碱金属添加剂Na+对γ-Ce2S3红色颜料合成及颜色的影响研究

2022-09-14

随着人类环保意识的不断增强, 在当前已经命令禁止使用含重金属的无机颜料, 因此这就提出了研究新型无毒的无机红色颜料, 其中在红色颜料中其主要分为有机红和无机红两种, 而有机红泽鲜艳, 它主要的特征是耐温性、耐气候性以及抗腐蚀的性能比较差的特点, 但是在无机红中, 其主要是由有镉系红颜料以及铁红组成, 其中镉系红的颜色比较鲜亮, 而铁红的颜色比较暗淡。因此在使用无机红中, 由于镉系红对人类造成的危害比较大, 因此需要进一步研究无机红在日常生活以及工作中的试验分析。

一、试验研究对象

通过化学物品的性质来分析, γ-Ce2S3是一种具有颜色鲜亮以及较好的热及化学稳定性。但是在Ce在地壳的含量中比较大, 因此γ-Ce2S3就是作为新型红色无机颜料的理想选择。其中在研究Ce2S3中, 它具有α、β、γ三种晶型。并且在相互之间可以转化, 在当前主要采用的是制备的方法将H2S以及CS2或者是两种混合气体进行还原反应, 在高温下进行试验分析, 但是由于温度比较高, 而且反应的速度比较慢, 因此, 这种化学物品不利于工业化生产, 因此这就总结出:铈原料需要添加一定的碱金属原料, 来实现较低温度下获得γ-Ce2S3并且产生的颜色, 进行反射光谱的研究。

二、试验研究过程

在研究γ-Ce2S3制备金属中, 其主要分为两种新型方法, 通过研究设备以及制备工艺的流程来具体的研究, 其中在第一段中是通过采用低温区硫化气氛发生装置, 在工业纯氢气经过CL-型在生成氢气净化器10净化之后在300摄氏度的不锈钢炉中进行加热, 这样就生成了H2以及H2S的混合气体, 然后进入第二阶段, 进行高温密闭反应炉, 最终将混合气体在高温中以及铈原料中发生硫化反应, 最终生成了γ-Ce2S3, 并且将最终产生的气体将其尾气在进过缓冲中采用氢氧化钠溶液的吸收液以及点燃排放等, 最终将玉舟中硫化产物碾成粉末, 在采用射线衍射仪中, 进行粉末X衍射分析以及确定最终的产物, 将产物的颜色进行分析对比。

三、结果与分析

1. 碱金属Na+的添加对产物组成的影响

主要通过对测定不同的nNa/nCe摩尔比原料在1000摄氏度下进行硫化产物的X射线衍射谱, 最终将结果分析到:该产物的组成成分比较所, 因此在实验研究中, 当原料中不添加无水的Na2CO3时, 将硫化产物中只有的β-Ce2S3在高温下进行反应, 其最终在温度上升的过程中, 其γ-Ce2S3最终生成。但是在添加了少量的无水Na2CO3之后, 最终能够从实验中看出, 无水Na2CO的添加对于γ-Ce2S3的稳定有着良好的作用。其中水中含有少量的Ce2O2S, 该试验在研究的过程中, 由于不同nNa/nCe条件下产物组成分析中能够分析到原料中添加碱金属, 这样明显的降低了γ-Ce2S3的生成温度。但是在哎适当的条件下, 能够获得比较高的单相。

2. 碱金属Na+的添加对产物的颜色分析

由于碱金属的引入会引起晶体中价带以及导带之间的带隙宽度发生变化, 因此在改变了反射条件下以及波长中, 需要同时减少非γ-Ce2S3杂相产物的影响, 这样就使得最终的试验结果发生了原料坐标的变化以及颜料对可见光反射率的变化。在碱金属的添加对产物的分析中, 由于在不添加Na2CO3时, 其产物是显褐色呈现的。因此在发生中随着nNa/nCe不断增大, 颜色的亮度也在逐渐的加深, 其亮度因子也在逐渐的加大, 其中在实验中可以看到具体的颜色变化, 逐渐的变为黄色, 而且红色部分逐渐的向橘红色转变, 因此通过实验的颜色变化就能够看出, 在添加了Na2CO3并且在稳定了γ-Ce2S3的同时中改善了颜料的颜色, 这样就能够分析到:产物中的暗紫红色最终形成了二硫化铈钠, 使得颜料的颜色在发暗。但是在温度的升高中, γ-Ce2S3的外观呈现的是纯度比较高的红色, 这样就能够总结到:随着nNa/nCe的比例在逐渐的增大, 从中出现了极大值以及极小值, 这就能够说明名都随着nNa/nCe的增加在逐渐的变暗, 。但是在当nNa/nCe的比例超过了0.2之后, 又开始逐渐的变小, 其外观表现为颜色有浅红色变为橘红色, 这样最终转变为紫红色的转变。

3. 试验的机理表现

γ-Ce2S3其自身的属性属于立方晶体, 其金属原子处于正十二面体的中央位置中, 因此其周围是被八个硫原子所包围。在化学反应中, 逐步的推算到由化学计量系数逐步的推断为晶体存在的空位, 这样在随着金属原子位置的变化中, 对于添加无水碳酸钠的硫化产物进行分析中, 钠离子占据着孔位以及代替了铈离子。在添加了无水Na2CO3引起了产物原料的颜色以及可见光反射率的变化中, 分析到其中的原因是:其中含有的产物中杂质主要是颜色发生了变化, 由黄色逐渐的向紫红色变化, 这样产生;额相减混合效应。最终引起颜料对可见光发射率的降低, 最终引起了光谱发生变化。另外在向Na0.5Ce2.5S4成分的变化中, 就会引起内部能带结构的改变, 这就使得最终的波长在不断的延伸。

总结

通过实验研究, 最终分析到在配料中添加碱金属钠离子, 并且在较低温度下, 能够获得γ-Ce2S3, 其碱金属钠离子对稳定γ-Ce2S3有着明显的作用, 因此试验表明最终将γ-Ce2S3对钠离子的最大溶入能力是nNa/nCe是0.2, 这样, 最终形成了一种化合物, 使其γ-Ce2S3中溶入钠离子这样就会对可见光的反射光谱在颜色的变化中逐渐的由红色向橘红色转变, 最终变为黄色, 表明添加碱金属对试验的研究有着重要的作用。

摘要：γ-Ce2S3作为无机红色颜料, 它的使用范围越来越广泛, 其使用的要求是满足无毒性以及耐温、耐气候以及耐腐蚀性。本文主要通过两段法制备γ-Ce2S3的实验研究, 将其结果进行比较, 在原料中添加适量的碱金属Na+这样能够促使β-Ce2S3最终降低到γ-Ce2S3温度的变化。最终使得γ-Ce2S3在较低温度下的纯相, 使其生成的物质中含有一定的钠离子, 这样就改变了颜料的色调。颜料从红色向橘红色转变。但是最终提高了γ-Ce2S3的稳定性。

关键词：碱金属,Na+,γ-Ce2S3,红色颜料