การเตรียมออกไซด์ของแรร์เอิร์ธออกไซด์ที่มีขนาดเล็กมาก

การเตรียมตัวของออกไซด์ของธาตุหายากชนิดพิเศษ

สารประกอบโลหะหายากที่มีขนาดอนุภาคพิเศษมีขอบเขตการใช้งานที่กว้างกว่าเมื่อเทียบกับสารประกอบโลหะหายากที่มีขนาดอนุภาคทั่วไป และในปัจจุบันยังมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับสารประกอบเหล่านี้วิธีการเตรียมแบ่งออกเป็นวิธีโซลิดเฟส วิธีของเหลว และวิธีการเฟสแก๊ส ตามสถานะการรวมตัวของสารปัจจุบันวิธีเฟสของเหลวมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรมเพื่อเตรียมผงละเอียดพิเศษของสารประกอบแรร์เอิร์ธส่วนใหญ่จะประกอบด้วยวิธีการตกตะกอน วิธีโซลเจล วิธีไฮโดรเทอร์มอล วิธีเทมเพลต วิธีไมโครอิมัลชัน และวิธีการไฮโดรไลซิสอัลคิด ซึ่งวิธีการตกตะกอนเป็นวิธีที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิตทางอุตสาหกรรม

วิธีการตกตะกอนคือการเติมสารตกตะกอนลงในสารละลายเกลือโลหะสำหรับการตกตะกอน จากนั้นจึงกรอง ล้าง ตากแห้ง และสลายตัวด้วยความร้อนเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นผงประกอบด้วยวิธีการตกตะกอนโดยตรง วิธีการตกตะกอนสม่ำเสมอ และวิธีการตกตะกอนร่วมในวิธีการตกตะกอนแบบธรรมดา สามารถรับออกไซด์ของธาตุหายากและเกลือของธาตุหายากที่มีอนุมูลของกรดระเหยได้โดยการเผาตะกอนที่มีขนาดอนุภาค 3-5 μ mพื้นที่ผิวจำเพาะน้อยกว่า 10 ตร.ม./กรัม และไม่มีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีพิเศษวิธีการตกตะกอนของแอมโมเนียมคาร์บอเนตและวิธีการตกตะกอนของกรดออกซาลิกในปัจจุบันเป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการผลิตผงออกไซด์ธรรมดา และตราบใดที่เงื่อนไขกระบวนการของวิธีการตกตะกอนมีการเปลี่ยนแปลง ก็สามารถใช้เพื่อเตรียมผงออกไซด์ของธาตุหายากที่มีขนาดเล็กมากได้

การวิจัยแสดงให้เห็นว่าปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อขนาดอนุภาคและสัณฐานวิทยาของผงอัลตราไฟน์ของธาตุหายากในวิธีการตกตะกอนของแอมโมเนียมไบคาร์บอเนต ได้แก่ ความเข้มข้นของธาตุหายากในสารละลาย อุณหภูมิของการตกตะกอน ความเข้มข้นของสารตกตะกอน ฯลฯ ความเข้มข้นของธาตุหายากใน สารละลายเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างผงอัลตราไฟน์ที่กระจายตัวสม่ำเสมอตัวอย่างเช่น ในการทดลองการตกตะกอน Y3+ เพื่อเตรียม Y2O3 เมื่อความเข้มข้นมวลของธาตุหายากอยู่ที่ 20~30g/L (คำนวณโดย Y2O3) กระบวนการตกตะกอนจะราบรื่น และผงอัลตราไฟน์อิตเทรียมออกไซด์ที่ได้จากการตกตะกอนคาร์บอเนตโดย การอบแห้งและการเผาไหม้มีขนาดเล็กสม่ำเสมอและการกระจายตัวดี

ในปฏิกิริยาเคมี อุณหภูมิเป็นปัจจัยชี้ขาดในการทดลองข้างต้น เมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ 60-70 ℃ การตกตะกอนจะช้า การกรองรวดเร็ว อนุภาคจะหลวมและสม่ำเสมอ และโดยทั่วไปจะมีทรงกลมเมื่ออุณหภูมิของปฏิกิริยาต่ำกว่า 50 ℃ การตกตะกอนจะเกิดขึ้นเร็วขึ้น โดยมีเม็ดมากขึ้นและขนาดอนุภาคเล็กลงในระหว่างการทำปฏิกิริยา ปริมาณของ CO2 และ NH3 ที่ล้นออกมาจะน้อยลง และการตกตะกอนจะอยู่ในรูปแบบเหนียวซึ่งไม่เหมาะสำหรับการกรองและการซักหลังจากถูกเผาเป็นอิตเทรียมออกไซด์แล้ว ก็ยังมีสารที่เป็นบล็อกที่เกาะตัวกันอย่างรุนแรงและมีขนาดอนุภาคใหญ่ขึ้นความเข้มข้นของแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตยังส่งผลต่อขนาดอนุภาคของอิตเทรียมออกไซด์ด้วยเมื่อความเข้มข้นของแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตน้อยกว่า 1mol/L ขนาดอนุภาคอิตเทรียมออกไซด์ที่ได้รับจะมีขนาดเล็กและสม่ำเสมอเมื่อความเข้มข้นของแอมโมเนียมไบคาร์บอเนตเกิน 1 โมล/ลิตร การตกตะกอนจะเกิดขึ้นในท้องถิ่น ทำให้เกิดการรวมตัวกันและอนุภาคขนาดใหญ่ขึ้นภายใต้สภาวะที่เหมาะสม สามารถรับผงขนาดอนุภาค 0.01-0.5 μM ultrafine yttrium ออกไซด์

ในวิธีการตกตะกอนออกซาเลต สารละลายกรดออกซาลิกจะถูกเติมทีละหยดในขณะที่เติมแอมโมเนียเพื่อให้แน่ใจว่าค่า pH คงที่ในระหว่างกระบวนการทำปฏิกิริยา ส่งผลให้ผงอิตเทรียมออกไซด์มีขนาดอนุภาคน้อยกว่า 1 μMขั้นแรก ให้ตกตะกอนสารละลายอิตเทรียมไนเตรตด้วยน้ำแอมโมเนียเพื่อให้ได้คอลลอยด์อิตเทรียมไฮดรอกไซด์ จากนั้นแปลงเป็นสารละลายกรดออกซาลิกเพื่อให้ได้ผงขนาดน้อยกว่า 1 μ Y2O3 ในหน่วย mเติม EDTA ลงในสารละลาย Y3+ ของอิตเทรียมไนเตรตที่มีความเข้มข้น 0.25-0.5 โมล/ลิตร ปรับ pH เป็น 9 ด้วยน้ำแอมโมเนีย เติมแอมโมเนียมออกซาเลต และหยดสารละลาย HNO3 3 โมล/ลิตร ในอัตรา 1-8 มิลลิลิตร/ลิตร ต่ำสุดที่ 50 ℃ จนกระทั่งการตกตะกอนเสร็จสมบูรณ์ที่ pH=2สามารถรับผงอิตเทรียมออกไซด์ที่มีขนาดอนุภาค 40-100 นาโนเมตร

ในระหว่างขั้นตอนการเตรียมการออกไซด์ของธาตุหายากชนิดพิเศษโดยวิธีการตกตะกอน ระดับของการรวมตัวกันมักจะเกิดขึ้นดังนั้นในระหว่างขั้นตอนการเตรียม จึงจำเป็นต้องควบคุมเงื่อนไขการสังเคราะห์อย่างเคร่งครัด โดยการปรับค่า pH การใช้สารตกตะกอนที่แตกต่างกัน การเติมสารช่วยกระจายตัว และวิธีการอื่นๆ เพื่อกระจายผลิตภัณฑ์ขั้นกลางให้สมบูรณ์จากนั้นจึงเลือกวิธีการอบแห้งที่เหมาะสม และสุดท้ายจะได้ผงอัลตราไฟน์ของสารประกอบหายากที่กระจายตัวได้ดีผ่านการเผา