Ozadje in splošno stanje
Redki zemeljski elementiso talna plošča IIIB skandija, itrija in lantana v periodnem sistemu. Obstaja 17 elementov. Redke zemlje imajo edinstvene fizikalne in kemijske lastnosti ter se pogosto uporabljajo v industriji, kmetijstvu in drugih področjih. Čistost redkozemeljskih spojin neposredno določa posebne lastnosti materialov. Različna čistost redkozemeljskih materialov lahko proizvede keramične materiale, fluorescenčne materiale in elektronske materiale z različnimi zahtevami glede zmogljivosti. Trenutno, z razvojem tehnologije ekstrakcije redkih zemelj, čiste redkozemeljske spojine predstavljajo dober tržni potencial, priprava visokozmogljivih redkozemeljskih materialov pa postavlja višje zahteve za čiste redkozemeljske spojine. Cerijeva spojina ima široko paleto uporabe, njen učinek v večini uporab pa je povezan z njeno čistostjo, fizikalnimi lastnostmi in vsebnostjo nečistoč. V porazdelitvi redkozemeljskih elementov cerij predstavlja približno 50 % lahkih redkozemeljskih virov. Z naraščajočo uporabo visoko čistega cerija so zahteve po indeksu vsebnosti neredkozemeljskih elementov za cerijeve spojine vse višje.Cerijev oksidje cerijev oksid, CAS številka je 1306-38-3, molekulska formula je CeO2, molekulska masa: 172,11; Cerijev oksid je najstabilnejši oksid redkozemeljskega elementa cerija. Pri sobni temperaturi je bledo rumena trdna snov, ki pri segrevanju potemni. Cerijev oksid se zaradi svojih odličnih lastnosti pogosto uporablja v luminiscentnih materialih, katalizatorjih, poliranju v prahu, UV-zaščiti in drugih vidikih. V zadnjih letih je vzbudil zanimanje številnih raziskovalcev. Priprava in delovanje cerijevega oksida sta v zadnjih letih postali raziskovalna vroča točka.
Proizvodni proces
Metoda 1: Mešamo pri sobni temperaturi, dodamo raztopino natrijevega hidroksida s koncentracijo 5,0 mol/L k raztopini cerijevega sulfata s koncentracijo 0,1 mol/L, nastavimo pH vrednost na več kot 10 in začne se obarjanje. Usedlino prečrpamo, večkrat speremo z deionizirano vodo in nato 24 ur sušimo v pečici pri 90 °C. Po mletju in filtriranju (velikost delcev manjša od 0,1 mm) dobimo cerijev oksid, ki ga shranimo na suhem mestu za zaprto shranjevanje. Metoda 2: Kot surovino vzamemo cerijev klorid ali cerijev nitrat, z amoniakovo vodo nastavimo pH vrednost na 2, dodamo oksalat za obarjanje cerijevega oksalata, po segrevanju, strjevanju, ločitvi in pranju sušimo pri 110 °C, nato pa se pri 900 ~ 1000 °C segrevamo do cerijevega oksida. Cerijev oksid lahko dobimo s segrevanjem mešanice cerijevega oksida in ogljikovega prahu pri 1250 °C v atmosferi ogljikovega monoksida.
Uporaba
Cerijev oksid se uporablja kot dodatek v steklarski industriji, materiali za brušenje ploščatega stekla, razširjena pa je bila tudi na brušenje stekla, optične leče, kineskope, beljenje, čiščenje, ultravijolično sevanje stekla in absorpcijo elektronskih žic itd. Uporablja se tudi kot antirefleks za očalne leče, cerij pa se uporablja za rumeno obarvanje cerija in titana, da steklo postane svetlo rumeno. Oksidacijska fronta redkih zemelj ima določen vpliv na kristalizacijo in lastnosti steklokeramike v sistemu CaO-MgO-Al2O3-SiO2. Rezultati raziskav kažejo, da je dodatek ustrezne oksidacijske fronte koristen za izboljšanje učinka bistrenja steklene tekočine, odpravo mehurčkov, zgostitev steklene strukture ter izboljšanje mehanskih lastnosti in odpornosti materialov na alkalije. Optimalna količina dodanega cerijevega oksida je 1,5, kadar se uporablja v keramični glazuri in elektronski industriji kot piezoelektrični keramični penetrant. Uporablja se tudi pri izdelavi visoko aktivnega katalizatorja, prevlek za žarnice s plinskimi svetilkami, rentgenskih fluorescentnih zaslonov (predvsem se uporablja kot sredstvo za poliranje leč). Prašek za poliranje redkih zemelj cerija se pogosto uporablja v fotoaparatih, objektivih kamer, televizijskih kinocevih, lečah in tako naprej. Uporablja se lahko tudi v steklarski industriji. Cerijev oksid in titanov dioksid se lahko uporabljata skupaj za obarvanje stekla. Cerijev oksid za razbarvanje stekla ima prednosti stabilnega delovanja pri visoki temperaturi, nizke cene in ne absorbira vidne svetlobe. Poleg tega se cerijev oksid dodaja steklu, ki se uporablja v stavbah in avtomobilih, da zmanjša prepustnost ultravijolične svetlobe. Za proizvodnjo luminiscentnih materialov iz redkih zemelj se cerijev oksid dodaja kot aktivator v tribarvne fosforje iz redkih zemelj, ki se uporabljajo v luminiscentnih materialih varčnih žarnic, in fosforje, ki se uporabljajo v indikatorjih in detektorjih sevanja. Cerijev oksid je tudi surovina za pripravo kovinskega cerija. Poleg tega se v polprevodniških materialih, visokokakovostnih pigmentih in fotosenzibilizatorjih za steklo pogosto uporablja avtomobilski čistilec izpušnih plinov. Katalizator za čiščenje avtomobilskih izpušnih plinov je sestavljen predvsem iz satjastega keramičnega (ali kovinskega) nosilca in površinsko aktiviranega premaza. Aktivirana prevleka je sestavljena iz velike površine gama-trioksida, ustrezne količine oksidov, ki stabilizirajo površino, in kovine s katalitično aktivnostjo, dispergirane v prevleki. Da bi zmanjšali odmerek dragih Pt in Rh, je povečanje odmerka Pd relativno poceni, kar zmanjša stroške katalizatorja brez zmanjšanja učinkovitosti katalizatorjev za čiščenje izpušnih plinov avtomobilov, pri čemer se predpostavlja različna učinkovitost, se pogosto uporablja Pt in Pd. Aktivacija Rh ternarnega katalizatorskega premaza, običajno s popolno potopitvijo, kjer se doda določena količina cerijevega oksida in lantanovega oksida, predstavlja odličen katalitični učinek redkih zemelj. Ternarni katalizator iz plemenitih kovin. Lantanov oksid in cerijev oksid sta bila uporabljena kot pomožna sredstva za izboljšanje učinkovitosti katalizatorjev iz plemenitih kovin na nosilcu ¦A-aluminijevega oksida. Glede na raziskavo je katalitični mehanizem cerijevega oksida in lantanovega oksida predvsem izboljšanje katalitične aktivnosti aktivne prevleke, samodejno prilagajanje razmerja zrak-gorivo in katalize ter izboljšanje toplotne stabilnosti in mehanske trdnosti nosilca.