基本信息
- 项目名称：
- 纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的凝胶燃烧法合成
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 采用燃烧法合成了纳米La2O3/La2O2CO3复合材料，以六水合硝酸镧和一水合柠檬酸分别为镧源和络合剂，以氨水调节pH值，加热凝胶至自蔓延燃烧后并在600℃～700℃煅烧1～2小时，得到膨松粉末状产物。煅烧温度和恒温煅烧时间，可得不同粒径和组分复合比例的纳米La2O3/La2O2CO3复合材料。
- 详细介绍：
- 稀土金属及其氧化物在各个领域中的应用越来越广泛，纳米La2O3粒子小、比表面积大、活性高，具有与微米级La2O3不同的性能，在很多领域如贮氢材料、发光材料、陶瓷材料、磁性材料、催化剂等方面发挥着重要的作用。 采用燃烧法合成了纳米La2O3/La2O2CO3复合材料，以六水合硝酸镧和一水合柠檬酸分别为镧源和络合剂，以氨水调节pH值，pH=2～4、柠檬酸与硝酸镧的摩尔比在1～1.2：1之间，加热凝胶至自蔓延燃烧后并在600℃～700℃煅烧1～2小时，得到膨松粉末状产物，即纳米La2O3/La2O2CO3复合产物。煅烧温度和恒温煅烧时间，可得不同粒径和组分复合比例的纳米La2O3/La2O2CO3复合材料。利用XRD，TG-DTA和TEM等测试方法对凝胶热分解过程及最终形成的纳米La2O3/La2O2CO3复合产物粉体进行了分析和表征，产物的平均粒径在30nm～200nm之间可控。纳米La2O3/La2O2CO3复合产物中纳米La2O3在空气中是不稳定的，在自然吸潮情况下极易和空气中的H2O发生反应生成La(OH)3，生成了La(OH)3/La2O2CO3复合产物，但这个过程是可逆的，将产物在650℃煅烧2小时后即可转化为La2O3/La2O2CO3复合产物。本方法的优势在于原料成本低，操作容易，易于工业化。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 提供一种用燃烧法合成纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的方法，原料为La(NO3)3•6H2O(A.R)、一水合柠檬酸；配置柠檬酸与六水硝酸镧的摩尔比为1 :1左右，向所述溶液滴加氨水，调节溶液的 pH值在2～4之间，室温下得到湿凝，将其放入马弗炉加热到发生自蔓延燃烧并在600℃～700℃煅烧1～2小时，得到膨松粉末状产物，即纳米La2O3/La2O2CO3复合产物。
科学性、先进性及独特之处
- 优点：①工艺简单, 节约能源，成本低；②由于合成反应温度一般高达上千度, 反应体系中一些杂质可以挥发掉；③反应时间很短, 燃烧波的蔓延速度很快, 一般在几～几十秒内就可以完成反应。采用凝胶燃烧法制备纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的方法未见报道。
应用价值和现实意义
- 催化剂的氧化铝载体掺杂La2O3可提高载体的热稳定性，而在三元贵金属催化剂中加入La2O3作为活性组分，可提高催化剂的活性作用，利于对汽车尾气中的碳氢、碳氧、氮氧化合物的转化，即净化效果更好，从而保护了人们的生活环境。纳米La2O3/La2O2CO3复合活性组分在石油化工和汽车尾气净化催化剂中具有催化、清除积碳和增加载体热稳定性的三重作用。
学术论文摘要
- 采用燃烧法合成了纳米La2O3/La2O2CO3复合材料，以六水合硝酸镧和一水合柠檬酸分别为镧源和络合剂，以氨水调节pH值，pH=2～4、柠檬酸与硝酸镧的摩尔比在1～1.2：1之间，加热凝胶至自蔓延燃烧后并在600℃～700℃煅烧1～2小时，得到膨松粉末状产物，即纳米La2O3/La2O2CO3复合产物。煅烧温度和恒温煅烧时间，可得不同粒径和组分复合比例的纳米La2O3/La2O2CO3复合材料。利用XRD，TG-DTA和TEM等测试方法对凝胶热分解过程及最终形成的纳米La2O3/La2O2CO3复合产物粉体进行了分析和表征，产物的平均粒径在30nm～200nm之间可控。纳米La2O3/La2O2CO3复合产物中纳米La2O3在空气中是不稳定的，在自然吸潮情况下极易和空气中的H2O发生反应生成La(OH)3，生成了La(OH)3/La2O2CO3复合产物，但这个过程是可逆的，将产物在650℃煅烧2小时后即可转化为La2O3/La2O2CO3复合产物。本方法的优势在于原料成本低，操作容易，易于工业化。
获奖情况
- 本课题的论文正在投稿审查中，但前期采用溶胶-凝胶法合成纳米La2O3粉晶的制备及其表征的论文已经发表在稀土杂志上。 本课题属于辽宁省教育厅资助项目(L2010241)
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]T. MASUI, K. KOYABU, S. TAMURA, N. IMANAKA. Synthesis of a new green-emitting phosphor based on lanthanum oxycarbonate (La2O2CO3-II)[J]. JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE 40 (2005): 4121 – 4123. [2]Nobuhito Imanaka, Toshiyuki Masui, Yasuhiro Kato. Preparation of the cubic-type La2O3 phase by thermal decomposition of LaI3[J]. Journal of Solid State Chemistry 178 (2005):395–398. [3]A. Barrera, M. Viniegra, V.H. Lara, P. Bosch-Giral. Radial distribution function studies of Al2O3–La2O3 binary oxides prepared by sol–gel[J]. Catalysis Communications 5(2004) 569–574. [4]Mimani T．Patil K C Solution combustion synthesis of oxides and their composites[J]．Mater Phys Mech. 4(2001): 134-137． [5]Floz D C．Clark D．E．Microwave synthesis of alumina powder[J].The American Ceramic Society Bulletin. 3(2000):63-67． [6]Sun Chunwen, Xiao Guoliang, Li Hong, Chen Liquan. Mesoscale organization of flower-like La2O2CO3 and La2O3 microspheres[J]. Journal of the American Ceramic Society, 2007,90(8): 2576-2581
同类课题研究水平概述
- 纳米材料的合成方法可以粗略地分为物理方法和化学方法。化学方法的典型代表是溶液（湿）化学方法；物理方法的典型代表是粉碎法。此外，采用极端的条件制备特殊结构和形貌的纳米材料己经成为一个不可忽视的方法，如燃烧合成技术（Combustion Synthesis），但在文献报道中，凝胶燃烧法(Gel Combustion Synthesis, GCS)制备纳米La2O3和La2O2CO3的制备方法并不多见。 高比表面活性涂层（也叫第二载体）附着于载体的表面，它的作用是提供大的表面积来附着贵金属或其它催化活性组分。在三元净化催化器应用最广的堇青石载体的比表面较低， 一般只有1 m2/g左右， 须在其表面涂敷高比表面的涂层。涂层材料通常采用γ-Al2O3它具有很强的吸附能力和大的比表面积，但在高温条件下会发生相变，转变为α-Al2O3，比表面积降低，使得催化剂活性组分被剥离、烧结、团聚而失活。为了抑制γ-Al2O3的相变，通常加入Ce、La、Ba、Sr、Zr 等稀土元素或碱土元素氧化物作为助剂，而助剂的加入通常采用固-固机械混合和溶胶-凝胶法制备，缺点是复合相结合均匀度差，质量控制难度大，工艺复杂，成本高。所以寻找工艺简单、低成本、高热稳定性和高比表面的稀土/Al2O3复合载体的制备方法成为三元净化催化器行业的当务之急。而作为催化剂活性组分的第二载体的涂层材料研究是当前的热点，探索合成工艺简单、高比表面和高热稳定性的涂层材料是今后的发展方向。 通过凝胶燃烧法制备纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的方法，期望制得的纳米La2O3/La2O2CO3复合材料具有粒径小，尺寸分布窄，比表面积大；探索通过控制反应条件，调节纳米La2O3/La2O2CO3复合产物的粒径大小的工艺流程。研究复合材料中的La2O2CO3相清除催化反应中沉积碳的作用机理，凝胶燃烧法制备纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的方法未见报道。
