甘氨酸/硝酸盐法

科技工作者之家  |   2020-11-17 18:10

甘氨酸-硝酸盐法(Glycine-nitrateProcess,GNP)是一种自维持的燃烧合成方法,以金属硝酸盐作氧化剂,以甘氨酸作为燃料,通过两者反应时瞬时释放的大量热量完成氧化物粉体的制备1。甘氨硝酸-硝酸盐法(GNP)合成过程简单,产物纯度高,颗粒形态好,已用于多种体系的钙钛矿结构氧化物的合成。

工作原理甘氨酸(C2H5NO2)燃点低,一般为200℃左右,释热大,作为络合剂和燃料剂,反应焰温可达1100-1400℃,适合制备多元复合氧化物。

甘氨酸-硝酸盐法是以甘氨酸作为还原剂,硝酸盐作为氧化剂制备氧化物粉体,氧化还原反应式如下式所示:

甘氨硝酸-硝酸盐法(GNP)合成过程简单,产物纯度高,颗粒形态好,已用于多种体系的钙钛矿结构氧化物的合成,为陶瓷粉体制备提出了一个全新的思路,自1991年提出以来,在粉体制备上得到了充分的应用。

优缺点利用甘氨酸-硝酸盐反应时释放的大量热量在瞬间内生成金属氧化物,既避免了传统的固相反应制备的粉体烧结活性差、混合不均匀的缺点,又避免了湿化学法中沉淀剂难以选择的问题。与柠檬酸或EDTA-硝酸盐热分解法相比,其初始点燃温度较低,燃烧反应更迅速,残碳量更少。可以严格控制组分含量,制备出成分均一、比表面积大的多组分复合氧化物超细粉体。粉体蓬松、颗粒细小,粉体活性高,生产成本低。

甘氨酸-硝酸盐法的缺点是反应无法控制,粉体收集困难。

应用实例甘氨酸硝酸盐法合成以分析纯硝酸镧 、硝酸铝 、甘氨酸 为原料,按 的化学计量比称取各硝酸盐,用去离子水溶解后加入一定量的甘氨酸,n(甘氨酸)∶n(金属离子)=2:1,80℃加热搅拌1h,得混合溶胶;进一步搅动加热,溶胶蒸发失水,逐渐粘稠,放入真空干燥箱中干燥24h,得到白色干凝胶;将干凝胶放入马弗炉中于180℃发生燃烧,得到蓬松的初级粉料;最后将所得初级粉料在不同温度下分别煅烧2h合成粉体。将合成的粉体压制成直径为12mm、厚6mm的圆片,在1400~1600℃烧结4h,制成陶瓷2。

结果表明,采用GNP可在700℃的低温下合成单相粉体钙钛矿氧化物,其晶格常数为a=b=0.5364nm,c=1.3116nm,α=β=90°,γ=120°。合成粉体的晶粒尺寸(一次粒径)小于100nm,二次粒径约为2μm。1500℃烧结12h可获得相对密度达95.1%的陶瓷,具有良好的微波介电性能。

甘氨酸硝酸盐法制备超细Mo-Cu粉末及烧结按照铜含量为20%(质量分数,下同)的比例,称取四水合钼酸铵粉末和硝酸铜粉末,将二者混合溶于去离子水中。将甘氨酸加入混合溶液中搅拌,使甘氨酸和硝酸根的摩尔比为n():n()=1:1,随后加入乙二胺至溶液pH=10。然后将混合溶液放在磁力搅拌仪上加热搅拌,除去多余的水分至溶液凝固、起泡。然后放入电阻炉中600℃下保温1h,得到Mo-Cu前驱体氧化物粉末。将前驱体在氢气气氛下700℃还原2h,得到的Mo-Cu粉末。在100MPa压力下压制成型。随后对压坯进行真空烧结,烧结温度分别为950℃、1050℃、1150℃、1250℃,最终制得Mo-Cu复合烧结材料3。

结果表明:甘氨酸-硝酸盐法(GNP)制备的超细Mo-Cu复合粉末形状规则、大小均匀、钼铜两相弥散分布,颗粒大小平均为50~80nm。在950~1250℃范围内,随着烧结温度的升高,烧结体的硬度增大,致密度、电导率和热导率在1150℃达到最大值。

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学