Оксид церия: свойства, применение и производство уникального вещества

Оксид церия - удивительное вещество, широко используемое в промышленности. Давайте разберемся в его свойствах, способах производства и основных сферах применения.

Свойства оксида церия

Оксид церия представляет собой соединение церия и кислорода с формулой CeO₂. Это твердое вещество от бледно-желтого до розового цвета в зависимости от наличия примесей.

Главное ценное свойство оксида церия - способность поглощать ультрафиолетовое излучение. Благодаря этому он широко используется в оптической промышленности. Также это вещество обладает высокой каталитической активностью в реакциях окисления.

Оксид церия проявляет энзимоподобные свойства и ускоряет биохимические реакции в живых организмах

Кроме того, оксид церия:

• Демонстрирует высокую электронную проводимость при низких парциальных давлениях кислорода
• Обладает значительной ионной проводимостью кислорода при 500-800°C
• Стимулирует деление стволовых клеток и ускоряет заживление ран

Легирование оксида церия позволяет расширить область ионной проводимости и улучшить функционирование вещества в топливных элементах.

Производство оксида церия

Существует несколько методов получения оксида церия:

1. Пирометаллургический - обжиг оксалата или гидроксида церия
2. Гидрометаллургический - осаждение из растворов солей

Наиболее распространен способ обжига соединений церия. Сырьем служат минералы, содержащие церий - бастнезит и монацит. После обжига при 900-1000°C получают оксид церия с массовой долей основного вещества до 99%.

Дальнейшая очистка от примесей важна для получения стабильных оптических свойств. Например, оксид церия для полировки стекла должен иметь желтый цвет, а розовая окраска указывает на загрязнения.

Крупнейшим производителем оксида церия в мире является Китай, выпускающий до 65 тыс. тонн в год. Другие значимые игроки находятся в США, Японии и странах ЕС.

Оксид церия применение находит во многих сферах, о них далее.

Применение в оптике

Благодаря способности поглощать ультрафиолет, оксид церия широко применяется в производстве оптического стекла и линз. Он предохраняет материал от разрушения под действием UV-излучения. При этом для видимого света оксид церия прозрачен.

Кроме того, этот материал используют для полировки оптических деталей из стекла и кварца. Оксид церия входит в состав полировальных паст благодаря своей высокой твердости и хорошим абразивным свойствам.

Применение в керамике

В производстве керамики оксид церия выполняет функцию плавня для снижения температуры обжига изделий. Добавление всего 4% CeO₂ к глине или фарфоровой массе снижает температуру спекания на 100-150°С.

Также соединения церия придают керамике привлекательную желтую окраску без использования токсичных красителей. Оптимальная концентрация оксида церия для окрашивания 0,01-0,05%.

Катализаторы на основе оксида церия

Высокая каталитическая активность оксида церия используется в процессах очистки выхлопных газов от вредных примесей. Катализаторы на его основе устанавливаются в выхлопных системах автомобилей.

В частности, оксид церия ускоряет реакции окисления углеводородов, оксидов азота и монооксида углерода в более безопасные соединения при высоких температурах.

Перспективы применения в медицине

Уникальные свойства оксида церия перспективны для использования в биомедицинских целях. Это вещество стимулирует рост нервных волокон, ускоряет заживление ран и облегчает течение воспалительных заболеваний.

Активно ведутся исследования по созданию лекарственных препаратов на основе наночастиц диоксида церия для лечения диабета, рассеянного склероза, рака и других болезней.

Утилизация отработанного оксида церия

Вопрос переработки использованного оксида церия стоит довольно остро. Тонны этого вещества, например, загрязняют сточные воды после полировки стекла или керамики.

Перспективным является извлечение редкоземельных элементов из отработанного оксида церия. Это позволит повторно использовать дефицитное сырье и снизить загрязнение окружающей среды.