均勻沉淀法制備二氧化鈰超細(xì)粉體及其動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、我國(guó)是稀土資源大國(guó)，稀土元素配分齊全。稀土元素具有獨(dú)特的4f電子結(jié)構(gòu)被譽(yù)為新材料的寶庫(kù)，在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。二氧化鈰被超細(xì)化后會(huì)表現(xiàn)出許多獨(dú)特性質(zhì)，但目前二氧化鈰超細(xì)粉體的制備技術(shù)尚不成熟，因此對(duì)二氧化鈰制備的新方法進(jìn)行研究是十分必要的。 本文通過(guò)超重力法和微波輔助法來(lái)優(yōu)化二氧化鈰的制備工藝，同時(shí)對(duì)微波加熱下鈰離子的沉淀動(dòng)力學(xué)以及前軀體的熱分解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容包括： （1）在超重力場(chǎng)反應(yīng)器中以硝酸鈰為鈰源，

2、尿素為均勻沉淀劑，少量表面活性劑做分散劑，通過(guò)超重力法制備了二氧化鈰前驅(qū)體，再經(jīng)焙燒得到二氧化鈰超細(xì)粉體。結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)和單因素實(shí)驗(yàn)考查了pH值、聚乙二醇分子量、干燥方式、硝酸鈰濃度、尿素濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、聚乙二醇濃度、旋轉(zhuǎn)填充床轉(zhuǎn)速、焙燒溫度、焙燒時(shí)間、旋轉(zhuǎn)填充床填料等因素對(duì)二氧化鈰粒徑的影響。采用WJL激光粒度儀、FT-IR、TG、XRD、SEM等對(duì)合成的二氧化鈰及其前驅(qū)體進(jìn)行表征。結(jié)果表明：在近中性條件下，硝酸鈰濃度為0．1

3、5 mol/L，尿素濃度為0．75 mol/L，表面活性劑PEG4000濃度為3g/L，RPB轉(zhuǎn)速為1000 r/min，反應(yīng)溫度為90℃時(shí)反應(yīng)2h，合成的前驅(qū)體為水合碳酸氧鈰，經(jīng)離心、水洗、醇洗、真空干燥后于600℃焙燒1h，得到立方晶系的準(zhǔn)球形二氧化鈰超細(xì)粉體。用鮑爾環(huán)做RPB填料時(shí)效果要好于拉西環(huán)和玻璃珠。 （2）用相同的原料在微波催化合成/萃取儀中通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)初步研究了微波加熱制備二氧化鈰超細(xì)粉體的優(yōu)化工藝條件，并用W

4、JL激光粒度儀、FT-IR、TG、XRD、SEM等對(duì)合成的二氧化鈰及其前驅(qū)體進(jìn)行表征。結(jié)果表明：在硝酸鈰濃度為0．1 mol/L，尿素濃度為0．75 mol/L，表面活性劑PEG4000濃度為4g/L，反應(yīng)溫度為85℃時(shí)反應(yīng)1h，合成的前驅(qū)體為水合碳酸氧鈰，經(jīng)離心、水洗、醇洗、真空干燥后于600℃焙燒2h，得到長(zhǎng)度為1．5μm，長(zhǎng)徑比在1：5左右的立方晶系片狀二氧化鈰超細(xì)粉體。 （3）微波加熱下鈰離子的沉淀動(dòng)力學(xué)研究，研究結(jié)果表

5、明：在沉淀反應(yīng)進(jìn)行0．5 h后沉淀過(guò)程能較好的符合動(dòng)力學(xué)方程。在微波加熱的條件下鈰離子沉淀動(dòng)力學(xué)的反應(yīng)級(jí)數(shù)n為3．59，反應(yīng)的表觀(guān)活化能Ea為139．683 kJ/mol。 （4）根據(jù)Freeman-Carroll提出的反應(yīng)和動(dòng)力學(xué)方程對(duì)不同方法制備前驅(qū)體的熱分解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，在假定反應(yīng)機(jī)理函數(shù)的情況下，求得由超重力法制備的前驅(qū)體分解的表觀(guān)活化能為165．535 kJ/mol，而由微波輔助法制備的前驅(qū)體分解的表觀(guān)活化能為22