特殊形貌氢氧化铝煅烧过程的微观形貌演变及动力学分析

来源 :大连交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tom_7758
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本论文采用水热法,以硫酸铝为原料,尿素为沉淀剂,在一定的醇水比例及水热条件下,经过一定的干燥处理之后,制备出了特殊形貌的球形结构氢氧化铝粉体,并采用SEM、XRD测试和TG-DSC分析对粉体的微观结构及热分解过程进行了研究。通过对不同形貌氢氧化铝粉体热分析动力学机制的研究,确定出不同的煅烧温度,在该温度下将水热产物进行煅烧一定时间,得到不同晶型的A1203粉体。然后利用SEM、XRD考察样品粉体在煅烧过程中的微观形貌演变及晶型转变,研究煅烧过程对不同形貌氢氧化铝粉体微观结构的影响。通过水热法制备出了实心球形、核壳结构及中空球形的氢氧化铝粉体,本论文主要采用Popescu法、Doyle-Ozawa法及Kissinger法对上述形貌的氢氧化铝煅烧过程的动力学进行分析。研究结果表明:实心球形的氢氧化铝在煅烧前为无定形结构的薄水铝石,经过600℃煅烧后为分散均匀、尺寸在2μm左右的ρ-Al2O3,经过1200℃煅烧后表现为薄片堆叠而成的球形α-Al2O3,分散性良好,且尺寸基本不变。在煅烧过程中主要有两个动力学过程,即300K-500K温度段的表面吸附水脱除过程和600K-800K温度段的内部结构水脱除过程。脱除表面吸附水过程的重量损失为6.76%,遵循D1模型的一维扩散机制,三种不同分析方法所计算出的平均活化能为42.976kJ/mol。脱除内部结构水过程的重量损失为10.01%,两个过程共损失16.77%的重量,该过程受三维球形对称扩散的D3模型控制,遵循Jander方程,三种不同分析方法所计算出的平均活化能为139.182kJ/mol。核壳结构氢氧化铝在煅烧后从核壳结构状拟薄水铝石转化为仍保持核壳结构的γ-Al2O3,最后形成了外壳表面坍塌而内部实心球呈疏松型薄片层状堆叠的核壳结构θ-A12O3。在煅烧过程中包含两个动力学过程,即300K-450K温度段的第一阶段脱水过程及580K-800K的第二阶段脱水过程,对应的热重损失分别为3.86wt%、12.21wt%,总重量损失为16.07%,第一阶段脱水过程属于属于三维扩散的D4模型,遵循G-B方程,第二阶段脱水过程属于三维扩散的D3模型,遵循Jander方程,三种不同分析方法所计算出的平均活化能为54.674kJ/mol、155.474kJ/mol。中空球形氢氧化铝在煅烧前后从品粒尺寸较大的中空球形的拟薄水铝石逐渐转化为尺寸和形貌基本保持一致而孔径变大的γ-Al2O3,最后形成了中空球表面薄片部分坍塌而孔径进一步变大的α-Al2O3。在煅烧过程中有一个动力学过程,即650K-810K温度段的中空球表面吸附水脱除及球体内壁结构水脱除的过程,该过程的热重损失为10.51wt%,三种不同分析方法所计算出的评价活化能为172.709kJ/mol。
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