醇盐水解法制备铝酸镧粉体的研究

论文摘要

铝酸镧晶体在电子器件、催化、高温燃料电池等方面都得到了广泛应用。因此，对于高性能铝酸镧粉体的研究显得尤为重要。现有的铝酸镧粉体制备方法中，粉体的粒度和纯度性能指标未得到很好的控制。本课题采用具有制备粉体纯度高、粒度小特点的醇盐水解法制备铝酸镧粉体。实验采用醇作为反应溶剂，通过催化剂AlCl3和I2催化效果的对比，确定了以AlCl3为催化剂，合成镧醇盐，并对AlCl3催化机理进行探讨；通过称重法计算镧醇盐溶解度；以AlCl3为催化剂，采用镧醇盐同金属铝反应、铝醇盐同金属镧反应、金属镧和铝同时与醇反应和将铝加入到反应过程中的镧醇盐反应四种方法，合成镧铝双金属醇盐，并对双金属醇盐的合成、性质及结构进行探讨；在醇盐水解过程，通过单因素实验，如水解时的醇盐溶液浓度、加水量、表面改性剂等，考查各因素对胶体内部结构及性能的影响；水解后的湿凝胶进行冷冻干燥、微波干燥、自然干燥，得到复合氢氧化物干凝胶。将干凝胶以不同的温度焙烧，最终得到铝酸镧粉体。实验结果表明：在浓度为5mg／mL的AlCl3催化作用下，摩尔比为1：1的金属镧、铝直接与醇反应可制备镧铝醇盐。将醇盐在较低的pH值下，以油酸为螯合剂，滴加醇水混合液，使醇盐缓慢发生水解，得到湿凝胶。湿凝胶通过离心分离和超声波振荡后，经冷冻干燥，得到颗粒粒度小且分散性好的干凝胶。干凝胶在900℃条件下焙烧，最终得到晶型完善的纯相铝酸镧粉体，粉体粒度为78nm。与传统固相法相比，合成相温度降低了400℃～500℃。AlCl3对于金属镧、铝与醇的反应有很好的催化作用，且随着催化剂加入量的增加，反应速度加快。低碳脂肪醇中，伴随着碳链的增长，醇的极性减弱，反应活性降低，与金属镧的反应速度呈递减趋势。在室温条件下，异丙醇镧在异丙醇中的溶解度为0.0466mol／L。水解液中醇的加入，使大量烷氧基包覆在胶粒表层，降低胶粒活性，减少了水与胶粒羟基氢键桥接的机会，提高胶体的分散性。油酸与金属离子螯合或配位，降低醇盐活性，减缓醇盐水解反应速度。同时，使胶体形成规则的囊泡结构，降低胶粒的表面活性，减轻胶体团聚，控制粉体粒度。在室温条件下，金属镧铝合成的复合醇盐应是双金属醇盐。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 问题的提出
• 3的性质及应用'>1.1.1 LaAlO₃的性质及应用
• 3的结构、性质参数及相变'>1.1.2 LaAlO₃的结构、性质参数及相变
• 1.2 铝酸镧粉体制备的历史与现状
• 1.2.1 固相法
• 1.2.2 燃烧合成法
• 1.2.3 液相合成法
• 1.3 稀土醇盐的性质及合成
• 1.3.1 单金属稀土醇盐的合成
• 1.3.2 稀土双金属醇盐的合成
• 1.4 醇盐水解过程
• 1.5 溶胶的动力学性质
• 1.6 粉体的干燥工艺
• 1.7 存在的问题
• 1.8 本文设想
• 第二章 材料与方法
• 2.1 原料及仪器设备
• 2.2 镧醇盐的合成
• 2.3 镧铝金属醇盐的合成
• 2.4 铝酸镧粉体的制备
• 2.5 样品的分析表证
• 本章小结
• 第三章 实验结果
• 3.1 镧醇盐的制备过程中各参数对反应时间的影响
• 3.1.1 不同的醇对反应时间的影响
• 3.1.2 不同的催化剂对反应时间的影响
• 3.1.3 催化剂与醇的配比对反应时间的影响
• 3.1.4 异丙醇镧在异丙醇中的溶解度
• 3.2 镧铝醇盐的制备过程各参数对反应时间的影响
• 3.2.1 各醇盐合成方案对反应时间的影响
• 3.2.2 不同的醇对反应时间的影响
• 3.2.3 不同的催化剂对反应时间的影响
• 3.2.4 催化剂在醇中的浓度对反应时间的影响
• 3.2.5 金属与醇的配比对反应时间的影响
• 3.3 醇盐水解过程各因素对胶体结构及性质的影响
• 3.3.1 醇盐浓度对胶体内部结构和胶粒粒度的影响
• 3.3.2 加水量对胶体分散性和胶粒粒度的影响
• 3.3.3 pH值对胶体内部结构的影响
• 3.3.4 醇对胶体的分散效果
• 3.3.5 油酸对胶体的内部结构的影响
• 3.3.6 油酸的加入量对胶体分散性的影响
• 3.4 湿凝胶的干燥工艺探讨
• 3.5 干凝胶的焙烧工艺探讨
• 3.5.1 铝酸镧的热重分析
• 3.5.2 铝酸镧粉体的XRD分析
• 3.5.3 铝酸镧粉体的粒径计算
• 3.5.4 铝酸镧粉体的电镜分析
• 本章小结
• 第四章 讨论
• 4.1 双金属醇盐的探讨
• 4.1.1 双金属醇盐的合成方法
• 4.1.2 双金属醇盐的判定
• 3的催化机理'>4.2 AlCl₃的催化机理
• 4.3 水解、缩聚反应过程
• 4.4 油酸的螯合改性机理
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢