爆轰法制备纳米二氧化铈及其性能研究

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纳米二氧化铈既有纳米材料的优点,又具有稀土材料化学活性高、氧化还原能力强和配位数多变的特点,集两种材料的优势于一身,是比纯粹的纳米材料和稀土材料更优良的新型复合材料,爆轰法制备的纳米二氧化铈具有巨大的比表面积、大量的结构缺陷和表面含氧官能团等性质,使其在开发具有特殊性能的新材料方面具有较大的潜力。本论文系统研究了爆轰法制备纳米二氧化铈的药剂配方、提纯工艺、药剂性质和纳米二氧化铈的晶型发育情况、粒径大小、颗粒形貌以及吸光和吸附性能。主要工作及结论如下:1、基于零氧平衡原则,以硝酸铈和硝酸铵的混合水溶液作为氧化剂,石蜡作为可燃剂,失水山梨糖醇单油酸酯作为乳化剂,空心树脂微球作为敏化剂,尿素作为添加剂,根据硝酸铈含量的变化、有无尿素以及乳化时的剪切力大小,设计出7种特种药剂配方。2、研究了特种药剂的制备工艺,主要从溶解时间和工艺安全角度分析配制水相溶液的最佳加热温度、从溶化时间和工艺安全角度分析配置油相溶液的最佳加热温度、以乳化效果为判据,分析了乳化最佳温度以及从敏化效果分析敏化最佳温度,研究结果表明:水相溶液和油相溶液的最佳加热温度为130℃,乳化最佳温度为130℃,乳化转速2700r/min,乳化基质制备后应直接敏化,不宜放置时间过长。按照此工艺成功制备出了7种特种药剂。3、研究了7种特种药剂的理化性能和爆炸性能,对特种药剂的密度和爆速进行了测定,对各特种药剂的爆压、爆热、爆温、爆容进行了理论计算,研究表明,所设计的药剂具有雷管感度;密度为1.08-1.20g·cm3;储存期3个月;爆速大于4000m/s,爆压5.11GPa以上;爆热580kcal/kg以上;爆温2000K以上;爆容750L·kg-1以上。4、用X-射线衍射仪和透射电子显微镜研究了二氧化铈颗粒的形貌、粒径及晶型发育情况,并研究了二氧化铈的得率。综合比较颗粒粒径、颗粒外观、分散情况、晶型发育情况及二氧化铈的得率,筛选出制备纳米二氧化铈最佳的特种药剂配方为:六水合硝酸铈52.88%、硝酸铵39.51%、石蜡4.97%、Span-801.95%、空心树脂微球0.7%、乳化转速2700r/min。5、研究了二氧化铈的提纯工艺,利用酸洗溶解的方法,通过正交试验优化获得提纯工艺的最佳参数为:时间12h,水量/硝酸量5/1,硝酸量6mL,反应温度90℃,按此提纯工艺参数能得到纯度为99.95%的二氧化铈。6、通过X-射线衍射仪和透射电子显微镜分析研究了不同焙烧温度下二氧化铈晶粒发育情况和晶粒尺寸大小,确定600℃为二氧化铈的最佳焙烧温度。7、研究表明:用爆轰法所制备的纳米二氧化铈晶型为立方晶系,形状为近似球形,粒径20nm-50nm。该方法具有制备成本低,设备简单,反应时间短,操作步骤简单等优点。8、对爆轰制备得到纳米二氧化铈进行紫外吸收分析和BET分析。研究表明,所制备的纳米二氧化铈对紫外线的吸收度较高,吸收波长在350nm-220nm;其氮气吸脱附等温线按照IUPAC分类属于第Ⅱ型,孔隙形状大多是锥形的,比表面积为28.5m2/g。
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