大尺寸三氧化二铬水热合成工艺研究

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1、大尺寸三氧化二铬水热合成工艺研究第1章绪论1.1研究背景在全球资源日益减少和环境不断恶化的条件下，开发节约能源、清洁环保的绿色化工生产工艺不仅是国内外技术发展的必然趋势，而且还关系到经济可持续发展和环境保护，其基本理念是3R(Reduce,Reuse,Recycle)技术，也就是减少原料、重新利用、再生技术[1-8]。因此，开发绿色环保、低能耗、高富产工艺具有重要意义。铬矿是重要的无机原料，在我国相对贫乏，是短缺矿产资源之一。化工工业主要应用铬矿生产重铬酸盐，进一步生产其它铬化合物系列产品。然而，目前铬化工行业所采用的技术不仅能耗大、资源利用率低、生产工艺落后

2、，而且排放的废液、废气、废渣对环境造成严重危害以及给人们的生命健康带来严重威胁。此外，铬化工行业污染事件不断，河南义马[9-10]和云南曲靖[10-11]铬渣污染事件先后被媒体披露。三氧化二铬(Cr2O3)是铬化合物系列主要产物之一，具有可观的经济价值和广阔的市场应用，在国民经济中的作用颇为关键，我国Cr2O3的产量已接近铬系列产物的20%[12]。因此，开发绿色Cr2O3生产工艺，具有迫切的社会需求。近年学者们开发出很多Cr2O3清洁工艺，产品主要包括冶金级[13]、颜料级[14-16]、纳米级[17]等。然而，有关大尺寸Cr2O3直接制备的新工艺文献报道较

3、少。大尺寸Cr2O3，一般是指尺寸在5-200μm之间、三维结构，主要用于喷涂领域[18]。DONGSJ[19]等采用的商业级喷涂Cr2O3的尺寸有80%在20.5–59.1μm之间，具体制备方法文献中未提到。TAOSY[20]等以平均尺寸为19.3μm的Cr2O3商业级产品为喷涂原料，利用大气等离子喷涂技术制备了Cr2O3涂层，对涂层摩擦性能、导热性能、硬度进行了测试，结果表明在实验条件下Cr2O3具有耐磨性能良好、耐高温性能优越、硬度高，具体制备方法文献中未提到。1.2Cr2O3的用途Cr2O3为浅绿至深绿色粉末，不溶于水、醇

4、、酸及碱，六方晶系。Cr2O3的熔点是2265°C，对光、大气及腐蚀性气体（H2S、SO2等）极稳定，有很高的遮掩性，优良的耐侯性[24]。因此，Cr2O3在冶金领域、催化领域、颜料领域、耐火材料领域、研磨剂领域、抛光剂领域、喷涂领域等有广泛的应用。此外，Cr2O3还用于存储材料，在很多场合下可以无机氧化物复合材料等。作为冶金级Cr2O3，对其纯度有严格要求，尤其是硫的含量要求越低越好，甚至不含硫，因为硫的存在对含铬合金的性能产生严重的危害[13,25]。在冶金工业上，Cr2O3主要用于生产含铬合金和金属铬。含铬超级合金具有许多优良特性，包括耐酸碱、耐

5、磨损、抗氧化、强度高、硬度高及抗高温蠕变、抗冲击、等，因此，广泛应用于制造化学装置、气体涡轮机、飞机发动机、原子能发电站的加热炉以及特种军事机械等。含铬铝合金还具有高强度、耐腐蚀等特性，因此，也可用于汽车与造船工业的零部件以及飞机与航天工业的结构部件等。..第2章CTAB-HCHO体系下水热合成大尺寸Cr2O3的工艺研究2.1前言裴振昭博士[17,98]等采用水热法，在不添加表面活性剂下，以CrO3为铬源和氧化剂，以HCHO为还原剂，制备出尺寸在50-70nm之间的Cr2O3颗粒。随后，PEIZZ[23]等又采用水热法，在表面活性剂柠檬酸的辅助下，以K2Cr2

6、O7为铬源和氧化剂，以HCHO为还原剂，合成出大尺寸9-18μmCr2O3颗粒。本章在裴振昭[17,23,98]前期研究的基础上，并以K2Cr2O7和HCHO为原料，以CTAB为表面活性剂，通过水热还原，得到凝胶，将凝胶经过过滤、洗涤、烘干后便得前驱体，然后煅烧，得到了大尺寸Cr2O3。本章重点研究了CTAB-HCHO体系下，HCHO水热还原K2Cr2O7制备大尺寸Cr2O3微米颗粒。探讨了表面活性剂CTAB的量、氧化剂K2Cr2O7的量、反应温度对产物形貌的影响以及K+浓度在水热制备Cr2O3中的作用。利用傅立叶红外光谱分析仪（FT-IR）和X射线衍射

7、仪（XRD）对前驱体和产物进行了定性分析，通过场发射扫描电镜（SEM）研究了产物Cr2O3的形貌以及尺寸的影响因素。.2.2实验部分2.2.1实验主要试剂与设备主要试剂重铬酸钾（K2Cr2O7）分析纯天津市瑞金特化学品有限公司；十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）分析纯上海天莲精细化工有限公司；甲醛溶液（HCHO）分析纯天津市致远化学试剂有限公司；主要设备水热反应釜（50ml）自制；FX-101-2型电热鼓风干燥箱上海树立仪器仪表有限公司；0614P型马弗炉北京美诚科仪有限公司。2.2.2实验过程将3.5gK2Cr2O7、0.6mlHCHO、0.05gCTAB和3

8、0ml蒸馏水放入水热反应釜中，用磁力搅