论文部分内容阅读
设计和可控构筑具有一定微观形貌的新型微纳米材料,是一个新兴的研究热点领域。这些新型的微纳米材料由于具有特殊形貌,暴露出某些特定晶面,可以极大的扩展材料的功能,并扩大材料的应用领域。本研究通过水热方法,调节实验参数,可控制备出多种具有特殊形貌的氧化铝微纳米粉体。通过测试材料的吸附性能,探索材料的吸附性能与比表面积、晶面特性之间的关系;通过原位掺杂工艺,制备出一系列铬掺杂氧化铝基陶瓷颜料,并测试其呈色性能,探索陶瓷颜料微观形貌与呈色性能之间的关系。1.以聚乙二醇20000为形貌控制剂,水热合成了碳酸铝铵（Ammonium aluminum carbonate hydroxide,AACH）微米棒。该棒状形貌AACH长径比约为20:1。通过在800℃和1300℃条件煅烧,该前驱体分别转化为γ-Al2O3和α-Al2O3。AACH微米棒的比表面积为105.6 m2/g。煅烧得到的γ-Al2O3微米棒的比表面积为724.3 m2/g,对刚果红的最大吸附量为40 mg/g。利用Cr3+离子原位掺杂方式,制备出一系列具有特殊形貌的陶瓷颜料PA800和PA1300。受到铬掺杂量的影响,陶瓷颜料前驱体、陶瓷颜料PA800和PA1300的微观形貌均发生了一定改变。随着铬掺杂比例的增大,原位掺杂陶瓷颜料及其前驱体明度值L*均逐渐降低,陶瓷颜料PA800与PA1300分别呈现出黄绿色调和紫红色调。2.不添加任何模板剂,水热合成了AACH微米棒。该棒状形貌AACH长径比约为75:1。通过在800℃和1300℃条件煅烧,该前驱体分别转化为γ-Al2O3和α-Al2O3。AACH微米棒的比表面积为108.6 m2/g。煅烧得到的γ-Al2O3微米棒的比表面积增大为478.2 m2/g,对刚果红的最大吸附量为80mg/g。利用Cr3+离子原位掺杂方式,制备出一系列具有特殊形貌的陶瓷颜料WA800和WA1300。受到铬掺杂量的影响,陶瓷颜料前驱体、陶瓷颜料WA800和WA1300的微观形貌均发生了一定改变。随着铬掺杂比例的增大,陶瓷颜料及其前驱体明度值L*均逐渐降低,陶瓷颜料WA800和WA1300分别呈现出黄绿色调和紫红色调。3.以CTAB为形貌控制剂,在酸性条件下水热合成了由纳米片自组装而成的六边形玫瑰花状铵明矾石。通过在900℃和1300℃条件下煅烧,该前驱体分别转化为δ-Al2O3和α-Al2O3。利用Cr3+离子原位掺杂方式,制备一系列具有玫瑰花状形貌的陶瓷颜料。随铬掺杂量的增大,α-Al2O3基陶瓷颜料AA1300的基本片层结构单元的厚度逐渐降低,导致原玫瑰花状形貌逐渐膨胀为近似球形。随着铬掺杂比例的增大,陶瓷颜料及其前驱体明度值L*逐渐降低,陶瓷颜料AA1300呈现出紫红色调。4.以十六烷基三甲基溴化铵为形貌控制剂,水热合成了由纳米片自组装而成的γ-Al OOH分级结构空心微球。γ-Al OOH分级结构空心微球的六边形分级结构拥有极高比例的羟基暴露面。通过在800℃和1200℃条件煅烧,该前驱体转化为γ-Al2O3和α-Al2O3。片状自组装γ-AlOOH分级结构空心微球的比表面积为59.6 m2/g,对刚果红的最大吸附量为110 mg/g,表现出优良的吸附能力。煅烧得到的具有介孔结构的γ-Al2O3空心微球的比表面积增大为243.1 m2/g,吸附能力进一步增强。利用Cr3+离子原位掺杂方式,制备出一系列具有空心微球形貌的陶瓷颜料。受到铬掺杂量的影响,陶瓷颜料前驱体、陶瓷颜料B800和B1200的微观形貌均发生了一定改变。随着铬掺杂比例的增大,陶瓷颜料及其前驱体明度值L*均逐渐降低,陶瓷颜料B800和B1200分别呈现出黄绿色调和紫红色调。5.对比PEG辅助合成AACH热解所得的棒状形貌γ-Al2O3,无模板剂合成AACH热解所得的棒状形貌γ-Al2O3比表面积不足前者的60%,但是其处理刚果红污染物的能力却是前者的2倍。CTAB辅助制备得到的片状自组装γ-AlOOH、γ-Al2O3分级结构空心微球的比表面积更低,却能够表现出更为优越的吸附能力。这一系列的实验现象充分说明微纳米材料的性能不仅仅与其比表面积大小有关,还与其特殊形貌所暴露的晶面特性有着密切的关系。6.陶瓷颜料PA800、WA800、B800均呈现出黄绿色调。由于棒状形貌陶瓷颜料WA800的前驱体在制备过程中未添加模板剂,其晶面间距略小于陶瓷颜料PA800前驱体的晶面间距,因此在煅烧后,陶瓷颜料WA800随着铬掺杂量的增大,晶面间距调整范围以及晶面角调整范围均略大于陶瓷颜料PA800,导致其呈色变化的非线性特征更加明显。紫外可见光谱证实,空心微球状陶瓷颜料B800晶格中Cr3+色心与配体之间结合最为紧密,因此其黄绿色调呈色性能最佳。7.陶瓷颜料PA1300、WA1300、AA1300、B1200均呈现出紫红色调。利用紫外可见光谱数据,对四种陶瓷颜料的晶场参数进行计算和对比,证实以上四种陶瓷颜料均属于强场晶体材料。随着铬掺杂量的增大,以上四种陶瓷颜料的晶面间距逐渐增大,其晶场强度逐渐降低,因此导致其红色调逐渐减弱。其中,空心微球状陶瓷颜料B1200的晶场强度变化程度和晶场劈裂程度均最小,因此其呈色性能和呈色稳定性最佳。由此可见,陶瓷颜料的微观形貌与其呈色性能有着非常重要的联系。