爆轰法制备球形纳米二氧化铈

论文摘要

二氧化铈的化学机械抛光使其在抛光磨料中占有举足轻重的地位,球形的二氧化铈颗粒由于没有棱角,在抛光时不易刮伤被抛光物体的表面,因而制作球形的二氧化铈颗粒对于二氧化铈作为磨料来说更有意义。本文以硝酸铈为主要原料,加入尿素等添加剂,混入炸药,采用爆轰合成的方法制备球形纳米二氧化铈颗粒。利用X射线衍射和透射电镜对爆轰产物的成分及形貌进行了表征。结果表明:制备出的纳米二氧化铈为立方萤石结构,外观呈球形,颗粒粒径小于100nm,并具有较好的分散性。此外,不同添加剂对爆轰产物的形貌影响较大,如:加入尿素后,二氧化铈颗粒容易呈现球形;当在加入尿素的基础上再加入亚硝酸钠时,颗粒呈现球形的同时具有较小的粒径。当在加入尿素的基础上再加入氯化钠时,颗粒出现团聚现象。实验中,爆轰产物二氧化铈的衍射峰相对于二氧化铈的标准衍射峰有一定的右移,由布拉格方程分析后了解到:这种右移是由于二氧化铈的面网间距减小所引起的.综合比较颗粒大小、分散性、颗粒外观,尿素和亚硝酸钠被认为是制备球形纳米二氧化铈的最好的添加剂。对各炸药的爆热和爆温进行了计算,对炸药的密度和爆速进行了测定,获得了各炸药的爆热、爆温、密度和爆速,将这些数据作为对晶粒生长尺寸大小的参考,为其他从事爆轰合成的研究者或纳米颗粒的研究者提供了参考。本文还尝试了利用高温煅烧的方法制备纳米二氧化铈。将硝酸铈与尿素混合,待生成透明液体后在一定的温度下煅烧。结果表明:煅烧也能制备出二氧化铈,但是颗粒的外观不规则,团聚严重,与爆轰法制备的球形二氧化铈颗粒相差甚远。用爆轰法所制备的球形纳米二氧化铈,颗粒大小均匀,分散性好。该方法具有设备相对简单,反应时间短,操作步骤简单等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 二氧化铈晶体特性
• 2的结构'>1.1.1 CeO₂的结构
• 2的性质'>1.1.2 CeO₂的性质
• 1.2 二氧化铈的用途
• 1.2.1 在化学机械抛光中的应用
• 1.2.2 紫外线吸收剂方面的应用
• 1.2.3 在汽车尾气探测及净化催化中的应用
• 1.2.4 在电化学中的应用
• 1.2.5 在钢铁工业中的应用
• 1.3 球形纳米二氧化铈用途和现有制备方法
• 1.3.1 喷雾高温分解法
• 1.3.2 机械活化法
• 1.3.3 化学沉淀法
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 爆轰参数的计算
• 2.1 炸药爆炸的特征
• 2.2 炸药的氧平衡
• 2.3 爆轰产物成分的确定
• 2.4 爆热的计算
• 2.5 爆温的计算
• 3 尿素、亚硝酸钠对爆轰产物颗粒形貌的影响
• 3.1 实验设备及产物表征
• 3.1.1 实验内容
• 3.1.2 爆炸反应容器
• 3.1.3 产物的表征
• 3.2 无添加剂的爆轰产物颗粒形貌
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 混合炸药爆炸的可行性分析
• 3.2.3 实验操作
• 3.2.4 爆轰产物的表征
• 3.2.5 产物经500℃焙烧两个小时的变化
• 3.2.6 小结
• 3.3 尿素对爆轰产物颗粒形貌的影响
• 3.3.1 实验原料
• 3.3.2 爆炸可行性分析
• 3.3.3 实验过程
• 3.3.4 爆轰产物的表征
• 3.3.5 小结
• 3.4 亚硝酸钠对爆轰产物颗粒形貌的影响
• 3.4.1 实验过程
• 3.4.2 实验产物的表征
• 3.4.3 实验过程分析
• 3.5 本章小结
• 4 氯化钠、硝酸钠、硫酸钛对爆轰产物颗粒形貌的影响
• 4.1 氯化钠对爆轰产物颗粒形貌的影响
• 4.1.1 实验过程
• 4.1.2 爆轰产物的表征
• 4.2 硝酸钠对爆轰产物颗粒形貌的影响
• 4.2.1 反应过程
• 4.2.2 爆轰产物的表征
• 4.2.3 反应方程式
• 4.2.4 焙烧后
• 4.3 硫酸钛对爆轰产物颗粒形貌的影响
• 4.3.1 实验过程
• 4.3.2 爆轰产物的表征
• 4.3.3 实验分析及讨论
• 4.3.4 产物经500℃下焙烧一个小时后的变化
• 4.4 本章小结
• 5 实验结果分析
• 5.1 衍射峰位置偏移的原因分析
• 5.1.1 爆轰产物的X射线衍射
• 5.1.2 衍射的原理
• 5.1.3 布拉格方程
• 5.1.4 爆轰产物衍射角平移原因分析
• 5.2 炸药爆轰参数的计算及测量
• 5.2.1 爆热对颗粒粒径大小的影响
• 5.2.2 爆速对颗粒粒径大小的影响
• 5.3 尿素和硝酸铈混合煅烧制备二氧化铈
• 5.3.1 实验过程
• 5.3.2 煅烧产物的表征
• 5.4 爆轰法与其他制备方法的比较
• 5.4.1 与喷雾高温分解法的比较
• 5.4.2 与机械活化法的比较
• 5.4.3 与化学沉淀法的比较
• 5.4.4 爆轰法的优点与不足
• 结论
• 附录 物质的生成焓
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢