固相反應(yīng)制備納米氧化鐵及其動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、納米材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，已被廣泛應(yīng)用于化工、生物、醫(yī)藥、塑料、涂料、陶瓷等行業(yè)。超細(xì)氧化鐵納米材料是具有粒徑小、比表面積大、分散性好、多孔等諸多優(yōu)點(diǎn)的被普遍應(yīng)用的一種功能性材料。氧化鐵作為活性組分制備的高溫煤氣脫硫劑被認(rèn)為是脫硫性能最好的脫硫劑，而脫硫劑活性組分的分散程度直接影響到其脫硫活性。
　　本論文以Fe(NO3)3·9H2O、FeCl3·6H2O和H2C2O4·2H2O為原料，采用固相化學(xué)反應(yīng)方法合成前驅(qū)體鐵的草酸

2、化合物，然后加熱分解前驅(qū)體制得超細(xì)納米鐵氧化物。然后將前驅(qū)體及納米鐵氧化物作為研究對(duì)象，采用X-射線衍射分析、紅外光譜、熱重-差熱等方式進(jìn)行表征研究。分別對(duì)兩種前驅(qū)體的熱分解過程進(jìn)行了分析，計(jì)算其熱分解的表觀活化能與熱分解機(jī)理函數(shù)。實(shí)驗(yàn)還考察了兩種前驅(qū)體馬弗爐焙燒制備納米氧化鐵的晶粒生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。得到以下結(jié)論:
　　(1)由Fe(NO3)3·9H2O通過低溫固相法制得的前驅(qū)體為Fe2(C2O4)3·5H2O，而用FeCl3·6H2O

3、作原料制得的前驅(qū)體是FeC2O4·2H2O;
　　(2) Fe(NO3)3·9H2O制得的前驅(qū)體Fe2(C2O4)3·5H2O的熱分解過程發(fā)生了草酸鐵還原為草酸亞鐵的過程，其分解的最初產(chǎn)物為γ-Fe2O3，但在380℃～400℃之間鐵氧化物發(fā)生了晶相的轉(zhuǎn)變，γ-Fe2O3轉(zhuǎn)化為α-Fe2O3。用Ozawa法計(jì)算得到草酸鐵熱分解的表觀活化能E=136.11 KJ/mol，Coats-Redfern法結(jié)合Ozawa法確定草酸鐵熱分解反

4、應(yīng)機(jī)理函數(shù)為:G(α)=[-ln(1-α)]1/2，f(α)=2(1-α)[-ln(1-α)]1/2;
　　(3) FeCl3·6H2O制得的前驅(qū)體FeC2O4·2H2O熱分解的產(chǎn)物為γ-Fe2O3，在400℃之前未發(fā)現(xiàn)有鐵氧化物晶相轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。用Ozawa法計(jì)算得到草酸亞鐵熱分解的表觀活化能E=111.40 KJ/mol，Coats-Redfern法結(jié)合Ozawa法確定草酸亞鐵熱分解反應(yīng)機(jī)理函數(shù)為:G（α）=[-ln（1-α)]

5、2/3,f(α）=3/2(1-α)[-ln(1-α)]1/3;
　　(4)氧化鐵的兩種前驅(qū)體草酸鐵和草酸亞鐵的熱分解機(jī)理均為隨機(jī)成核和隨后生長(zhǎng)的機(jī)理。這意味著該分解反應(yīng)起始于分散在反應(yīng)物晶體晶格的缺陷處，當(dāng)達(dá)到一定條件分解產(chǎn)物在前驅(qū)體晶相的各處缺陷上形成新核，而未分解的前驅(qū)體通過擴(kuò)散繼續(xù)在核上反應(yīng)。這樣產(chǎn)物相不斷生成而反應(yīng)物相漸漸消失，直到前驅(qū)體分解完全為止;
　　(5)在300℃～700℃范圍內(nèi)，F(xiàn)e2(C2O4)3·5H