新型稀土倍半硫化物红黄颜料的合成与性质研究

作     者：吴宪江 

作者单位：内蒙古大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏海全;于世泳

授予年度：2011年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：稀土倍半硫化物 碱金属 镨钕 二氧化硅 颜料 

摘      要：立方型稀土倍半硫化物因具有良好的光学性质和热稳定性而备受关注,作为一种环境友好型材料,可用来替代目前被大量使用的含有对人体和环境有害的重金属(如镉、铬、铅)的工业无机颜料。由于立方型稀土倍半硫化物的合成温度很高,而且产物的亮度和热稳定性还有进一步改善的空间,所以近年来研究的重点主要是改进制备方法和采用不同的添加剂以降低合成温度和改善产品性能。 本论文采用多种方法制备出基于立方型稀土(镧、铈)倍半硫化物的红黄色系颜料,并通过X射线粉末衍射、紫外-可见漫反射光谱、热重-差示扫描量热分析、透射电镜、扫描电镜和元素分析等测试手段对产物的结构和性能进行了表征。研究工作的主要内容和创新点表现在以下几个方面： 1、以碱金属碳酸盐A2CO3 (A=Na、K)作为添加剂,采用不同掺杂比例并通过液固混合方式与稀土氧化物(氧化镧、二氧化铈)混合,在相对较低的温度(800℃)下,经CS2(以N2为载气)气体硫化合成立方型稀土倍半硫化物。研究表明,通过控制碱金属的加入量,可制得高纯度的γ-Ln2S3 (Ln=La或Ce),且产物中不含碳元素。同时我们还研究了各硫化产物的颜色性质,并首次采用图解微分法对γ-Ln2S3半导体的本征吸收值进行求解。 2、以镨钕氧化物富集物和无水碳酸钠作为添加剂掺杂到氧化铈中制得混合原料,在1000℃加热条件下,经H2S气体硫化合成了一种新颖的γ型五元稀土倍半硫化物γ-Na-Ce-Pr-Nd-S红色环保颜料。与未掺杂镨钕的产品对比,可以发现适量镨钕的掺杂可使硫化产物的烧结程度降低,同时可使产品亮度和抗氧化能力等性质得到提升。 3、以活化后的介孔二氧化硅作为基体,通过浸渍和焙烧等实验技术,将掺杂钠的二氧化铈引入,制得复合材料γ-Ce2S3/SiO2,在800℃经CS2硫化合成得到了γ-Ce2S3/SiO2新型颜料。与单纯的γ-Ce2S3红颜料比对,发现通过调节介孔二氧化硅基体的使用量,我们可以获得由红色到橙色再到淡黄色的系列颜色颜料,同时产品亮度也获得了大幅提高。