溶胶-凝胶法制备纳米氧化镧及底泥中重金属形态分析

摘要

纳米稀土氧化物是一类具有广泛用途的纳米材料，由于其本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，使其具有明显优于常规材料的性能。基于纳米氧化镧的重要作用，例如对黑索今RDX热分解反应的催化作用，超细或纳米级的La<,2>O<,3>使电子陶瓷的电性能、热性能和稳定性得到改善。本文对有机络合溶胶凝胶法制备纳米La<,2>O<,3>进行了研究，采用了一元羧酸硬脂酸、二元羧酸酒石酸、三元羧酸柠檬酸、四元羧酸乙二胺四乙酸作为络合剂制备纳米La<,2>O<,3>，考察了溶剂、焙烧温度对纳米La<,2>O<,3>性能的影响。通过沉淀溶解平衡、络合平衡和羧酸的离解平衡的计算，确定了络合反应的适宜条件。分别利用傅立叶红外光谱(FT-IR)、热重差热(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对络合剂和络合物进行了表征，确定络合物的形成；分析了凝胶的热分解过程，确定了凝胶的焙烧温度；确定了纳米La<,2>O<,3>粒径的大小和形貌。纳米La<,2>O的制备条件不同，其粒径也不相同，粒径范围在22～42nm之间，表明使用有机络合溶胶凝胶法制备的La<,2>O<,3>为纳米材料。 研究表明，以硬脂酸为络合剂，硬脂酸与硝酸镧摩尔比为4：1、反应温度90℃、反应时间2小时、焙烧温度900℃、焙烧时间3小时、随炉冷却，制备出La<,2>O<,3>的平均粒径约为20nm；以酒石酸为络合剂，酒石酸与硝酸镧的摩尔比为3：2、pH=6、反应温度80℃、反应时间2小时、焙烧温度800℃、焙烧时间3小时、随炉冷却，制备出La<,2>O<,3>平均粒径约为40nm。以柠檬酸为络合剂，柠檬酸与硝酸镧的摩尔比为1：1、pH=7、反应温度90℃、反应时间3小时、焙烧温度900℃、焙烧时间3小时、随炉冷却，制备出La<,2>O<,3>平均粒径约为30nm。以EDTA为络合剂， EDTA与硝酸镧摩尔比为1：1、pH=6、反应温度80℃、反应时间3小时、焙烧温度900℃、焙烧时间3小时、随炉冷却，制备出La<,2>O<,3>平均粒径约为25nm。以上结果表明，不同络合剂所制备的纳米La<,2>O<,3>的粒径不同，粒径大小顺序为La<,2>O<,3>(硬脂酸)O<,3>(EDTA)O<,3>(柠檬酸)O<,3>(酒石酸)。说明以硬脂酸为络合剂所制备纳米La<,2>O<,3>的效果最好。 同时，采用五步连续萃提法，区分稀土矿周边河流底泥中的重金属(Cu、Co、Cd、Pb、Ni和Cr)的5种形态，并用原子吸收法测定了各形态的含量。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1稀土元素及稀土氧化物的性质及其应用

1.1.1稀土发光材料

1.1.2稀土电学材料

1.1.3稀土磁性材料

1.1.4稀土高性能陶瓷

1.1.5稀土紫外线吸收剂

1.1.6稀土精密抛光

1.1.7稀土氧化物在催化领域的应用

1.1.8纳米催化剂在固体推进剂中的应用

1.2纳米稀土氧化物的制备方法

1.2.1液相法

1.2.2固相法

1.2.3气相法

1.3纳米材料的分析、表征方法

1.3.1纳米材料的形成过程、物相组成分析

1.3.2纳米微粒尺寸的评估

1.3.3纳米固体材料的微结构分析

1.3.4纳米材料宏观性质的研究

1.4溶胶-凝胶法制备纳米氧化镧课题研究的内容、目的和意义

1.4.1选题的背景和问题的提出

1.4.2本文的主要研究内容及创新之处

1.5底泥中重金属形态研究

第2章 溶胶-凝胶法制备纳米La2O3的实验部分

2.1原料及仪器

2.1.1原料

2.1.2仪器

2.2纳米氧化镧的制备

2.2.1硬脂酸溶胶-凝胶法制备纳米氧化镧

2.2.2酒石酸溶胶-凝胶法制备纳米氧化镧

2.2.3柠檬酸溶胶-凝胶法制备纳米氧化镧

2.2.4 EDTA溶胶-凝胶法制备纳米氧化镧

2.3纳米氧化镧的表征

2.3.1红外光谱(FT-IR)

2.3.2热分析(DTA-TG)

2.3.3 X-射线衍射(XRD)

2.3.4电镜观察法

第3章 硬脂酸溶胶-凝胶法制备纳米氧化镧

3.1红外光谱分析

3.2热重-差热分析

3.3 X射线衍射分析

3.4 TEM分析

3.5本章小结

第4章 酒石酸溶胶-凝胶法制备纳米氧化镧

4.1 pH值的选择

4.2红外光谱分析

4.3热重-差热分析

4.4 X射线衍射分析

4.5 TEM分析

4.6本章小结

第5章 柠檬酸溶胶-凝胶法制备纳米氧化镧

5.1 pH值的选择

5.2红外光谱分析

5.3热重分析

5.4 X射线衍射分析

5.5 TEM分析

5.6本章小结

第6章 EDTA溶胶-凝胶法制备纳米氧化镧

6.1 pH值的选择

6.2红外光谱分析

6.3热重-差热分析

6.4 X射线衍射分析

6.5 TEM分析

6.6本章小结

第7章 溶胶-凝胶法制备纳米氧化镧的结论

第8章 底泥中重金属形态研究

8.1实验内容

8.1.1试剂及仪器

8.1.2样品制备

8.1.3五步连续萃提法区分重金属形态

8.1.4五步连续萃提法精密度

8.2结果和讨论

8.2.1重金属总量分析

8.2.2重金属形态分析

8.3本章小结

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果