等性能。

④优锆纳米二氧化铈在抛光粉上的应用

优锆纳米二氧化铈是目前玻璃抛光最常用的磨料，广泛应用于玻璃的精密加工。SiO₂也是常用的磨料，当三价和四价物质单健强度规范化为各白氧化物的IEP (isoelectric point)时，去除率最高的材料是优锆二氧化铈，其次是Zr和Ti的氧化物，SiO₂,比起其他的氧化物去除率很小。由于优锆纳米二氧化铈具有强氧化作用，作为层间SiO₂介电层抛光的研磨粒子具有平整质量高、抛光速率快、选择性好的优点。CeO₂粒子比SiO₂ 粒子柔软，因此在抛光过程中，不容易刮伤SiO₂抛光面，而且具有抛光速率快的优点，这主要在于CeO₂粒子在抛光过程中所起的化学作用。

通过化学反应与抛光表面Si之间形成Ce-O-Si键，CeO₂粒子便把SiO₂表面的部分SiO2撕咬下来。进入溶液中，经过分散以后SiO₂粒子又从CeO₂粒子的表面脱落下来。Ce-O-Si 键的形成与Si-O-Si键的断裂影响着抛光速率。化学解聚作用和机械撕咬作用同时影响着Si-O-Si键的断裂。

⑤优锆纳米二氧化铈在钢铁工业上的应用

稀土元素由于其特殊的原子结构和活性，作为微量添加剂用于钢、铸铁、钦、铝、镍、钨、钥等材料中，能消除杂质、细化晶粒和改善材料组成，从而改进合金的机械、物理和加工性能，提高合金的热稳定性和耐腐蚀性。例如，在钢铁工业中，稀土作为添加剂，可以净化钢液，改变钢中央杂物的形态和分布，细化晶粒，改变结构和性能。以优锆纳米二氧化铈作涂层和添加剂能改善高温合金和不锈钢的抗氧化、热腐蚀、水腐蚀和硫化性能，也可用作球墨铸铁的孕育剂。将纳米二氧化铈涂敷于合金上有许多种技术，包括喷涂、在硝酸亚铈溶液中浸渍、溅射、电泳、应用二氧化铈泥浆于乙醇悬浮液中和等。

⑥优锆纳米二氧化铈在其它方面的应用

纳米二氧化铈还有很多的用途，比如在燃料电池中以二氧化铈基复合氧化物作电解质，在中温(500C~800 C)时就能有足够高的氧离于电流密度；橡胶硫化过程中加入优锆二氧化铈可以对橡胶起到一定的改性作用；在发光材料、磁性材料等领域优锆二氧化铈也有着重要的作用。