稀土摻雜氧化鋯粉體的相態(tài)與顆粒調(diào)控及其應(yīng)用.pdf

1、稀土摻雜氧化鋯因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性能，在陶瓷、催化、固體燃料電池及吸附材料等方面得到了廣泛的應(yīng)用。其晶相結(jié)構(gòu)和顆粒特征與合成方法緊密相關(guān)并直接影響到它們的應(yīng)用性能。本論文重點(diǎn)研究稀土摻雜ZrO2微納米材料合成過程中氯化鈉的存在與否及稀土的摻雜量與其顆粒特征及相態(tài)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，評價稀土摻雜ZrO2微納米材料在陶瓷和污染物吸附方面的性能。具體包括：
　　(1)采用溶膠-凝膠法制備了釔鈰摻雜ZrO2納米晶（PS-YCZ-NCs），研

2、究表明粉體的晶相含量和顆粒特征與NaCl含量之間有相關(guān)性。隨NaCl含量的增大和煅燒溫度的升高，產(chǎn)品的四方相含量可以從100％降到10.9%。在600℃以下煅燒可以得到純四方相結(jié)構(gòu)的PS-YCZ-NCs。據(jù)此，提出了通過調(diào)節(jié)氯化鈉含量和煅燒溫度來控制合成不同四方相和單斜相含量比的PS-YCZ-NCs產(chǎn)品的方法，并討論了NaCl調(diào)控產(chǎn)品物相類型、含量和顆粒特征的主要作用。
　　(2)采用溶液燃燒法制備了釔鈰共摻雜的 ZrO2（3Yx

3、Ce-ZrO2）。在乙二醇存在下，當(dāng)EG:NO3-摩爾比控制在1:2～3:2之間時，產(chǎn)物的相態(tài)結(jié)構(gòu)和形貌受煅燒溫度和NaCl添加量的影響很大。經(jīng)氯化鈉輔助燃燒、水洗、干燥和煅燒所合成的產(chǎn)物的主晶相均為四方相，而且當(dāng)燃燒過程N(yùn)aCl的添加量控制在5%-20%范圍內(nèi)可以得到分散性很好的類球形亞微米顆粒，粒徑約為0.1μm。增加氯化鈉添加量或燃燒后不經(jīng)洗滌直接煅燒所得的產(chǎn)物中單斜相含量增加，顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重。與此同時，采用檸檬酸為燃料、乙二醇為添

4、加劑的燃燒合成法合成了3YxCe-ZrO2，證明溫度和Ce的摻雜量對產(chǎn)品晶相和形貌有影響。在釔鈰摻雜量不變的條件下，隨煅燒溫度從400℃升高到1400℃，產(chǎn)物的四方相含量從100.0%下降到35.8%。而在800℃的煅燒條件下，3YxCe-ZrO2產(chǎn)品的晶相分別為四方-單斜相共存（x=1）、四方相（x=5,9）、立方-單斜相共存(x=11,13,15)。
　　(3)采用共沉淀和噴霧干燥相結(jié)合的方法來制備了約5μm的類球形釔鈰共摻雜

5、ZrO2（3YxCe-ZrO2）造粒粉體。隨煅燒溫度的升高，產(chǎn)物3YxCe-ZrO2（x=1-3）中的四方相含量急劇減少，而3YxCe-ZrO2（x=5-7）重的四方相含量變化不大。同一溫度下煅燒，Ce含量增大，產(chǎn)物的四方相含量增大。因此，可以通過調(diào)節(jié)煅燒溫度和Ce的含量來調(diào)節(jié)產(chǎn)物的相態(tài)結(jié)構(gòu)類型和組成。
　　(4)將3Y-ZrO2分別與多壁碳納米管（MWCNTs）、石墨烯和石墨球磨混合并經(jīng)噴霧干燥造粒、等靜壓成型和燒結(jié)，制備了多種

6、規(guī)格的復(fù)相陶瓷材料。考察了燒結(jié)氣氛和溫度對合成陶瓷的維氏硬度、抗彎強(qiáng)度、形貌、物相的影響。Raman光譜表明陶瓷材料以四方相為主，在1250和1300℃下燒結(jié)得到的陶瓷孔隙較多，而1450和1500℃下燒結(jié)得到的陶瓷致密性更好，其維氏硬度介于1271.4-1672.6之間。添加0.1wt% MWCNTs、石墨烯、石墨及不添加其他物質(zhì)的3Y-ZrO2陶瓷材料的最大抗彎強(qiáng)度分別為553.50、572.95、517.12和535.13MPa，

7、表明添加MWCNTs和石墨烯對3Y-ZrO2的強(qiáng)化效果比添加石墨的要好。
　　(5)經(jīng)過球磨和噴霧干燥制備了MWCNTs/3Y-ZrO2復(fù)合粉體，并用于吸附亞甲基藍(lán)。發(fā)現(xiàn)其吸附過程符合Langmuir和Freundlich等溫吸附模型，其Langmuir等溫模型擬合得到其在308K下最大吸附量為69.5 mg/g。根據(jù)不同溫度下的吸附等溫線數(shù)據(jù)計算的熱力學(xué)參數(shù)表明該吸附過程為自發(fā)的（△Gθ值為負(fù)）吸熱過程（△Hθ為正）。而經(jīng)過共沉