低熱固相法合成磷酸鹽系列納米材料及其性能研究.pdf

1、低熱固相反應(yīng)法具有無(wú)須溶劑、選擇性強(qiáng)、產(chǎn)率高、能耗低、操作簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為合成無(wú)機(jī)納米材料的新途徑。本文采用低熱固相反應(yīng)法合成了(NH4)2Ti(PO4)2、Ce1-xTixP2O7及NH4MnPO4·H2O系列新型無(wú)機(jī)納米粉體。同時(shí)對(duì)(NH4)2Ti(PO4)2催化合成乙酸正丁酯及NH4MnP04·H2O納米晶的熱分解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。本研究論文共分為六章： 第一章緒論介紹了納米材料的特性及其合成研究進(jìn)展。同時(shí)，綜述了固

2、相反應(yīng)法制備無(wú)機(jī)材料的原理及其在合成納米無(wú)機(jī)材料中的優(yōu)點(diǎn)。 第二章磷酸鈦銨的低熱固相合成與表征以Ti(SO4)2和(NH4)3PO4·3H2O為原料，采用低熱固相反應(yīng)法制備(NH4)2Ti(PO4)2。采用TG/DTA、IR、XRD、UV和TEM對(duì)產(chǎn)品及其熱解產(chǎn)品進(jìn)行表征。結(jié)果表明：80℃下保溫5h得到的是無(wú)定型的(NH4)2Ti(PO4)2粉體，其平均粒徑約為40nm；產(chǎn)品經(jīng)900℃煅燒后，得到結(jié)晶良好、空間群為Pa3(205

3、)、平均粒徑約為23nm的TiP2O7晶體。產(chǎn)品及其熱分解產(chǎn)品具有較高的紫外吸收能力。 第三章磷酸鈦銨催化合成乙酸正丁酯的研究以納米級(jí)磷酸鈦銨為催化劑，冰醋酸和正丁醇為原料合成了乙酸正丁酯。通過(guò)均勻設(shè)計(jì)法確定了最佳實(shí)驗(yàn)條件，結(jié)果表明：當(dāng)酸醇物質(zhì)的量比為1.92:1，反應(yīng)時(shí)間為5.1h，催化劑用量為1.4g(質(zhì)量百分比為7.8％)時(shí)，其酯化率可達(dá)0.99。該催化劑制備工藝簡(jiǎn)單，可重復(fù)使用，基本無(wú)腐蝕和污染，是一種頗具工業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)前

4、景的催化劑。 第四章 Ce1-xTixP2O7粉體的低熱固相合成及其紫外屏蔽性能研究． 以Na4P2O7·10H2O、Ti(SO4)2、Ce(SO4)2·4H2O為原料，采用低熱固相反應(yīng)法合成了Ce1-xTixP2O7(x=0，0.2，0.5，0.7，0.9，和1.0)。通過(guò)XRD、TG/DTA、UV和TEM對(duì)產(chǎn)品及其熱分解產(chǎn)物進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，100℃下得到的產(chǎn)品均為無(wú)定型納米粉體，且具有良好的紫外遮光效果。其中，

5、CeP207的紫外遮光效果最佳，但無(wú)定型的Ce0.8Ti0.2P207較CeP207能穩(wěn)定至更高的溫度。因此，可通過(guò)往CeP2O7中摻鈦來(lái)實(shí)現(xiàn)CeP2O7無(wú)定型態(tài)的穩(wěn)定。這種穩(wěn)定性的改善使這些無(wú)定型的焦磷酸鹽不僅能適用于化妝品和涂料，同樣也適用于塑膠和薄膜中應(yīng)用。 第五章 NH4MnPO4·H2O的低熱固相合成與表征以MnSO4·H2O和(NH4)3PO4·3H2O為原料，先在室溫下研磨反應(yīng)混合物進(jìn)行固相反應(yīng)，然后將混合物于室溫

6、下靜置陳化12h，接著用水洗去混合物中的可溶性無(wú)機(jī)鹽，后將沉淀物在60℃烘干，即得NH4MnPO4·H2O納米晶。采用XRD、TG/DTA、IR、UV和SEM對(duì)產(chǎn)品表征。結(jié)果表明，所得產(chǎn)品為結(jié)晶良好、空間群為Pmnm(59)的正交NH4MnPO4·H2O，其平均粒徑約為45nm：將NH4MnPO4·H2O分別在600℃、900℃下煅燒3h則得到空間群為C2/m(12)的單斜(Monclinic)Mn2P2O7。它們的粒徑分別約為22nm

7、和61nm。 第六章 NH4MnPO4·H2O的熱分解動(dòng)力學(xué)研究采用熱重差熱法分析研究了NH4MnPO4·H2O的熱分解過(guò)程，結(jié)果表明：NH4MnPO4·H2O在低于600℃下的熱分解分兩步進(jìn)行，第一步為結(jié)晶水和氨氣的脫附，第二步為MnHPO4脫水縮合成Mn2P2O7。各分解過(guò)程的活化能(E)、頻率因子(A)和熱分解機(jī)理函數(shù)分別為：反應(yīng)(1)E=105.7 kJ/mol，InA=24.9s-1，G(α)=(1-α)-1-1；反應(yīng)