纳米二氧化铈在环境方面的研究应用

宋 佳，李若菲，周 禹，宋烈光，王红侠

(宿迁学院 信息工程学院，江苏 宿迁 223800)

随着现代社会的飞速发展，在生活各个水平层面都快速提高的同时也不可避免的带来了巨额的污染。由各式污染引起的环境问题成为全球人民的聚焦点。其中过低的能源利用效率更是加剧了这一情况。

纳米二氧化铈是一种价格低廉并且用途广泛的材料[1-2]，可以应用在发光材料、紫外线吸收剂、汽车尾气净化、固体氧化物燃料和污水处理上，其作用在环境下优点尤为突出。

1 纳米CeO2的研究应用

1.1 纳米CeO2在污水处理方面的应用

污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域。因此污水的处理一直都是压在人们心中的大石，在民众心里的地位越加重要。

纳米在环境保护领域具有广泛的应用，在有机污染物废水的处理的领域更是占有重要的地位。有机污染物废水处理的众多方式中催化臭氧氧化是其中效率较高的方式之一。而催化臭氧氧化处理废水能提高臭氧利用率、有机污染物的去除率和矿化度[3]。CeO2在催化臭氧氧化反应的重要活性组分，能够吸附臭氧分子并且将其分解，对提高污水的处理效率有着显著的效果。通过研究表明纳米CeO2的形貌会影响催化臭氧水的效果，通过研究表明纳米CeO2的形貌会影响催化臭氧水的经过实验证明，在各类形态中的CeO2纳米花实验结果最佳[4-6]。

1.2 纳米CeO2在汽车尾气处理方面的应用

汽车是一个流动的污染源，汽车尾气(主要有害成分是一氧化碳，碳氢化合物，氮氧化合物)是引起空气污染的主要因素之一。可以说，在世界各国，汽车污染早已不再是新话题。它的有效治理非常紧迫，并且任务艰巨。二氧化铈凭借其优异的性能被人们广泛用于汽车尾气的降解及环境的保护。而实验研究表明，在汽车尾气净化催化剂中，助催化剂CeO2的作用有两个[7-8]：1)独特的储氧释氧功能，2)助催化剂CeO2影响贵金属颗粒的大小。因此，添加微米-纳米级别的CeO2比普通的CeO2比表面积大，涂层量高，所含的有害杂质量低；其储氧能力也显著提高。同时，随着CeO2颗粒的减小，使得贵金属颗粒尺寸减小，比表面增大，更大程度地增强了催化剂的催化活性[9]。

我国稀土的储量分布较为集中，在全国总的稀土储量中举足轻重，享誉稀土大国。而贵金属资源相对匮乏，价格昂贵，很难推广。而二氧化铈是稀土氧化物中活性最高的氧化物催化剂[10]，利用廉价丰富的纳米CeO2为助催化剂去降解汽车尾气中的有害气体，对稀土资源的发展具有巨大的意义。

1.3 纳米CeO2抗紫外方面的应用

人的皮肤和眼睛对紫外线颇为敏感，受影响最为明显，对人体的影响程度取决于紫外的波长，波长越短，对皮肤的穿透程度越小，反之，波长越长，透入皮肤的程度越大。被紫外线直接照射时，往往在6～8 h的潜伏期之后一些皮肤症状才渐渐显现，例如，皮肤干燥不适、皮肤皱缩等，更有严重者出现晒伤情况。所以，很多人通过身着防晒服，涂抹防晒霜等化妆品来减少紫外线对人体皮肤的损伤。

传统的紫外线屏蔽剂大多数是有机物，有机紫外线屏蔽剂主要是起到对紫外线的吸收作用。而纳米CeO2对紫外线具有很强的吸收作用，它价格低廉、吸收效果好且没有毒性，它在日常防晒、隔离化妆品中应用较广。

1.4 纳米CeO2在燃料电池方面的应用

地球上现如今的主要能源包括石油，煤，天然气等，但大多是不清洁能源，不仅不具备可持续发展性，而且会对环境产生巨额污染，另外其低效的发电效率更是加剧了其对环境的负担。固体氧化物燃料属于第三代燃料，能量的转化效率高，适应的应用范围广，对环境相对友好。固体氧化物燃料是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。CeO2是固体氧化物燃料电池氧化物离子导体中主要基体材料中的一种材料，因其纳米材料和CeO2特有的纳米比表面积大，反应活性高的优势提高了电池的储氧量和传氧量[13]。

2 存在问题

我们国内虽有着丰富的稀土元素储量，然而是我国对其研究及开发技术尚有缺憾，使得稀土元素利用率较低。且在二氧化铈需求量益增的今日，其化学制备方式仍有许多不足。纳米二氧化铈颗粒因其特殊性质，对人类健康和生态环境也造成一定的负面影响[14-15]，如纳米二氧化铈的氧化催化活性太高，因此阻碍了抗紫外线性能更好的发挥。

3 结语

纳米二氧化铈是性能优异的新型纳米材料，在环境的治理上具有良好的应用前景。其物理化学性能为新型纳米技术研究领域的热点之一， 以二氧化铈为基底，掺杂了其他金属的改良催化剂具有很多优良性质，应用在实际中能对现实中汽车尾气的处理有非常积极的作用[15]。纳米二氧化铈的研究与应用为相关纳米材料的发展提供了真切有效的可能，不仅促进了稀土元素的应用，同时对环境保护也起了相当积极的作用。