Προετοιμασίαεξαιρετικά λεπτά οξείδια σπάνιων γαιών
Οι εξαιρετικά λεπτές ενώσεις σπάνιων γαιών έχουν ευρύτερο φάσμα χρήσεων σε σύγκριση με τις ενώσεις σπάνιων γαιών με γενικά μεγέθη σωματιδίων και επί του παρόντος υπάρχει περισσότερη έρευνα σχετικά με αυτές. Οι μέθοδοι παρασκευής χωρίζονται σε μέθοδο στερεάς φάσης, μέθοδο υγρής φάσης και μέθοδο αέριας φάσης ανάλογα με την κατάσταση συσσωμάτωσης της ουσίας. Προς το παρόν, η μέθοδος υγρής φάσης χρησιμοποιείται ευρέως σε εργαστήρια και στη βιομηχανία για την παρασκευή εξαιρετικά λεπτών σκονών ενώσεων σπάνιων γαιών. Περιλαμβάνει κυρίως τη μέθοδο καθίζησης, τη μέθοδο sol gel, την υδροθερμική μέθοδο, τη μέθοδο προτύπου, τη μέθοδο μικρογαλακτώματος και τη μέθοδο αλκυδικής υδρόλυσης, μεταξύ των οποίων η μέθοδος καθίζησης είναι η καταλληλότερη για βιομηχανική παραγωγή.
Η μέθοδος καθίζησης είναι η προσθήκη του ιζήματος στο διάλυμα μεταλλικού άλατος για καθίζηση και στη συνέχεια η διήθηση, το πλύσιμο, η ξήρανση και η θερμική αποσύνθεση για τη λήψη προϊόντων σε σκόνη. Περιλαμβάνει τη μέθοδο άμεσης καθίζησης, τη μέθοδο ομοιόμορφης καθίζησης και τη μέθοδο συγκαθίζησης. Στη συνήθη μέθοδο καθίζησης, οξείδια σπάνιων γαιών και άλατα σπάνιων γαιών που περιέχουν πτητικές όξινες ρίζες μπορούν να ληφθούν με καύση του ιζήματος, με μέγεθος σωματιδίων 3-5 μm. Η ειδική επιφάνεια είναι μικρότερη από 10 ㎡/g και δεν διαθέτει ειδικές φυσικές και χημικές ιδιότητες. Η μέθοδος καθίζησης με ανθρακικό αμμώνιο και η μέθοδος καθίζησης με οξαλικό οξύ είναι σήμερα οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μέθοδοι για την παραγωγή συνηθισμένων σκονών οξειδίων και, εφόσον αλλάξουν οι συνθήκες διεργασίας της μεθόδου καθίζησης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρασκευή εξαιρετικά λεπτών σκονών οξειδίων σπάνιων γαιών.
Έρευνες έχουν δείξει ότι οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν το μέγεθος των σωματιδίων και τη μορφολογία των εξαιρετικά λεπτών σκονών σπάνιων γαιών στη μέθοδο καθίζησης με όξινο ανθρακικό αμμώνιο περιλαμβάνουν τη συγκέντρωση των σπάνιων γαιών στο διάλυμα, τη θερμοκρασία καθίζησης, τη συγκέντρωση του παράγοντα καθίζησης κ.λπ. Η συγκέντρωση των σπάνιων γαιών στο διάλυμα είναι το κλειδί για τον σχηματισμό ομοιόμορφα διασκορπισμένων εξαιρετικά λεπτών σκονών. Για παράδειγμα, στο πείραμα καθίζησης με Y3+ για την παρασκευή Y2O3, όταν η μαζική συγκέντρωση των σπάνιων γαιών είναι 20~30g/L (υπολογιζόμενη με Y2O3), η διαδικασία καθίζησης είναι ομαλή και η εξαιρετικά λεπτή σκόνη οξειδίου του υττρίου που λαμβάνεται από την καθίζηση ανθρακικού άλατος με ξήρανση και καύση είναι μικρή, ομοιόμορφη και η διασπορά της είναι καλή.
Στις χημικές αντιδράσεις, η θερμοκρασία είναι ένας καθοριστικός παράγοντας. Στα παραπάνω πειράματα, όταν η θερμοκρασία είναι 60-70 ℃, η καθίζηση είναι αργή, η διήθηση είναι γρήγορη, τα σωματίδια είναι χαλαρά και ομοιόμορφα και είναι βασικά σφαιρικά. Όταν η θερμοκρασία αντίδρασης είναι κάτω από 50 ℃, η καθίζηση σχηματίζεται πιο γρήγορα, με περισσότερους κόκκους και μικρότερα μεγέθη σωματιδίων. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, η ποσότητα υπερχειλίσεων CO2 και NH3 είναι μικρότερη και η καθίζηση είναι σε κολλώδη μορφή, η οποία δεν είναι κατάλληλη για διήθηση και πλύση. Μετά την καύση σε οξείδιο του υττρίου, εξακολουθούν να υπάρχουν ουσίες σε μορφή μπλοκ που συσσωματώνονται σοβαρά και έχουν μεγαλύτερα μεγέθη σωματιδίων. Η συγκέντρωση του όξινου ανθρακικού αμμωνίου επηρεάζει επίσης το μέγεθος των σωματιδίων του οξειδίου του υττρίου. Όταν η συγκέντρωση του όξινου ανθρακικού αμμωνίου είναι μικρότερη από 1mol/L, το μέγεθος των σωματιδίων του οξειδίου του υττρίου που προκύπτει είναι μικρό και ομοιόμορφο. Όταν η συγκέντρωση του όξινου ανθρακικού αμμωνίου υπερβαίνει το 1mol/L, θα εμφανιστεί τοπική καθίζηση, προκαλώντας συσσωμάτωση και μεγαλύτερα σωματίδια. Υπό κατάλληλες συνθήκες, ένα μέγεθος σωματιδίων 0,01-0,5 μπορεί να ληφθεί σε σκόνη οξειδίου του υττρίου με μM εξαιρετικά λεπτή σκόνη.
Στη μέθοδο καθίζησης οξαλικού, το διάλυμα οξαλικού οξέος προστίθεται στάγδην ενώ προστίθεται αμμωνία για να διασφαλιστεί μια σταθερή τιμή pH κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αντίδρασης, με αποτέλεσμα ένα μέγεθος σωματιδίων μικρότερο από 1 μM σκόνης οξειδίου του υττρίου. Αρχικά, καθιζάνετε το διάλυμα νιτρικού υττρίου με αμμωνιακό νερό για να ληφθεί κολλοειδές υδροξειδίου του υττρίου και στη συνέχεια μετατρέψτε το με διάλυμα οξαλικού οξέος για να ληφθεί ένα μέγεθος σωματιδίων μικρότερο από 1 μ σκόνη Y2O3 m. Προσθέστε EDTA σε ένα διάλυμα Y3+ νιτρικού υττρίου με συγκέντρωση 0,25-0,5mol/L, ρυθμίστε το pH στο 9 με αμμωνιακό νερό, προσθέστε οξαλικό αμμώνιο και στάξτε ένα διάλυμα HNO3 3mol/L με ρυθμό 1-8mL/min στους 50 ℃ μέχρι να ολοκληρωθεί η καθίζηση σε pH=2. Μπορεί να ληφθεί σκόνη οξειδίου του υττρίου με μέγεθος σωματιδίων 40-100nm.
Κατά τη διαδικασία προετοιμασίαςεξαιρετικά λεπτά οξείδια σπάνιων γαιώνΜε τη μέθοδο καθίζησης, είναι πιθανό να εμφανιστούν διαφορετικοί βαθμοί συσσωμάτωσης. Συνεπώς, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας παρασκευής, είναι απαραίτητο να ελέγχονται αυστηρά οι συνθήκες σύνθεσης, ρυθμίζοντας την τιμή του pH, χρησιμοποιώντας διαφορετικά μέσα καθίζησης, προσθέτοντας διασπορείς και άλλες μεθόδους για την πλήρη διασπορά των ενδιάμεσων προϊόντων. Στη συνέχεια, επιλέγονται κατάλληλες μέθοδοι ξήρανσης και, τέλος, λαμβάνονται καλά διασπαρμένες εξαιρετικά λεπτές σκόνες ενώσεων σπάνιων γαιών μέσω πύρωσης.
Ώρα δημοσίευσης: 21 Απριλίου 2023