পটভূমি এবং সাধারণ পরিস্থিতি
বিরল মৃত্তিকা উপাদানপর্যায় সারণীতে স্ক্যান্ডিয়াম, ইট্রিয়াম এবং ল্যান্থানাম হলো বিরল মৃত্তিকার ভিত্তি। মোট ১৭টি মৌল রয়েছে। বিরল মৃত্তিকার অনন্য ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং এটি শিল্প, কৃষি ও অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়ে আসছে। বিরল মৃত্তিকা যৌগের বিশুদ্ধতা সরাসরি উপাদানগুলোর বিশেষ বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে। বিভিন্ন বিশুদ্ধতার বিরল মৃত্তিকা উপাদান থেকে ভিন্ন ভিন্ন কার্যক্ষমতার প্রয়োজনীয়তা অনুসারে সিরামিক উপাদান, প্রতিপ্রভ উপাদান এবং ইলেকট্রনিক উপাদান তৈরি করা যায়। বর্তমানে, বিরল মৃত্তিকা নিষ্কাশন প্রযুক্তির বিকাশের সাথে সাথে, বিশুদ্ধ বিরল মৃত্তিকা যৌগগুলোর একটি ভালো বাজার সম্ভাবনা তৈরি হয়েছে এবং উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন বিরল মৃত্তিকা উপাদান তৈরির জন্য বিশুদ্ধ বিরল মৃত্তিকা যৌগগুলোর উপর উচ্চতর চাহিদা তৈরি হয়েছে। সেরিয়াম যৌগের ব্যবহার ব্যাপক, এবং বেশিরভাগ ক্ষেত্রে এর কার্যকারিতা এর বিশুদ্ধতা, ভৌত বৈশিষ্ট্য এবং অপদ্রব্যের পরিমাণের সাথে সম্পর্কিত। বিরল মৃত্তিকা মৌলগুলোর বণ্টনে, হালকা বিরল মৃত্তিকা সম্পদের প্রায় ৫০% হলো সেরিয়াম। উচ্চ বিশুদ্ধ সেরিয়ামের প্রয়োগ বৃদ্ধির সাথে সাথে, সেরিয়াম যৌগগুলোর জন্য অ-বিরল মৃত্তিকা উপাদানের সূচকের প্রয়োজনীয়তাও ক্রমশ বাড়ছে।সেরিয়াম অক্সাইডসেরিয়াম অক্সাইড, CAS নম্বর ১৩০৬-৩৮-৩, আণবিক সংকেত CeO2, আণবিক ওজন: ১৭২.১১; সেরিয়াম অক্সাইড হলো বিরল মৃত্তিকা মৌল সেরিয়ামের সবচেয়ে স্থিতিশীল অক্সাইড। এটি কক্ষ তাপমাত্রায় একটি হালকা হলুদ কঠিন পদার্থ এবং উত্তপ্ত করলে এর রঙ গাঢ় হয়। এর চমৎকার কার্যকারিতার কারণে সেরিয়াম অক্সাইড আলোক-উৎপাদী উপাদান, অনুঘটক, পলিশিং পাউডার, অতিবেগুনি রশ্মি থেকে সুরক্ষা এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। সাম্প্রতিক বছরগুলোতে এটি অনেক গবেষকের আগ্রহ জাগিয়ে তুলেছে। সেরিয়াম অক্সাইডের প্রস্তুতি এবং কার্যকারিতা সাম্প্রতিক বছরগুলোতে গবেষণার একটি প্রধান কেন্দ্রবিন্দুতে পরিণত হয়েছে।
উৎপাদন প্রক্রিয়া
পদ্ধতি ১: ঘরের তাপমাত্রায় নাড়াচাড়া করে, ০.১ মোল/লিটার সিরাম সালফেট দ্রবণে ৫.০ মোল/লিটার সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড দ্রবণ যোগ করা হয়, পিএইচ (pH) মান ১০-এর বেশি করা হয় এবং অধঃক্ষেপণ বিক্রিয়া ঘটে। অধঃক্ষেপটি পাম্প করে তুলে নিয়ে ডিআয়োনাইজড জল দিয়ে কয়েকবার ধুয়ে নেওয়া হয় এবং তারপর ৯০℃ তাপমাত্রার ওভেনে ২৪ ঘণ্টা শুকানো হয়। গুঁড়ো করে ছেঁকে নেওয়ার পর (কণার আকার ০.১ মিমি-এর কম), সিরাম অক্সাইড পাওয়া যায় এবং বায়ুরোধী সংরক্ষণের জন্য একটি শুষ্ক স্থানে রাখা হয়। পদ্ধতি ২: সিরাম ক্লোরাইড বা সিরাম নাইট্রেটকে কাঁচামাল হিসেবে নিয়ে, অ্যামোনিয়া জল দিয়ে পিএইচ (pH) মান ২-এ আনা হয়, সিরাম অক্সালেট অধঃক্ষেপণের জন্য অক্সালেট যোগ করা হয়, এরপর উত্তপ্ত করে, জমাটবদ্ধ করে, পৃথক করে এবং ধুয়ে, ১১০℃ তাপমাত্রায় শুকানো হয়, তারপর ৯০০ ~ ১০০০℃ তাপমাত্রায় পুড়িয়ে সিরাম অক্সাইড তৈরি করা হয়। কার্বন মনোক্সাইডের পরিবেশে সেরিয়াম অক্সাইড এবং কার্বন পাউডারের মিশ্রণকে ১২৫০℃ তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করে সেরিয়াম অক্সাইড পাওয়া যায়।
আবেদন
সেরিয়াম অক্সাইড কাচ শিল্পের সংযোজনী, প্লেট গ্লাস পেষণকারী উপাদান হিসেবে ব্যবহৃত হয় এবং এর ব্যবহার কাচ পেষণ, অপটিক্যাল লেন্স, কাইনেস্কোপ, ব্লিচিং, স্বচ্ছকরণ, অতিবেগুনি রশ্মি শোষণকারী কাচ এবং ইলেকট্রনিক তারের শোষণ ইত্যাদি ক্ষেত্রেও প্রসারিত হয়েছে। এটি চশমার লেন্সের জন্য একটি প্রতিফলক হিসেবেও ব্যবহৃত হয় এবং কাচকে হালকা হলুদ করার জন্য সেরিয়াম টাইটানিয়াম ইয়েলো তৈরিতে সেরিয়াম ব্যবহার করা হয়। CaO-MgO-AI2O3-SiO2 সিস্টেমে গ্লাস সিরামিকের স্ফটিকীকরণ এবং বৈশিষ্ট্যের উপর বিরল মৃত্তিকা জারণ ফ্রন্টের একটি নির্দিষ্ট প্রভাব রয়েছে। গবেষণার ফলাফল দেখায় যে, একটি উপযুক্ত জারণ ফ্রন্টের সংযোজন কাচ তরলের স্বচ্ছকরণ প্রভাব উন্নত করতে, বুদবুদ দূর করতে, কাচের কাঠামোকে নিরেট করতে এবং উপাদানের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য ও ক্ষার প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করতে সহায়ক। সিরামিক গ্লেজ এবং ইলেকট্রনিক শিল্পে পাইজোইলেকট্রিক সিরামিক পেনিট্র্যান্ট হিসেবে ব্যবহারের ক্ষেত্রে সেরিয়াম অক্সাইডের সর্বোত্তম সংযোজন পরিমাণ হলো ১.৫। এটি উচ্চ সক্রিয় অনুঘটক, গ্যাস ল্যাম্পের ভাস্বর আবরণ, এক্স-রে ফ্লুরোসেন্ট স্ক্রিন (প্রধানত লেন্স পালিশকারী উপাদান হিসেবে ব্যবহৃত) তৈরিতেও ব্যবহৃত হয়। বিরল মৃত্তিকা সেরিয়াম পালিশকারী পাউডার ক্যামেরা, ক্যামেরার লেন্স, টেলিভিশনের পিকচার টিউব, লেন্স ইত্যাদিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এটি কাচ শিল্পেও ব্যবহার করা যেতে পারে। কাচকে হলুদ করার জন্য সেরিয়াম অক্সাইড এবং টাইটানিয়াম ডাইঅক্সাইড একসাথে ব্যবহার করা যায়। কাচের বিবর্ণকরণের জন্য সেরিয়াম অক্সাইডের সুবিধা হলো উচ্চ তাপমাত্রায় এর স্থিতিশীল কার্যকারিতা, কম দাম এবং দৃশ্যমান আলোর কোনো শোষণ না থাকা। এছাড়াও, অতিবেগুনি রশ্মির প্রবেশ্যতা কমাতে ভবন এবং গাড়িতে ব্যবহৃত কাচে সেরিয়াম অক্সাইড যোগ করা হয়। বিরল মৃত্তিকা আলোক-উৎসারী উপাদান উৎপাদনের জন্য, শক্তি সাশ্রয়ী বাতির আলোক-উৎসারী উপাদান এবং সূচক ও বিকিরণ শনাক্তকারীতে ব্যবহৃত ফসফরে সেরিয়াম অক্সাইড অ্যাক্টিভেটর হিসেবে যোগ করা হয়। সেরিয়াম অক্সাইড ধাতু সেরিয়াম তৈরির একটি কাঁচামালও বটে। এছাড়াও, সেমিকন্ডাক্টর উপকরণ, উচ্চ-মানের পিগমেন্ট এবং ফটোসেনসিটিভ গ্লাস সেনসিটাইজারে অটোমোটিভ এক্সহস্ট পিউরিফায়ার ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়ে আসছে। অটোমোবাইল এক্সহস্ট পরিশোধনের জন্য ব্যবহৃত অনুঘটকটি প্রধানত হানিকম্ব সিরামিক (বা ধাতু) ক্যারিয়ার এবং সারফেস অ্যাক্টিভেটেড কোটিং দ্বারা গঠিত। অ্যাক্টিভেটেড কোটিং-টি একটি বৃহৎ এলাকা জুড়ে গামা-ট্রাইঅক্সাইড, পৃষ্ঠতলকে স্থিতিশীল করার জন্য উপযুক্ত পরিমাণে অক্সাইড এবং কোটিং-এর মধ্যে ছড়িয়ে থাকা অনুঘটকীয় সক্রিয়তা সম্পন্ন একটি ধাতু নিয়ে গঠিত। ব্যয়বহুল Pt, Rh-এর ডোজ কমানোর জন্য, তুলনামূলকভাবে সস্তা Pd-এর ডোজ বাড়ানো হয়, যা বিভিন্ন কর্মক্ষমতার শর্তে অটোমোবাইল এক্সহস্ট পরিশোধনের অনুঘটকের খরচ কমায়। সাধারণত Pt, Pd এবং Rh ট্রাই-ক্যাটালিস্ট কোটিং ব্যবহার করে অনুঘটক সক্রিয় করা হয়। এক্ষেত্রে সাধারণত একটি সম্পূর্ণ নিমজ্জন পদ্ধতিতে নির্দিষ্ট পরিমাণে সেরিয়াম অক্সাইড এবং ল্যান্থানাম অক্সাইড যোগ করা হয়, যা একটি চমৎকার বিরল মৃত্তিকা অনুঘটকীয় প্রভাব সম্পন্ন মূল্যবান ধাতু ট্রাই-ক্যাটালিস্ট তৈরি করে। ল্যান্থানাম অক্সাইড এবং সেরিয়াম অক্সাইডকে সহায়ক হিসেবে ব্যবহার করে A-অ্যালুমিনা সমর্থিত নোবেল মেটাল ক্যাটালিস্টের কর্মক্ষমতা উন্নত করা হয়। গবেষণা অনুসারে, সেরিয়াম অক্সাইড এবং ল্যান্থানাম অক্সাইডের অনুঘটকীয় কার্যপ্রণালীর প্রধান উদ্দেশ্য হলো সক্রিয় আবরণের অনুঘটকীয় সক্রিয়তা বৃদ্ধি করা, স্বয়ংক্রিয়ভাবে বায়ু-জ্বালানি অনুপাত ও অনুঘটন প্রক্রিয়া সমন্বয় করা এবং বাহকের তাপীয় স্থিতিশীলতা ও যান্ত্রিক শক্তি উন্নত করা।