焦绿石型氧化钨超细粉体的水热合成与机理研究

摘要

焦绿石型氧化钨(H2W2O7)不仅可以作为制备WO3的直接前驱体,而且因其拥有特殊的网状结构和介稳性,本身也在很多领域展示出广泛的应用前景和推广价值。当前对H2W2O7的研究还处于起步阶段,尚无法进行规模化的生产,H2W2O7的水热制备法有望解决该问题,只是含钨酸钠的水热体系结构太过复杂,限制了该法的应用。因此,如何强化钨酸钠溶液在水热体系中的分解过程、制备符合工业化要求的优质H2W2O7粉体、提高分解率,对焦绿石型氧化钨的推广应用具有重大的现实意义。
　　 本文从提高钨酸钠溶液分解率的角度入手,详细研究了添加物种类、溶液酸度、温度等因素对水热分解过程的影响,并重点研究了多种有机添加物对制备过程的影响。同时对产品特征及相关的影响因素进行分析,并初步探讨了水热法制备焦绿石型氧化钨的反应机理。
　　 研究结果表明:(1)水热法制备焦绿石型氧化钨所需的溶液pH可扩展至3.5～8.9,最高分解率可达99％以上。(2)钨酸钠溶液pH值的大小及稳定与否对分解速率、产品形貌均造成重要影响,不同添加物可在水热体系中营造出差异巨大的pH环境,选择合适的添加物是制备焦绿石型氧化钨的关键因素。(3)反应物的剂量及温度均会对反应速率造成影响,H+与WO42-的反应摩尔比为2的可能性较大。(4)水热体系的pH值越低,越易造成H2W2O7产品中夹带Na元素杂质。当pH＞7.0时,基本可避免夹带杂质。(5)由于水热法制备出的H2W2O7粒度较细(一般小于0.5μm)而造成产品极易团聚,这种团聚体经过超声波处理后可在一定程度上被消除。(6)初步确定水热法制备焦虑石型氧化钨的直接前躯体是W2O72-,探讨了钨酸钠溶液在中性、偏碱性环境下的多组分平衡情况,进而提出了焦绿石型氧化钨的水热合成机理假设。