鈣鈦礦結構材料在催化方面的應用簡述

1、-作者xxxx-日期xxxx鈣鈦礦結構材料在催化方面的應用簡述【精品文檔】鈣鈦礦結構材料在催化方面的應用簡述摘要：鈦礦是地球上最多的礦物，經過定向合成的特殊鈣鈦礦類型材料，對很多污染物具有很好的催化降解效果。本文結合國內外研究研究成果，對鈣鈦礦的結構、制備方法、催化方面的應用以及目前的研究熱點進行概述，以期對相關的研究工作進行指導。關鍵字：鈣鈦礦、合成方法、催化反應ABSTRACT: The titanium ore is most abundant on the earth. The special perovskite material stereospecific synthesized

2、 has good effect on the catalytic decomposition of many contaminants. This paper analyzed both domestic an foreign achievements, overviewed the structure of perovskite, the preparation methods, the application on the catalysis and the main focus of current research. To expect to be helpful for the r

3、elative research.KEY WORDS：the perovskite/preparation methods/catalytic reaction1. 鈣鈦礦的結構鈣鈦礦是以俄羅斯地質學Preosvik的名子命名的，其結構通常有簡單鈣鈦礦結構、雙鈣鈦礦結構和層狀鈣鈦礦結構。簡單鈣鈦礦化合物的化學通式是ABX3，其中X通常為半徑較小的O2+或F- ，雙鈣鈦礦結構( Double-Perovskite) 具有 A2B2X6組成通式，層狀鈣鈦礦結構組成較復雜, 研究較多的是具有通式 A3B2O7以及具有超導性質的YBa2Cu3O7和三方層狀鈣鈦La2Ca2 MnO7 等。目前, 研究最

4、多的是組成為ABX3的鈣鈦礦結構類型化合物。組成為ABO3的鈣鈦礦結構類型化合物, 所屬晶系主要有正交、立方、菱方、四方、單斜和三斜晶系.，A位離子通常是稀土或者堿土具有較大離子半徑的金屬元素，它與12個氧配位，形成最密立方堆積，主要起穩(wěn)定鈣鈦礦結構的作用；B位一般為離子半徑較小的元素（一般為過渡金屬元素，如Mn、Co、Fe等），它與6個氧配位，占據(jù)立方密堆積中的八面體中心，由于其價態(tài)的多變性使其通常成為決定鈣鈦礦結構類型材料很多性質的主要組成部分。與簡單氧化物相比，鈣鈦礦結構可以使一些元素以非正常價態(tài)存在，具有非化學計量比的氧，或使活性金屬以混合價態(tài)存在，使固體呈現(xiàn)某些特殊性質。由于固體的性

5、質與其催化活性密切相關，鈣鈦礦結構的特殊性使其在催化方面得到廣泛應用1。2. 鈣鈦礦的制備方法材料的性質在很大程度上依賴于材料的制備方法。鈣鈦礦結構類型化合物的制備方法主要有傳統(tǒng)的高溫固相法( 陶瓷工藝方法) 、溶膠-凝膠法、水熱合成法、高能球磨法和沉淀法，此外還有氣相沉積法、超臨界干燥法、微乳法及自蔓延高溫燃燒合成法等。1) 高溫固相法 這是目前用的最多的一種方法，一般采用金屬氧化物、碳酸鹽或草酸鹽等反應前驅物，反應起始物經過充分混合、煅燒，合成溫度通常需要100012002。高溫固相法常用于合成多晶或晶粒較大的、燒結性較好的固體材料，產品的純度較低，粒度分布不夠均勻，適用于對材料純度等要求

6、不太高而且需求量較大的材料的制備.。2) 溶膠-凝膠法 溶膠-凝膠法( Sol-Gel Process) 是化合物在水或低碳醇溶劑中經溶液、溶膠、凝膠而固化，再經熱處理制備氧化物、復合氧化物和許多固體物質的方法。溶膠-凝膠法中反應前驅體通常為金屬無機鹽和金屬有機鹽類，如金屬硝酸鹽、金屬氯化物及金屬氧氯化物、金屬醇鹽、金屬醋酸鹽、金屬草酸鹽。溶膠-凝膠法中多以檸檬酸、乙二胺四乙酸、酒石酸、硬脂酸等配位性較強的有機酸配體為主。該方法可以用來制備幾乎任何組分的六角晶系的型鈣鈦礦結構的晶體材料，能夠保證嚴格控制化學計量比，易實現(xiàn)高純化，原料容易獲得，工藝簡單，反應周期短，反應溫度、燒結溫度低，產物粒徑

7、小，分布均勻。由于凝膠中含有大量的液相或氣孔, 在熱處理過程中不易使顆粒團聚, 得到的產物分散性好。此法存在缺點是處理過程收縮量大，殘留小孔，成本高和干燥時開裂。3) 水熱合成法 水熱合成法( hydrothermal synthesis) 是材料在高溫高壓封閉體系的水溶液(或蒸氣等流體) 中合成, 再經分離和后處理而得到所需材料。水熱反應的特點是影響因素較多，如溫度、壓力、時間、濃度、酸堿度、物料種類、配比、填充度、填料順序以及反應釜的性能等均對水熱合成反應有影響。按研究對象和目的不同，水熱法可分為單晶培育、水熱合成、水熱反應、水熱熱處理、氧化反應、沉淀反應、水熱燒結及水熱熱壓反應等。利用水

8、熱法可對材料的晶化度、粒度和形貌進行控制合成，以制備超細、無團聚或少團聚的材料，以及生長單晶球形核殼材料等鈣鈦礦材料，但不適用于對水敏感的初始材料的制備。4) 高能球磨法 高能球磨法(HEM法)是利用球磨機的轉動或振動使介質對粉體進行強烈的撞擊、研磨和攪拌, 把粉體粉碎成納米級粒子，利用其高速旋轉時所產生的能量使固體物質粒子間發(fā)生化學反應。球磨原料一般選擇微米級的粉體或小尺寸、條帶狀碎片。在HEM機的粉磨過程中，需要合理選擇研磨介質(不銹鋼球、瑪瑙球、碳化鎢球、剛玉球、氧化鋯球、聚氨酯球等)并控制球料比、研磨時間和合適的入料粒度。高能球磨法和傳統(tǒng)高溫固相法都是以固態(tài)物質為反應物，但高能球磨法不

9、需高溫燒結就可獲得鈣鈦礦結構的多種復合氧化物，因此大大提高了產品的分散度，是獲得高分散體系的最有效方法之一。5) 沉淀法 沉淀法是通過化學反應生成的沉淀物，再經過濾、洗滌、干燥及加熱分解，制備物質粉末的方法。制備鈣鈦礦結構類型復合氧化物，可以采用共沉淀法和均相沉淀法。采用的沉淀劑有草酸或草酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物、氨水以及通過水解等反應產生沉淀劑的試劑等。沉淀法簡單易行、經濟，適合于需求量較大的粉體產物的制備。3. 鈣鈦礦材料在催化方面的應用研究由于鈣鈦礦材料特殊的結構，使它在高溫催化及光催化方面具有潛在的應用前景，目前國內外對鈣鈦礦結構類型材料的研究主要集中在對材料結構方面，對于在催化方面的應

10、用研究相對較少，主要有：對NO的催化分解：Teraoka等研究報道了鈣鈦礦型氧化物LaSrCoO3在800時，可以催化NO直接分解為N2，產率達40%3。Iwakuni等報道了BaLaMnMgO3鈣鈦礦催化劑上，5%O2存在的情況下，850時N2的產率可以達到40%4。對低碳有機物的催化燃燒：對甲烷的催化燃燒活性的研究表明，在ABO3型催化劑中，A位離子通常為稀土或堿土金屬元素，B位離子通產個為Mn、Co、Fe，將Sr引入A位，形成的La1-xSrxMO3（0<x<0.4）催化劑具有很高的甲烷催化燃燒活性；Arai H等人在研究溫度對LaNiO3鈣鈦礦結構特征、催化活性的影響時得到

11、，在600左右溫度下得到的產物對C3H6和CO的催化燃燒具有很高的活性，能較大程度的降低C3H6和CO的起燃溫度5。對溫室氣體N2O的催化降解：研究表明，如果固定A位元素為La，B位元素為第四周期元素（Cr>Cu），其對N2O的催化分解呈以Co為峰頂?shù)膯畏迥Ｊ剑绻潭˙位元素，A位元素選擇稀土金屬元素（La/Nd/Sm/Gd），在催化劑上N2O分解反應的活化能依次為GdMO3>SmMO3>NdMO3>LaMO36。對廢水中酚類污染物的光催化降解：鈣鈦礦催化劑處理含酚廢水，具有反應迅速、反應條件溫和、無二次污染等優(yōu)點而倍受人們的青睞。吳躍輝等人采用氨基乙酸法制備催化劑鈣

12、鈦礦錳氧化物（LaCeMnO3），在最佳的控制條件下（pH值為6.5左右，反應時間40min）對間苯二酚的降解率可達65%左右7。張龍飛采用固相法制備出LaCeMnO3催化劑，并對它對間苯二酚的催化降解活性進行了研究，在適宜條件下該方法制得的產品對間苯二酚的降解率達到50%左右8。4. 鈣鈦礦型催化劑的研究方向作為一種重要的礦物質，天然鈣鈦礦資源并不多，但由于其特殊的結構，使其在物理、化工、污染治理等方面的應用越來越多，相關的研究也逐步深入。單就催化方面的研究狀況而言，主要有催化劑制備方法的改良和新的制備方法的開發(fā)，A位和B位元素的取代型鈣鈦礦的研究，鈣鈦礦催化劑的固化技術的開發(fā)等。參考文獻1

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