पृष्ठभूमि और सामान्य स्थिति
दुर्लभ पृथ्वी तत्वआवर्त सारणी में स्कैंडियम, यट्रियम और लैंथनम IIIB के अंतर्गत आते हैं। कुल 17 तत्व हैं। दुर्लभ पृथ्वी तत्व अपने विशिष्ट भौतिक और रासायनिक गुणों के कारण उद्योग, कृषि और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। दुर्लभ पृथ्वी यौगिकों की शुद्धता सीधे तौर पर पदार्थों के विशेष गुणों को निर्धारित करती है। विभिन्न शुद्धता वाले दुर्लभ पृथ्वी पदार्थों से अलग-अलग प्रदर्शन आवश्यकताओं वाले सिरेमिक पदार्थ, फ्लोरोसेंट पदार्थ और इलेक्ट्रॉनिक पदार्थ बनाए जा सकते हैं। वर्तमान में, दुर्लभ पृथ्वी निष्कर्षण प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, स्वच्छ दुर्लभ पृथ्वी यौगिकों का बाजार में अच्छा भविष्य है, और उच्च-प्रदर्शन वाले दुर्लभ पृथ्वी पदार्थों के निर्माण के लिए स्वच्छ दुर्लभ पृथ्वी यौगिकों की आवश्यकताएँ बढ़ती जा रही हैं। सेरियम यौगिक के व्यापक उपयोग हैं, और अधिकांश अनुप्रयोगों में इसका प्रभाव इसकी शुद्धता, भौतिक गुणों और अशुद्धियों की मात्रा पर निर्भर करता है। दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के वितरण में, सेरियम हल्के दुर्लभ पृथ्वी संसाधनों का लगभग 50% हिस्सा है। उच्च शुद्धता वाले सेरियम के बढ़ते उपयोग के साथ, सेरियम यौगिकों के लिए गैर-दुर्लभ पृथ्वी तत्व सूचकांक की आवश्यकता भी बढ़ती जा रही है।सेरियम ऑक्साइडसेरियम ऑक्साइड, जिसका CAS क्रमांक 1306-38-3, आणविक सूत्र CeO2 और आणविक भार 172.11 है, सेरियम ऑक्साइड है। यह दुर्लभ पृथ्वी तत्व सेरियम का सबसे स्थिर ऑक्साइड है। कमरे के तापमान पर यह हल्के पीले रंग का ठोस होता है और गर्म करने पर इसका रंग गहरा हो जाता है। अपने उत्कृष्ट गुणों के कारण सेरियम ऑक्साइड का उपयोग प्रकाशमान पदार्थों, उत्प्रेरकों, पॉलिशिंग पाउडर, यूवी परिरक्षण और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से किया जाता है। हाल के वर्षों में, इसने कई शोधकर्ताओं की रुचि जगाई है। सेरियम ऑक्साइड का निर्माण और प्रदर्शन हाल के वर्षों में अनुसंधान का एक प्रमुख विषय बन गया है।
उत्पादन प्रक्रिया
विधि 1: कमरे के तापमान पर हिलाते हुए, 0.1 मोल/लीटर सेरियम सल्फेट विलयन में 5.0 मोल/लीटर सोडियम हाइड्रॉक्साइड विलयन मिलाएं, pH मान को 10 से अधिक समायोजित करें, और अवक्षेपण अभिक्रिया होने दें। अवक्षेप को पंप करके निकाल लें, विआयनीकृत जल से कई बार धोएं, और फिर 90°C के ओवन में 24 घंटे तक सुखाएं। पीसने और छानने के बाद (कण का आकार 0.1 मिमी से कम), सेरियम ऑक्साइड प्राप्त होता है जिसे सीलबंद भंडारण के लिए सूखे स्थान पर रखा जाता है। विधि 2: कच्चे माल के रूप में सेरियम क्लोराइड या सेरियम नाइट्रेट लें, अमोनिया जल से pH मान को 2 पर समायोजित करें, सेरियम ऑक्सालेट को अवक्षेपित करने के लिए ऑक्सालेट मिलाएं, गर्म करने, उपचारित करने, अलग करने और धोने के बाद, 110°C पर सुखाएं, फिर 900-1000°C पर सेरियम ऑक्साइड में परिवर्तित करें। सीरियम ऑक्साइड और कार्बन पाउडर के मिश्रण को कार्बन मोनोऑक्साइड के वातावरण में 1250℃ पर गर्म करके सीरियम ऑक्साइड प्राप्त किया जा सकता है।
आवेदन
सीरियम ऑक्साइड का उपयोग कांच उद्योग में योजकों, प्लेट कांच पीसने की सामग्री के रूप में किया जाता है, और इसका उपयोग कांच पीसने, ऑप्टिकल लेंस, काइनेस्कोप, विरंजन, स्पष्टीकरण, पराबैंगनी विकिरण के लिए कांच और इलेक्ट्रॉनिक तार के अवशोषण आदि में भी किया जाता है। इसका उपयोग चश्मे के लेंस के लिए परावर्तक के रूप में भी किया जाता है, और कांच को हल्का पीला बनाने के लिए सीरियम टाइटेनियम पीले रंग का उपयोग किया जाता है। CaO-MgO-AI2O3-SiO2 प्रणाली में दुर्लभ पृथ्वी ऑक्सीकरण फ्रंट का कांच सिरेमिक के क्रिस्टलीकरण और गुणों पर एक निश्चित प्रभाव पड़ता है। शोध परिणामों से पता चलता है कि उचित ऑक्सीकरण फ्रंट का योग कांच के तरल के स्पष्टीकरण प्रभाव को बेहतर बनाने, बुलबुले को दूर करने, कांच की संरचना को सघन बनाने और सामग्री के यांत्रिक गुणों और क्षार प्रतिरोध को बढ़ाने में लाभकारी है। सिरेमिक ग्लेज़ और इलेक्ट्रॉनिक उद्योग में पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक प्रवेशक के रूप में उपयोग किए जाने पर सीरियम ऑक्साइड की इष्टतम योग मात्रा 1.5 है। इसका उपयोग उच्च सक्रियता उत्प्रेरक, गैस लैंप के तापदीप्त आवरण, एक्स-रे फ्लोरोसेंट स्क्रीन (मुख्य रूप से लेंस पॉलिशिंग एजेंट के रूप में) के निर्माण में भी किया जाता है। दुर्लभ पृथ्वी सेरियम पॉलिशिंग पाउडर का व्यापक रूप से कैमरों, कैमरा लेंस, टेलीविजन पिक्चर ट्यूब, लेंस आदि में उपयोग किया जाता है। इसका उपयोग कांच उद्योग में भी किया जा सकता है। कांच को पीला करने के लिए सेरियम ऑक्साइड और टाइटेनियम डाइऑक्साइड का एक साथ उपयोग किया जा सकता है। कांच के रंग को हटाने के लिए सेरियम ऑक्साइड के कई फायदे हैं, जैसे उच्च तापमान पर स्थिर प्रदर्शन, कम कीमत और दृश्य प्रकाश का अवशोषण न होना। इसके अलावा, इमारतों और कारों में उपयोग होने वाले कांच में पराबैंगनी प्रकाश के संचरण को कम करने के लिए सेरियम ऑक्साइड मिलाया जाता है। दुर्लभ पृथ्वी प्रकाशमान पदार्थों के उत्पादन के लिए, ऊर्जा बचत लैंप के प्रकाशमान पदार्थों और संकेतक और विकिरण डिटेक्टरों में उपयोग होने वाले फॉस्फोरस में सक्रियक के रूप में सेरियम ऑक्साइड मिलाया जाता है। सेरियम ऑक्साइड धातु सेरियम के निर्माण के लिए एक कच्चा माल भी है। इसके अतिरिक्त, अर्धचालक पदार्थों, उच्च श्रेणी के पिगमेंट और फोटोसेंसिटिव ग्लास सेंसिटाइज़र में, ऑटोमोबाइल एग्जॉस्ट प्यूरीफायर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। ऑटोमोबाइल एग्जॉस्ट शुद्धिकरण के लिए उत्प्रेरक मुख्य रूप से हनीकॉम्ब सिरेमिक (या धातु) वाहक और सतह सक्रिय कोटिंग से बना होता है। सक्रिय कोटिंग में गामा-ट्राइऑक्साइड का एक बड़ा क्षेत्र, सतह क्षेत्र को स्थिर करने वाले ऑक्साइड की उचित मात्रा और कोटिंग के भीतर बिखरी हुई उत्प्रेरक गतिविधि वाली धातु शामिल होती है। महंगे Pt और Rh की मात्रा को कम करने के लिए, अपेक्षाकृत सस्ते Pd की मात्रा बढ़ाकर, विभिन्न प्रदर्शनों की शर्तों के तहत ऑटोमोबाइल एग्जॉस्ट शुद्धिकरण उत्प्रेरकों की लागत को कम किए बिना उत्प्रेरक की लागत को कम किया जा सकता है। आमतौर पर Pt, Pd और Rh के सक्रियण त्रिगुणीय उत्प्रेरक कोटिंग का उपयोग किया जाता है, जिसमें आमतौर पर एक निश्चित मात्रा में सेरियम ऑक्साइड और लैंथेनम ऑक्साइड मिलाकर पूर्ण विसर्जन विधि का उपयोग किया जाता है, जिससे उत्कृष्ट दुर्लभ पृथ्वी उत्प्रेरक प्रभाव प्राप्त होता है। यह एक बहुमूल्य धातु त्रिगुणीय उत्प्रेरक है। लैंथेनम ऑक्साइड और सेरियम ऑक्साइड का उपयोग एल्यूमिना समर्थित उत्कृष्ट धातु उत्प्रेरकों के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए सहायक के रूप में किया जाता है। शोध के अनुसार, सीरियम ऑक्साइड और लैंथनम ऑक्साइड की उत्प्रेरक क्रियाविधि मुख्य रूप से सक्रिय कोटिंग की उत्प्रेरक गतिविधि को बेहतर बनाने, वायु-ईंधन अनुपात और उत्प्रेरण को स्वचालित रूप से समायोजित करने और वाहक की तापीय स्थिरता और यांत्रिक शक्ति को बेहतर बनाने पर केंद्रित है।