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氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)研究進(jìn)展主講人:目錄01.氧化鋅催化技術(shù)概述03.氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)02.臭氧氧化技術(shù)基礎(chǔ)04.研究進(jìn)展與成果05.技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展方向06.環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益分析
氧化鋅催化技術(shù)概述催化原理簡介表面活性位點(diǎn)作用電子轉(zhuǎn)移機(jī)制氧化鋅催化劑通過電子轉(zhuǎn)移機(jī)制促進(jìn)臭氧分解,加速氧化反應(yīng),提高污染物去除效率。氧化鋅表面的活性位點(diǎn)可吸附反應(yīng)物,降低反應(yīng)活化能,從而提高催化效率。催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究氧化鋅催化臭氧氧化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué),有助于理解催化過程和優(yōu)化催化劑設(shè)計(jì)。氧化鋅特性分析氧化鋅具有較高的比表面積,這有助于提高其催化活性,增強(qiáng)臭氧氧化過程中的效率。高比表面積氧化鋅的熱穩(wěn)定性強(qiáng),能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)保持催化性能,適應(yīng)不同的反應(yīng)條件。熱穩(wěn)定性氧化鋅在紫外光照射下表現(xiàn)出良好的光催化性能,能夠有效分解有機(jī)污染物。優(yōu)異的光催化性能010203應(yīng)用領(lǐng)域概述氧化鋅催化劑在水處理中用于臭氧氧化,有效去除有機(jī)污染物,提高水質(zhì)。水處理01在空氣凈化領(lǐng)域,氧化鋅催化技術(shù)可降解空氣中的有害物質(zhì),改善空氣質(zhì)量??諝鈨艋?2工業(yè)排放的廢氣通過氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)處理,減少有害氣體排放,保護(hù)環(huán)境。工業(yè)廢氣處理03
臭氧氧化技術(shù)基礎(chǔ)臭氧氧化原理臭氧通過氧分子在特定條件下吸收能量,發(fā)生三體碰撞反應(yīng)生成,是強(qiáng)氧化劑。臭氧的生成機(jī)制01臭氧分子與水體或空氣中的有機(jī)污染物反應(yīng),通過氧化作用破壞污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。臭氧與污染物的反應(yīng)02在臭氧氧化過程中,臭氧分子會(huì)分解成氧氣和單個(gè)氧原子,單個(gè)氧原子具有極強(qiáng)的氧化性。臭氧分解過程03臭氧發(fā)生技術(shù)電暈放電法是通過高電壓在電極間產(chǎn)生電暈放電,從而產(chǎn)生臭氧,廣泛應(yīng)用于水處理和空氣凈化。電暈放電法01利用特定波長的紫外線照射氧氣分子,使其分解并重新結(jié)合成臭氧,此法適用于小規(guī)模臭氧生成。紫外線照射法02通過電解水產(chǎn)生臭氧,該技術(shù)在制備高濃度臭氧時(shí)具有優(yōu)勢,常用于工業(yè)氧化過程。電解法03臭氧氧化優(yōu)勢該技術(shù)適用于多種工業(yè)廢水處理,包括食品加工、紡織印染等行業(yè),應(yīng)用性強(qiáng)。適用范圍廣臭氧在反應(yīng)后可分解為氧氣,避免了傳統(tǒng)化學(xué)處理方法可能產(chǎn)生的二次污染問題。無二次污染臭氧氧化技術(shù)能快速分解水中的有機(jī)污染物,如農(nóng)藥、染料等,提高處理效率。高效去除有機(jī)污染物
氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)技術(shù)原理與機(jī)制氧化鋅的電子結(jié)構(gòu)特性氧化鋅具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu),使其在催化臭氧氧化過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的電子轉(zhuǎn)移能力。臭氧分解與自由基生成臭氧在氧化鋅表面分解,產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基,有效降解有機(jī)污染物。催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究氧化鋅催化臭氧氧化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué),揭示反應(yīng)速率與溫度、濃度等因素的關(guān)系。表面活性位點(diǎn)的作用氧化鋅表面的活性位點(diǎn)對(duì)催化反應(yīng)至關(guān)重要,影響著臭氧的吸附和活化過程。催化劑制備方法通過化學(xué)沉淀反應(yīng)制備氧化鋅催化劑,常用前驅(qū)體包括硝酸鋅和碳酸鈉。沉淀法在封閉容器中,利用水熱條件合成氧化鋅催化劑,可獲得高純度和均勻的顆粒。水熱合成法利用溶膠-凝膠技術(shù)制備氧化鋅,通過水解和縮合反應(yīng)形成凝膠,進(jìn)而得到催化劑。溶膠-凝膠法利用微波輻射快速加熱前驅(qū)體,加速氧化鋅催化劑的合成過程,提高效率。微波輔助合成法催化性能評(píng)估通過測定不同條件下氧化鋅催化劑對(duì)臭氧分解的速率,評(píng)估其催化活性。催化活性測試分析氧化鋅催化劑在臭氧氧化過程中對(duì)特定污染物的轉(zhuǎn)化選擇性,優(yōu)化反應(yīng)路徑。選擇性評(píng)估長期運(yùn)行實(shí)驗(yàn)考察氧化鋅催化劑的穩(wěn)定性,確保其在連續(xù)使用中的性能不衰減。穩(wěn)定性分析
研究進(jìn)展與成果國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國際研究動(dòng)態(tài)國際上,氧化鋅催化劑在臭氧氧化中的應(yīng)用研究不斷深入,如歐洲的多項(xiàng)研究聚焦于提高催化效率和穩(wěn)定性。0102國內(nèi)研究進(jìn)展中國科研團(tuán)隊(duì)在氧化鋅催化臭氧氧化領(lǐng)域取得顯著成果,例如清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出新型納米氧化鋅催化劑。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在污水處理領(lǐng)域,氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)已應(yīng)用于多個(gè)工業(yè)項(xiàng)目,如美國某化工廠的廢水處理系統(tǒng)。工業(yè)應(yīng)用案例盡管取得進(jìn)展,但氧化鋅催化劑的毒性和穩(wěn)定性仍是研究的難點(diǎn),未來研究將聚焦于這些問題的解決。技術(shù)挑戰(zhàn)與未來方向關(guān)鍵技術(shù)突破01研究者成功開發(fā)出新型納米氧化鋅催化劑,顯著提高了臭氧氧化的效率和選擇性。新型催化劑的開發(fā)02通過改進(jìn)反應(yīng)器設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了臭氧與氧化鋅的高效接觸,提升了污染物的去除率。反應(yīng)器設(shè)計(jì)優(yōu)化03采用先進(jìn)的過程控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了氧化鋅催化臭氧氧化過程的自動(dòng)化和精準(zhǔn)控制。過程控制技術(shù)進(jìn)步應(yīng)用實(shí)例分析氧化鋅催化臭氧技術(shù)在工業(yè)廢水處理中表現(xiàn)出色,有效降解難降解有機(jī)物,提高處理效率。工業(yè)廢水處理該技術(shù)被應(yīng)用于空氣凈化系統(tǒng)中,成功去除空氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs),改善室內(nèi)空氣質(zhì)量??諝鈨艋谕寥佬迯?fù)項(xiàng)目中,氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)能夠有效分解土壤中的持久性有機(jī)污染物,促進(jìn)土壤環(huán)境的恢復(fù)。土壤修復(fù)
技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展方向當(dāng)前面臨的主要問題氧化鋅催化劑在長期使用過程中易失活,穩(wěn)定性不足是當(dāng)前研究亟需解決的問題。催化劑的穩(wěn)定性問題臭氧的生成和使用成本較高,且具有一定的危險(xiǎn)性,限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。臭氧的高成本和安全性問題在處理某些難降解有機(jī)污染物時(shí),氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)的去除效率并不理想。污染物去除效率的局限性技術(shù)優(yōu)化與改進(jìn)提高催化效率通過納米技術(shù)制備氧化鋅催化劑,以增強(qiáng)其催化活性,提升臭氧氧化處理污染物的效率。增強(qiáng)穩(wěn)定性研究氧化鋅催化劑的表面改性,以提高其在不同環(huán)境下的化學(xué)穩(wěn)定性和使用壽命。降低生產(chǎn)成本開發(fā)低成本的氧化鋅制備方法,如采用工業(yè)副產(chǎn)品作為原料,以降低整體技術(shù)應(yīng)用的成本。未來研究趨勢預(yù)測研究者正致力于開發(fā)新型催化劑,以提高氧化鋅催化臭氧氧化的效率,減少能源消耗。提高催化效率通過改進(jìn)制備工藝和使用廉價(jià)原料,研究旨在降低氧化鋅催化劑的生產(chǎn)成本,促進(jìn)技術(shù)商業(yè)化。降低生產(chǎn)成本探索氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)在水處理以外的新應(yīng)用,如空氣凈化和工業(yè)廢氣處理。拓展應(yīng)用領(lǐng)域010203
環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益分析環(huán)境保護(hù)貢獻(xiàn)提高能源效率減少有害物質(zhì)排放氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)能有效降解水和空氣中的有機(jī)污染物,減少有害物質(zhì)排放。該技術(shù)通過催化作用提高臭氧氧化效率,降低能源消耗,對(duì)環(huán)境保護(hù)具有積極影響。促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)的應(yīng)用有助于實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程的綠色化,推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估通過對(duì)比氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)的初期投資與長期運(yùn)營成本,評(píng)估其經(jīng)濟(jì)效益。成本效益分析01分析該技術(shù)在市場上的競爭力,包括與其他污水處理技術(shù)的成本效益比較。市場競爭力評(píng)估02預(yù)測采用氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)的項(xiàng)目投資回報(bào)期,為投資者提供決策依據(jù)。投資回報(bào)期預(yù)測03可持續(xù)發(fā)展影響氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)能有效減少工業(yè)排放中的有害物質(zhì),對(duì)環(huán)境保護(hù)有積極影響。降低有害物質(zhì)排放01該技術(shù)通過高效催化反應(yīng),提升了臭氧的利用率,減少了資源浪費(fèi),符合可持續(xù)發(fā)展的原則。提高資源利用效率02氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了綠色化學(xué)的進(jìn)步,有助于減少化學(xué)工業(yè)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。促進(jìn)綠色化學(xué)發(fā)展03氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)研究進(jìn)展(1)
01內(nèi)容摘要內(nèi)容摘要
近年來,隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展,廢水排放量不斷增加,其中有機(jī)污染物含量較高,給水環(huán)境帶來了嚴(yán)重污染。傳統(tǒng)的水處理方法如物理法、化學(xué)法等難以徹底去除有機(jī)污染物,而高級(jí)氧化技術(shù)(AOPs)因其高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),成為近年來研究的熱點(diǎn)。氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)作為AOPs的一種,具有獨(dú)特的優(yōu)勢,在廢水處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。02氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)原理氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)原理氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)工藝流程簡單,易于操作。3.操作簡便
臭氧是一種強(qiáng)氧化劑,能夠?qū)⒍喾N有機(jī)污染物氧化成等無害物質(zhì)。1.氧化能力強(qiáng)
氧化鋅催化劑無毒、可回收,且在反應(yīng)過程中不會(huì)產(chǎn)生二次污染。2.環(huán)境友好
03催化劑的制備與表征催化劑的制備與表征
2.催化劑的表征1.催化劑的制備目前,氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)的催化劑制備方法主要有以下幾種:(1)溶膠凝膠法:通過溶膠凝膠過程制備氧化鋅納米顆粒,具有制備過程簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。(2)化學(xué)沉淀法:將金屬離子與沉淀劑反應(yīng)生成金屬氫氧化物,再經(jīng)過高溫煅燒制備氧化鋅催化劑。(3)水熱法:在高溫、高壓條件下,將金屬離子與沉淀劑反應(yīng)制備氧化鋅納米顆粒。對(duì)氧化鋅催化劑的表征主要包括以下內(nèi)容:(1)形貌:通過掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等手段觀察催化劑的形貌。(2)結(jié)構(gòu):利用X射線衍射(XRD)分析催化劑的晶體結(jié)構(gòu)。(3)表面性質(zhì):通過N2吸附脫附等手段分析催化劑的比表面積、孔結(jié)構(gòu)等表面性質(zhì)。04反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理
1.臭氧分解在氧化鋅催化劑的作用下,臭氧分解成氧氣和活性氧(O2)。
活性氧與有機(jī)污染物反應(yīng),將其氧化成低毒、無害的物質(zhì)。2.活性氧與有機(jī)污染物反應(yīng)05影響因素影響因素
1.催化劑種類不同種類的催化劑對(duì)反應(yīng)效果影響較大。
2.催化劑用量催化劑用量過多或過少都會(huì)影響反應(yīng)效果。3.臭氧濃度臭氧濃度過高或過低都會(huì)影響反應(yīng)效果。影響因素
4.反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)效果有較大影響。06應(yīng)用進(jìn)展應(yīng)用進(jìn)展
1.工業(yè)廢水處理如印染廢水、制藥廢水、電鍍廢水等。2.生活污水凈化如城市生活污水、養(yǎng)殖廢水等。3.污水深度處理如城市生活污水、養(yǎng)殖廢水等。
氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)研究進(jìn)展(2)
01氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)的研究進(jìn)展氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)的研究進(jìn)展
1.催化機(jī)理與活性組分氧化鋅(ZnO)作為一種寬帶隙半導(dǎo)體材料,因其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)而備受關(guān)注。在臭氧氧化過程中,ZnO表面能夠吸附臭氧分子,形成氧負(fù)離子(O2),這些氧負(fù)離子可以與有機(jī)物分子發(fā)生反應(yīng),從而將其分解為無害的小分子物質(zhì)。此外,ZnO還可以促進(jìn)臭氧分解產(chǎn)生的羥基自由基(OH)的形成,進(jìn)一步提高氧化效率。
研究表明,ZnO的粒徑、比表面積、結(jié)晶度等因素對(duì)催化性能有顯著影響。通過調(diào)控這些參數(shù),可以優(yōu)化ZnO的催化效果。例如,增加ZnO的比表面積可以提高其與有機(jī)物的反應(yīng)速率;而提高結(jié)晶度則可以增強(qiáng)其穩(wěn)定性,延長使用壽命。此外,還發(fā)現(xiàn)添加其他金屬元素(如鐵、銅等)或非金屬元素(如氮、硫等)到ZnO中,可以改善其催化性能,拓寬其應(yīng)用范圍。
在實(shí)際應(yīng)用中,氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于污水處理、空氣凈化等領(lǐng)域。例如,某污水處理廠采用了ZnO復(fù)合催化劑,在處理含有苯酚類有機(jī)物的污水時(shí),COD去除率可達(dá)90以上,且催化劑的再生性能好,可重復(fù)使用多次。此外,還有研究者將ZnO應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化系統(tǒng)中,取得了良好的效果。2.催化性能與優(yōu)化3.應(yīng)用實(shí)例與案例分析02氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)的應(yīng)用前景與挑戰(zhàn)氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)的應(yīng)用前景與挑戰(zhàn)
2.面臨的挑戰(zhàn)與對(duì)策1.應(yīng)用領(lǐng)域的拓展隨著研究的深入和技術(shù)的進(jìn)步,氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)有望在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。除了水處理和空氣凈化外,還可以擴(kuò)展到垃圾處理、土壤修復(fù)、食品加工等多個(gè)行業(yè)。此外,隨著納米技術(shù)的發(fā)展,利用納米ZnO作為催化劑可能會(huì)進(jìn)一步提高其催化性能,拓寬其應(yīng)用范圍。盡管氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)具有諸多優(yōu)勢,但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如,催化劑的成本問題、催化劑的穩(wěn)定性和再生性、以及催化劑的選擇性等問題都需要進(jìn)一步研究和解決。為了克服這些挑戰(zhàn),可以采取以下措施:一是通過改進(jìn)制備工藝降低催化劑成本;二是加強(qiáng)催化劑穩(wěn)定性和再生性的研究;三是開發(fā)新型催化劑以提高其選擇性和效率。03結(jié)論結(jié)論
氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)作為一種環(huán)保型催化技術(shù),具有廣泛的應(yīng)用前景。通過深入研究和技術(shù)創(chuàng)新,有望解決現(xiàn)有問題并推動(dòng)該技術(shù)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。未來,隨著納米技術(shù)和綠色化學(xué)的發(fā)展,氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)將更加成熟和完善,為環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)研究進(jìn)展(3)
01簡述要點(diǎn)簡述要點(diǎn)
臭氧氧化技術(shù)是一種高效、綠色、環(huán)境友好的廢水處理方法,廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢水、飲用水處理等領(lǐng)域。然而,臭氧氧化過程存在能耗高、氧化效率低等問題。近年來,氧化鋅催化劑在臭氧氧化過程中的應(yīng)用引起了廣泛關(guān)注。本文對(duì)氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。02氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)原理氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)原理氧化鋅具有較高的催化活性,能有效降低臭氧的分解能耗。1.催化活性高氧化鋅對(duì)有機(jī)污染物的氧化具有較高的選擇性,能有效地去除廢水中的有機(jī)污染物。2.選擇性好氧化鋅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,能長期應(yīng)用于廢水處理。3.穩(wěn)定性好
03氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)研究進(jìn)展氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)研究進(jìn)展
1.氧化鋅催化劑的制備目前,氧化鋅催化劑的制備方法主要有物理法制備、化學(xué)法制備和生物法制備。物理法制備包括機(jī)械合金化、共沉淀等;化學(xué)法制備包括水熱法、溶膠凝膠法等;生物法制備包括微生物轉(zhuǎn)化法等。其中,溶膠凝膠法制備的氧化鋅催化劑具有較好的催化性能。2.氧化鋅催化劑的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系氧化鋅催化劑的結(jié)構(gòu)與性能密切相關(guān),研究表明,氧化鋅催化劑的晶粒尺寸、比表面積、孔徑分布等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其催化性能有重要影響。通過調(diào)控氧化鋅催化劑的結(jié)構(gòu),可以提高其催化活性。3.氧化鋅催化劑的改性氧化鋅催化劑的結(jié)構(gòu)與性能密切相關(guān),研究表明,氧化鋅催化劑的晶粒尺寸、比表面積、孔徑分布等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其催化性能有重要影響。通過調(diào)控氧化鋅催化劑的結(jié)構(gòu),可以提高其催化活性。
氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)研究進(jìn)展氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)在廢水處理中具有廣泛的應(yīng)用前景,研究表明,氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)可以有效地去除廢水中的有機(jī)污染物,如苯、甲苯、二甲苯等。此外,氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)還可以應(yīng)用于飲用水處理、空氣凈化等領(lǐng)域。4.氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用
04存在問題及展望存在問題及展望
(1)開發(fā)新型氧化鋅催化劑:通過調(diào)控催化劑的結(jié)構(gòu)和組成,提高其催化性能和穩(wěn)定性。(2)研究氧化鋅催化劑的再生技術(shù):提高催化劑的重復(fù)利用率,降低廢水處理成本。(3)拓展氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域:將氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)應(yīng)用于更多領(lǐng)域,如空氣凈化、土壤修復(fù)等??傊?,氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)作為一種高效、綠色、環(huán)境友好的廢水處理方法,具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著研究的不斷深入,氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)將在廢水處理、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。2.展望(1)氧化鋅催化劑的穩(wěn)定性問題:在實(shí)際應(yīng)用中,氧化鋅催化劑容易發(fā)生失活,導(dǎo)致催化性能下降。(2)催化劑的再生問題:氧化鋅催化劑的再生技術(shù)尚不成熟,影響了其在廢水處理中的應(yīng)用。1.存在問題
氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)研究進(jìn)展(4)
01概述概述
隨著環(huán)保意識(shí)的提升和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重,水處理技術(shù)已成為全球科研和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的重要焦點(diǎn)。臭氧氧化技術(shù)因其高效、無二次污染的特質(zhì)在水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。而氧化鋅(ZnO)作為一種重要的催化劑,其在催化臭氧氧化技術(shù)中的研究也取得了顯著的進(jìn)展。本文將對(duì)氧化鋅催化臭氧氧化技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。02氧化鋅催化劑的概述氧化鋅催化劑的概述
氧化鋅(ZnO)是一種具有多種優(yōu)良性能的氧化物,如化學(xué)穩(wěn)定性好、
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