Підготовканаддисперсні оксиди рідкісноземельних металів
Ультрадисперсні сполуки рідкісноземельних елементів мають ширший спектр застосування порівняно зі сполуками рідкісноземельних елементів із загальними розмірами частинок, і наразі проводиться більше досліджень щодо їхньої тематики. Методи отримання поділяються на твердофазні, рідкофазні та газофазні залежно від агрегатного стану речовини. Наразі рідкофазний метод широко використовується в лабораторіях та промисловості для отримання ультрадисперсних порошків сполук рідкісноземельних елементів. Він в основному включає метод осадження, золь-гель, гідротермальний метод, шаблонний метод, мікроемульсійний метод та метод алкідного гідролізу, серед яких метод осадження є найбільш придатним для промислового виробництва.
Метод осадження полягає у додаванні осаджувача до розчину солі металу для осадження, а потім фільтруванні, промиванні, сушінні та розкладанні нагріванням для отримання порошкоподібних продуктів. Він включає метод прямого осадження, метод рівномірного осадження та метод співосадження. При звичайному методі осадження оксиди рідкісноземельних елементів та солі рідкісноземельних елементів, що містять леткі кислотні радикали, можна отримати спалюванням осаду з розміром частинок 3-5 мкм. Питома площа поверхні менше 10 мкг/г і не має особливих фізичних та хімічних властивостей. Метод осадження карбонатом амонію та метод осадження щавлевою кислотою наразі є найпоширенішими методами отримання порошків звичайних оксидів, і якщо змінити умови процесу методу осадження, їх можна використовувати для отримання надтонких порошків оксидів рідкісноземельних елементів.
Дослідження показали, що основними факторами, що впливають на розмір частинок та морфологію ультрадисперсних порошків рідкісноземельних елементів у методі осадження бікарбонатом амонію, є концентрація рідкісноземельних елементів у розчині, температура осадження, концентрація осаджувального агента тощо. Концентрація рідкісноземельних елементів у розчині є ключем до формування рівномірно дисперсних ультрадисперсних порошків. Наприклад, в експерименті з осадженням Y3+ для отримання Y2O3, коли масова концентрація рідкісноземельних елементів становила 20~30 г/л (розраховано за Y2O3), процес осадження проходив гладко, а ультрадисперсний порошок оксиду ітрію, отриманий шляхом осадження карбонатом шляхом сушіння та випалювання, був дрібним, однорідним та мав добру дисперсність.
У хімічних реакціях температура є вирішальним фактором. У вищезгаданих експериментах, коли температура становить 60-70 ℃, осадження відбувається повільно, фільтрація швидка, частинки пухкі та однорідні, і вони в основному сферичні; коли температура реакції нижче 50 ℃, осад утворюється швидше, з більшою кількістю зерен та меншими розмірами частинок. Під час реакції кількість CO2 та NH3, що випадає, менша, а осад має липку форму, що не підходить для фільтрації та промивання. Після випалювання до оксиду ітрію все ще залишаються блокові речовини, які сильно агломеруються та мають більший розмір частинок. Концентрація бікарбонату амонію також впливає на розмір частинок оксиду ітрію. Коли концентрація бікарбонату амонію менше 1 моль/л, розмір частинок отриманого оксиду ітрію невеликий та однорідний; коли концентрація бікарбонату амонію перевищує 1 моль/л, відбувається локальне осадження, що призводить до агломерації та утворення більших частинок. За відповідних умов можна отримати розмір частинок 0,01-0,5 мкМ ультрадисперсного порошку оксиду ітрію.
У методі осадження оксалатом розчин щавлевої кислоти додають краплями одночасно з додаванням аміаку для забезпечення постійного значення pH під час реакції, що призводить до отримання порошку оксиду ітрію розміром частинок менше 1 мкМ. Спочатку осаджують розчин нітрату ітрію аміачною водою, щоб отримати колоїд гідроксиду ітрію, а потім перетворюють його розчином щавлевої кислоти, щоб отримати порошок Y2O3 розміром менше 1 мкМ. Додають ЕДТА до розчину нітрату ітрію Y3+ з концентрацією 0,25-0,5 моль/л, доводять pH до 9 аміачною водою, додають оксалат амонію та краплями додають розчин HNO3 з концентрацією 3 моль/л зі швидкістю 1-8 мл/хв при 50 ℃, доки осадження не завершиться при pH=2. Можна отримати порошок оксиду ітрію з розміром частинок 40-100 нм.
Під час процесу підготовкинаддисперсні оксиди рідкісноземельних металівМетодом осадження схильні до утворення агломерації різного ступеня. Тому під час процесу приготування необхідно суворо контролювати умови синтезу, регулюючи значення pH, використовуючи різні осаджувачі, додаючи диспергатори та інші методи для повного диспергування проміжних продуктів. Потім вибирають відповідні методи сушіння, і, нарешті, шляхом кальцинації отримують добре дисперговані ультрадисперсні порошки рідкісноземельних сполук.
Час публікації: 21 квітня 2023 р.