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)法具有無須溶劑、選擇性強(qiáng)、產(chǎn)率高、能耗低、操作簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為合成無機(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系列新型無機(jī)納米粉體。同時(shí)對(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)法制備無機(jī)材料的原理及其在合成納米無機(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單，可重復(fù)使用，基本無腐蝕和污染，是一種頗具工業(yè)應(yīng)用開發(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XRD、TG/DTA、UV和TEM對產(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，但無定型的Ce0.8Ti0.2P207較CeP207能穩(wěn)定至更高的溫度。因此，可通過往CeP2O7中摻鈦來實(shí)現(xiàn)CeP2O7無定型態(tài)的穩(wěn)定。這種穩(wěn)定性的改善使這些無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)