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【概述】
氫氧化鑭(La(OH)3)是白色固體,屬于六方晶系,難溶于水,易吸收空氣中的CO2,具有優異的光,電,磁性能,并且被人們作為催化劑,吸附劑,熒光劑等得到廣泛的應用。同時在玻璃、陶瓷、電子工業等領域,也有著廣泛的使用。納米結構氫氧化鑭具有較大的比表面積,獨特的電子結構,可以與與其他元素形成鑭配合物,從而與反應物更加完善的發生反應,極大地提高其催化活性。并且當受到外界光照時,La(OH)3半導體粒子的能帶結構使其一個光子吸收的光照能量 hv,當這個能量大于禁帶寬度或者等于禁帶寬度時,La(OH)3半導體中的價帶電子受到激發從價帶躍遷進入導帶,從而在 La(OH)3內部形成電子-空穴對,在電場作用下,這些光生電子-空穴通過擴散方式發生分離,并遷移到 La(OH)3粒子的不同位置,而這些激發態的電子和空穴能夠與吸附在半導體粒子表面上的電子供體和電子受體發生氧化還原反應,從而具有氧化有機污染物的能力。
【理化性質】
白色固體,屬于六方晶系,難溶于水,易吸收空氣中的CO2,具有優異的光,電,磁性能。
【制備方法】
1.水熱法 水熱法是在特制的密閉反應器(高壓釜)中,采用水與其他鹽類相混合形成溶劑(或者成為礦化劑),通過控制反應溫度和壓力改變晶體溶解度在液相體系中培育晶體的方法。通過該方法可對單分散的納米材料進行形貌和尺寸的控制,并保持其這些顆粒在最高的分散性條件下仍具有一致的化學性質,將超硬或難熔超低溶解度材料的制備技術進行優化。以硝酸鑭和氫氧化鉀為原料,成功制備出了直徑約為10nm,長度在100~300nm之間的六方相氫氧化鑭納米線。
2.水熱 LSS 法 LSS 擴散水熱反應法是一種在水熱法上改良的新穎制備納米材料的方法。利用此方法,在水熱合成的過程當中,反應物能在液相、固相和溶液相交界面處發生一種相擴散和分離。
3.沉淀法 沉淀法通常是指將沉淀(溶液狀態下混合不同物質,再利用沉淀劑從混合溶液獲得的納米級前驅體沉淀物)進行干燥或煅燒制備納米顆粒的技術。
實驗方法:取一定量的La(NO3)3溶液,加入適量分散劑,在電磁攪拌的同時,滴加氨水至pH=7.0~ 8.0,生成膠狀的稀土氫氧化物沉淀。在溫度為80℃~90℃攪拌2小時,然后放置過夜,過濾,得膠狀沉淀,此沉淀先用蒸餾水洗2次,再用乙醇洗2次,在100℃~120℃下烘干,送粒度室分析其粒度。
4.微乳液法 微乳液法是有表面活性劑、水和油組成,將相互不溶解的溶劑在表面活性劑的包圍下,分散在油相當中形成乳液,從而制備得到納米粒子的方法。利用反相微乳液法,以硝酸鑭(La(NO3)3)、氨水分別為原料,加入其他有機溶劑,分別制得硝酸鑭微乳液和氨水微乳液,再將兩者均勻混合,成功制備出了納米氫氧化鑭(La(OH)3)。
5.離子膜電解法 離子膜電解法為了達到提純以及電化合成等目的,利用離子交換膜,讓一種電荷電子通過,阻止與其相反的電荷電子通過的一種方法。利用陰離子交換膜電解方法成功制備出 La(OH)3粉體。
實驗結果表明:離子膜電解法可以在陰極上制備出 La(OH)3沉淀,并且 La(OH)3的沉淀量隨電流密度和電解時間增加而提高,相比較電解液中加入添加劑并為增加氫氧化鑭粉體的產量。值得注意的是,電流密度太高將造成電極邊緣的氫氧化鑭變成氧化鑭。離子膜電解法在工業提純氫氧化鑭方向上還是有一定應用的。但是,該方法制得的氫氧化鑭并不具有納米尺度,因而不具備優良的具有應用價值性能。
6.噴霧熱解法 以H2O2為助劑,對氯化鑭溶液通過噴霧熱解法制備氫氧化鑭:實驗設備采用自制的噴霧熱解系統( 如圖1所示) ,由噴霧系統、焙燒爐、產物回收系統及酸回收系統組成。實驗中通過二流體噴頭載氣將稀土溶液霧化噴霧爐管,在爐管內霧滴停留時間為微秒級,產物顆粒經旋風分離器收集,分離后氣體經氣液分離冷凝收酸器,在集酸器內收集到高濃度鹽酸。
圖1為氯化物溶液噴霧熱解系統設備圖
【應用】
氫氧化鑭在工業中有著廣泛的用途,多被用作三元催化劑。同時在玻璃、陶瓷、電子工業等領域,也有著廣泛的使用。由于氫氧化鑭在加熱干燥時很容易脫出水分并分解,所以氫氧化鑭還可以作為生產氧化鑭的原材料。在提高 PVC材料的熱穩定性和電絕緣性上,氫氧化鑭都有著良好的性能。La( OH)3是鑭產品的重要中間產物,經過煅燒處理可得到La2O3,而且在整個加熱分解的過程中除了氧化鑭的生成之外,副產物只有水,所以氫氧化鑭可以作為氧化鑭生產的優質原料。
【主要參考資料】
[1]劉治平,王曉鐵.氫氧化鑭和氫氧化釹微粉的制備[J].稀土,2004(03):39-41.
[2]邊雪,王振峰,王金玉,吳文遠.噴霧熱解法制備氫氧化鑭[J].東北大學學報(自然科學版),2015,36(07):966-969.
[3]符馨元. 微波水熱法制備氫氧化鑭粉體的工藝及性能研究[D].陜西科技大學,2014.