碳酸盐沉淀法制备纳米氧化钇粉体研究

来源 :江西理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zmdwfh2008
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纳米氧化钇兼具纳米材料和稀土氧化物的优异性能,被广泛应用于催化剂、荧光、波导、磁性和涂层等诸多领域。针对传统液相沉淀法在制备过程中会产生草酸根和铵根离子对环境造成破坏等问题,本文采用了碳酸盐作沉淀剂制备纳米氧化钇,开展了沉淀工艺选择、干燥方式研究、热分析及动力学研究和焙烧过程研究等工作。取得的主要结果如下:以氯化钇为原料,以碳酸钠和碳酸氢钠作为沉淀剂制备纳米Y2O3,考察了不同的加料方式、Y3+浓度、碳酸钠浓度、Y3+和碳酸钠的摩尔比、搅拌速度、沉淀温度、沉淀时间、分散剂含量和沉淀剂组成等工艺条件对前驱体粉体形貌、团聚情况和粒度大小的影响。结果表明,在正加料方式,Y3+浓度为0.1 mol/L,沉淀剂组成体积分数为10%碳酸钠和90%碳酸氢钠,Y3+和碳酸钠的摩尔比为1:1.575,沉淀温度为30℃,加料速度为10 ml/min,搅拌转速为300 r/min,无陈化的工艺条件下,可制备得到较为理想的氧化钇前驱体。为探究干燥方式对氧化钇前驱体团聚的影响,采用直接干燥、冷冻干燥、酒精洗涤干燥三种方法进行研究。结果表明直接干燥获得的前驱体颗粒尺寸更小,粒径更均匀。在此基础上,实验还探索了喷雾法直接干燥的影响,结果表明:在喷雾直接干燥温度为150℃,蠕动泵速度为30%的条件下制备得到(D90-D10)/2D50=0.46,颗粒尺寸较小,粒径分布较均匀的氧化钇前驱体粉末。通过对氧化钇前驱体的热分解和动力学研究发现,采用傅里叶红外光谱(FI-IR)初步推测出沉淀前驱体组成为Y(OH)x(CO3)y·z H2O。通过热重-差热分析法和X射线衍射光谱仪(XRD)对产物进一步分析可知,Y(OH)x(CO3)y·z H2O的热分解过程分为两个阶段,第一阶段在温度为213℃左右,失去1个结晶水,生成Y(OH)CO3;第二阶段在213℃~613℃之间,失去一个1/2个H2O和1个CO2,生成Y2O3。因此,确定氧化钇前驱物的组成为Y(OH)CO3·H2O。通过Kissinger法、Ozawa-Flynm-Wall法、Crane方程、Coats-Redfem方程这四种方法计算得出:碱式碳酸钇(Y(OH)CO3·H2O)第一阶段热分解过程的表观活化能E在60.1008~90.2306 kj·mol-1之间,指前因子A=7.46169×10~5,反应级数n=0.74;第二阶段Y(OH)CO3热分解生成Y2O3反应的表观活化能E为220.2733 kj·mol-1,指前因子A为5.3986×1010,反应级数n=0.82。其受Avrami Erofeev方程控制,对应的分解函数积分式为g(α)=[-ln(1-α)]~4。以上述工作的基础上,实验研究了不同的煅烧温度、升温速度和保温时间对氧化钇晶型、形貌和粒径大小的影响。结果表明,前驱体和焙烧产物氧化钇的形貌相似,在煅烧温度为860℃,升温速度为5.375℃/min,保温时间为1 h的条件下可得到D50=0.050 um,(D90-D10)/2D50=0.98,分散性良好的纳米Y2O3。
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