Bối cảnh và tình hình chung
Nguyên tố đất hiếmCác nguyên tố đất hiếm là nền tảng của scandium, yttrium và lanthanum nhóm IIIB trong bảng tuần hoàn. Có 17 nguyên tố đất hiếm. Đất hiếm có các tính chất vật lý và hóa học độc đáo và đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp và các lĩnh vực khác. Độ tinh khiết của các hợp chất đất hiếm quyết định trực tiếp các tính chất đặc biệt của vật liệu. Độ tinh khiết khác nhau của vật liệu đất hiếm có thể tạo ra vật liệu gốm, vật liệu huỳnh quang và vật liệu điện tử với các yêu cầu hiệu suất khác nhau. Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ khai thác đất hiếm, các hợp chất đất hiếm tinh khiết có triển vọng thị trường tốt, và việc điều chế vật liệu đất hiếm hiệu suất cao đặt ra yêu cầu cao hơn đối với các hợp chất đất hiếm tinh khiết. Hợp chất cerium có phạm vi sử dụng rộng rãi, và hiệu quả của nó trong hầu hết các ứng dụng đều liên quan đến độ tinh khiết, tính chất vật lý và hàm lượng tạp chất. Trong phân bố các nguyên tố đất hiếm, cerium chiếm khoảng 50% nguồn tài nguyên đất hiếm nhẹ. Với việc ứng dụng ngày càng tăng của cerium có độ tinh khiết cao, yêu cầu về chỉ số hàm lượng phi đất hiếm đối với các hợp chất cerium ngày càng cao.oxit xeriĐây là oxit xeri, số CAS là 1306-38-3, công thức phân tử là CeO2, khối lượng phân tử: 172,11; Oxit xeri là oxit ổn định nhất của nguyên tố đất hiếm xeri. Nó là chất rắn màu vàng nhạt ở nhiệt độ phòng và trở nên sẫm màu hơn khi được nung nóng. Oxit xeri được sử dụng rộng rãi trong vật liệu phát quang, chất xúc tác, bột đánh bóng, chắn tia UV và các lĩnh vực khác nhờ hiệu suất tuyệt vời của nó. Trong những năm gần đây, nó đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu. Việc điều chế và hiệu suất của oxit xeri đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu trong những năm gần đây.
Quy trình sản xuất
Phương pháp 1: Khuấy ở nhiệt độ phòng, thêm dung dịch natri hydroxit 5,0 mol/L vào dung dịch xeri sulfat 0,1 mol/L, điều chỉnh pH lớn hơn 10 và tiến hành phản ứng kết tủa. Cặn lắng được bơm ra, rửa nhiều lần bằng nước khử ion, sau đó sấy khô trong lò 90℃ trong 24 giờ. Sau khi nghiền và lọc (kích thước hạt nhỏ hơn 0,1 mm), thu được xeri oxit và bảo quản nơi khô ráo, kín. Phương pháp 2: Lấy xeri clorua hoặc xeri nitrat làm nguyên liệu, điều chỉnh pH đến 2 bằng nước amoniac, thêm oxalat để kết tủa xeri oxalat, sau khi gia nhiệt, xử lý, tách và rửa, sấy khô ở 110℃, sau đó nung để thu được xeri oxit ở 900 ~ 1000℃. Xeri oxit có thể thu được bằng cách nung hỗn hợp xeri oxit và bột cacbon ở 1250℃ trong môi trường khí cacbon monoxit.
Ứng dụng
Oxit xeri được sử dụng làm chất phụ gia trong ngành công nghiệp thủy tinh, vật liệu mài kính tấm, và đã được mở rộng sang mài kính, thấu kính quang học, máy quay phim, tẩy trắng, làm trong, kính chống tia cực tím và hấp thụ dây điện tử, v.v. Nó cũng được sử dụng làm chất chống phản xạ cho thấu kính mắt kính, và xeri được sử dụng để tạo ra màu vàng titan xeri để làm cho thủy tinh có màu vàng nhạt. Mặt trận oxy hóa đất hiếm có ảnh hưởng nhất định đến sự kết tinh và tính chất của gốm thủy tinh trong hệ CaO-MgO-Al2O3-SiO2. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc bổ sung một mặt trận oxy hóa thích hợp có lợi cho việc cải thiện hiệu quả làm trong của thủy tinh lỏng, loại bỏ bọt khí, làm cho cấu trúc thủy tinh đặc chắc hơn, và cải thiện các tính chất cơ học và khả năng chống kiềm của vật liệu. Lượng oxit xeri bổ sung tối ưu là 1,5 khi nó được sử dụng trong men gốm và ngành công nghiệp điện tử như một chất thẩm thấu gốm áp điện. Nó cũng được sử dụng trong sản xuất chất xúc tác hoạt tính cao, vỏ đèn khí đốt, màn hình huỳnh quang tia X (chủ yếu được sử dụng trong chất đánh bóng thấu kính). Bột đánh bóng cerium đất hiếm được sử dụng rộng rãi trong máy ảnh, ống kính máy ảnh, ống hình TV, thấu kính, v.v. Nó cũng có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp thủy tinh. Oxit cerium và dioxit titan có thể được sử dụng cùng nhau để làm cho thủy tinh có màu vàng. Oxit cerium dùng để khử màu thủy tinh có ưu điểm là hiệu suất ổn định ở nhiệt độ cao, giá thành thấp và không hấp thụ ánh sáng nhìn thấy. Ngoài ra, oxit cerium được thêm vào thủy tinh dùng trong xây dựng và ô tô để giảm độ truyền dẫn của tia cực tím. Để sản xuất vật liệu phát quang đất hiếm, oxit cerium được thêm vào làm chất kích hoạt trong chất phát quang ba màu đất hiếm được sử dụng trong vật liệu phát quang của đèn tiết kiệm năng lượng và chất phát quang được sử dụng trong đèn báo và máy dò bức xạ. Oxit cerium cũng là nguyên liệu thô để điều chế kim loại cerium. Thêm vào đó, trong vật liệu bán dẫn, chất màu cao cấp và chất nhạy sáng cho thủy tinh quang học, bộ lọc khí thải ô tô đã được sử dụng rộng rãi. Chất xúc tác để lọc khí thải ô tô chủ yếu bao gồm chất mang gốm (hoặc kim loại) dạng tổ ong và lớp phủ hoạt hóa bề mặt. Lớp phủ hoạt hóa bao gồm một diện tích lớn gamma-trioxit, một lượng oxit thích hợp để ổn định diện tích bề mặt, và một kim loại có hoạt tính xúc tác được phân tán trong lớp phủ. Để giảm lượng Pt, Rh đắt tiền, việc tăng lượng Pd tương đối rẻ sẽ giảm chi phí chất xúc tác mà không làm giảm hiệu suất của chất xúc tác làm sạch khí thải ô tô, trên cơ sở các hiệu suất khác nhau, thường sử dụng Pt, Pd, Rh để hoạt hóa lớp phủ xúc tác ba thành phần. Thông thường, phương pháp ngâm toàn phần sẽ thêm một lượng oxit xeri và oxit lanthanum nhất định, tạo thành chất xúc tác ba thành phần kim loại quý có hiệu quả xúc tác tuyệt vời. Oxit lanthanum và oxit xeri được sử dụng làm chất phụ trợ để cải thiện hiệu suất của chất xúc tác kim loại quý được hỗ trợ trên A-Alumina. Theo nghiên cứu, cơ chế xúc tác của oxit xeri và oxit lanthanum chủ yếu là cải thiện hoạt tính xúc tác của lớp phủ hoạt tính, tự động điều chỉnh tỷ lệ không khí-nhiên liệu và xúc tác, đồng thời cải thiện độ ổn định nhiệt và độ bền cơ học của chất mang.