机械球磨固相反应理念制备超细la

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1、机械球磨固相反应理念制备超细La1绪论稀土氧化物在催化材料、光学玻璃、发光材料、磁化材料及储氢材料等方面有着广泛的应用[1-7]。超细稀土氧化物具有尺寸小，比表面积大，活性高等特性[8]。超细氧化镧（23LaO）作为重要的稀土氧化物，因其独特的物理化学性质被应用于各个领域。氧化镧作为一种多功能的化工材料，被广泛用于光学玻璃、石油裂化裂解、汽车尾气的催化、陶瓷釉料及热电材料等方面[9][10]。随着对氧化镧研究的不断深入，氧化镧的制备方法也不断增加，涉及固相法、液相法、气相法多方面的领域[11]。1.1

2、LaO的结构稀土氧化物的结构非常复杂，类型也很多，但主要取决于氧化物中稀土元素的价态、离子半径及生成温度。在2000℃以下，三价稀土氧化物（23REO）具有A、B、C三种不同的结构类型，他们之间的结构转变可用它们的相图来表示，如图1.1所示。从图中可以看出氧化物的结构主要取决于金属离子的大小和生成时的温度。形成A型或B型结构，低温时形成C型结构，稀土La的氧化物是A型结构，如图1.2所示。从图中可以看出，镧离子是七配位的，6个氧原子围绕镧离子呈八面体排布，另外还有1个氧原子处在八面体的一个面中心，23

3、LaO常以六方晶系构型存在。镧是第57号元素，它有57个电子，除了把一、二、三层填满外，在第四层放了18个电子，第五层放上9个电子，剩下的两个电子并不放在第五层，而是开始填充新的一层:第六层。第四层如果填满，应该有32个电子；镧的第四层只放了18个电子，没有填满。镧元素4f电子构型处于全空状态，正三价比较稳定。在波长200-1000nm区域内没有吸收，所以La3+没有颜色，三氧化二镧为白色。镧元素4f电子构型处于全空状态，属于抗磁性。23LaO的实测磁矩为0A•m2。23LaO具有很高的熔点

4、和沸点，其基本物理性能如表1.1所示。1.2超细23LaO的性能及应用超细粉体通常分为微米级、亚微米级及纳米级粉体。粒径大于1μm的粉体称为微米材料，粒径处于100nm-1μm之间的粉体称为亚微米材料，粒径大于1nm，小于100nm（1nm-100nm）的粉体称为纳米材料，1nm相当于百万分之一毫米[15]。材料超细化以后，有人将亚微米及纳米状态的材料，即粒子尺度处于原子、分子与块（粒）状材料之间的材料，称之为物质的第四态。纳米微粒具有粒径小、比表面积大，表面原子数多、表面能和表面张力随粒

5、径的下降急剧增加等的特点，表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等超细材料的基本特点[16-18]，导致超细微粒的热、磁、电、光等敏感特性和表面稳定性等不同于正常粒子，因而展现出许多特有的性质，具有一系列优异的物理、化学性质，在催化、光吸收、滤光、磁介质、及新材料等方面具有广阔的应用前景[19-23]。1.2.1超细23LaO在光学玻璃中的应用光学级的氧化镧主要用于各种光学材料的制备，如制备具有高折射率、低色散的镧玻璃，是世界上目前最好的透镜材料，镧在有些玻璃中的最高配比达40%[

6、24]。La有大量溶于玻璃尤其是硼酸盐玻璃中（有时大于60%）的特点，在硼硅酸盐尤其是硼酸盐系统中加入10%~50%的23LaO，可制备性能优良的镧系光学玻璃。超细23LaO加入玻璃中，与其离子化学结合（单键）周围的氧原子数的增加，提高了离子填充度与玻璃的折射率。另外，La玻璃的紫外吸收偏于短波长一侧，难以色散光（不同波长的光引起的折射率变化），故可制成高折射、低色散的光学玻璃。La可明显提高玻璃的化学稳定性，防止玻璃表面因水和酸而引起的表面变质；增加化学活性弱的硼酸盐玻璃的寿命；增大玻璃硬度，提高软

7、化温度。同时，镧玻璃热膨胀系数小的特点使它成为大孔径、大视场的高挡相机和潜望镜的光学镜头不可或缺的材料。2实验原理和实验方法本实验以七水氯化镧和草酸为原料，采用机械球磨固相化学反应法，制备前驱物。前驱物经洗涤、抽滤后在一定温度下恒温干燥，将干燥后的前驱体粉末在箱式实验电阻炉中焙烧得到氧化镧粉体。将摩尔比为1：2的七水氯化镧和草酸的混合物放入容积为250ml的陶瓷球磨罐中，加入一定比例直径为10mm的陶瓷球。然后将反应体系在行星式球磨机上球磨，调节合适的球磨速度和球磨时间。将所得前驱物用蒸馏水和无水乙醇

8、分别洗涤、抽滤3次，并在50℃下恒温干燥24h。将干燥过的前驱物置于坩埚在箱式实验电阻炉中焙烧一定时间，得到氧化镧粉体。操作过程如下：（1）配料：按摩尔比为1：2分别称取七水氯化镧和草酸；（2）球磨：球磨罐内添加一定比例的陶瓷球，将原料混合以200r/min的转速，在一定的球料比下将原料研磨一定时间；（3）洗涤及抽滤：将制备的前驱物用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤、抽滤3~5次；（4）干燥：将抽滤过后的反应产物置于干燥箱中，在50℃温度下恒温干燥24h；（5）