本文以氟硅酸铵和碳酸氢铵为原料制备白炭黑和氟化铵(NH4F)。根据单因素实验并结合Box-Behnken响应面法建立二次回归模型进行方差分析和验证, 考察了液固比、配料比、反应温度、反应时间四个因素对白炭黑收率和NH4F浓度的影响, 通过响应面法优化得到较优工艺条件: 液固比8, 配料比5.49, 反应温度76.5 ℃, 反应时间49.08 min。在该工艺条件下进行验证实验得到白炭黑收率为96.90%, NH4F浓度为2.02 mol/L, 预测值与实验值无显著差异, 验证了二次回归模型的可靠性。对产品白炭黑进行XRD、IR、TG-DSC、SEM、BET表征, 及粒度分析和性能测试, 对于产品NH4F, 采用氟离子选择性电极法测定其浓度, 并对其性能进行检测。证实了白炭黑产品粒度为微米级, 且是一种比表面积达316.83 m2/g的介孔材料, 其中SiO2的质量分数高达97.77%, 外观、加热减量、灼烧减量、pH值、重金属含量和吸油值均达到行业标准。NH4F产品中氟化铵含量、游离酸含量和氟硅酸盐含量均达到国家标准。
电子废弃物 氟硅酸铵 白炭黑 氟化铵 响应面法 工艺优化 electronic waste ammonium hexafluorosilicate silica ammonium fluoride response surface methodology process optimization
1 北京交通大学教育部发光与光信息重点实验室, 光电子技术研究所, 北京 100044
2 河北建筑工程学院理学院, 河北 张家口 075000
钪基氟化物化学性质稳定、 声子能量低、 无辐射弛豫概率较低, 是一种新型高效的基质材料, 并且Sc3+半径较小, 能与多种氨羧络合剂形成稳定的螯合物, 因而具有更加奇特的物理和化学性质, 近年来, 成为许多科学家研究的热点。 以聚乙烯二胺(PEI)作为表面活性剂, 采用水热法在反应温度为200 ℃时成功制备了ScF3∶Yb3+/Er3+, NaScF4∶Yb3+/Er3+, (NH4)2NaScF6∶Yb3+/Er3+纳米上转换发光材料。 通过X射线衍射仪(XRD)、 透射电镜(TEM)、 扫描电镜(SEM)和荧光光谱仪对所制备样品的晶相、 形貌和发光特性进行了研究, 结果显示: 通过改变反应物NH4F和Ln3+的比例(NH4F/Ln3+=1∶1, 2∶1, 25∶1, 3∶1, 4∶1, 6∶1, 10∶1, 20∶1, 30∶1, 40∶1, 50∶1)实现了对样品产物、 晶相、 形貌的控制。 当NH4F/Ln3+为25∶1时, 生成了纯立方相的ScF3; 在NH4F/Ln3+为4∶1时, 生成了六角相的NaScF4; 在NH4F/Ln3+为40∶1时, 生成了一种纯立方相的新型基质材料(NH4)2NaScF6, 样品结晶度高, 形貌均一, 有正方形片状和足球状多面体; 在980 nm红外激光的激发下, 不同NH4F/Ln3+比例生成的样品发光呈现桔黄→桔红→绿→黄绿等多种颜色的变化。 实验表明仅改变NH4F一种原料的用量, 就可以生成ScF3∶Yb3+/Er3+, NaScF4∶Yb3+/Er3+和(NH4)2NaScF6∶Yb3+/Er3+ 三种不同的产物, 说明NH4F的用量对产物的生成有决定性的作用, 对晶相的转换、 颜色的调控亦有重要影响。
氟化铵 四氟钪钠 六氟钪钠二铵 上转换发光 NH4F NaScF4 (NH4)2NaScF6 Upconversion luminescent
