基于机械力化学分解溴代固体废物制备发光材料溴氧化镧的方法与流程

文档序号:11209909阅读:694来源:国知局
基于机械力化学分解溴代固体废物制备发光材料溴氧化镧的方法与流程

本发明属于新型材料制备和环境污染废物处理技术领域,特别涉及一种基于机械力化学分解溴代固体废物制备发光材料溴氧化镧的方法。



背景技术:

作为一种典型的稀土溴氧化物,溴氧化镧(laobr)具有较低的声子能,在光、电、磁等方面具有独特的性能,尤其在发光材料中,被认为是一种良好的发光基质。由于laobr物理化学稳定性好、无毒无污染,其逐渐成为一类重要的发光材料,在许多领域都具有非常广阔的应用前景,如用于激光器、量子计数器、x-射线增感屏、光学数据存储器和荧光标记仪等。

目前,laobr的制备方法主要包括溶胶-凝胶法、高温固相法、热分解法等,反应条件都相当苛刻,或需要对温度变化进行精确控制,或需要对溶剂进行仔细斟酌,并且这些方法对原材料的种类和纯度也有严格的要求。近年来,以机械力化学合成为代表的无溶剂合成(solvent-freesynthesis)方法得到了广泛关注,其使用机械力诱发固体原料之间的固相反应以合成目标产物(即机械力化学合成),避免了有机溶剂的使用,符合绿色化学的理念,是一种非常具有应用前景的合成laobr的方法。

与此同时,作为一种非焚烧的方式,机械力化学也被应用于卤代持久性有机污染物(pops)的分解当中,即采用机械力诱发卤代污染物与反应试剂发生脱卤反应,达到降解污染物并使之无害化的效果(即机械力化学分解)。对于溴代pops来说(如多溴二苯醚、多溴联苯、多溴苯等),其使用量巨大(达万吨级别),如果仅仅只采用机械力化学的方法进行处理而不对溴元素进行再利用,将造成极大的资源浪费。

因此,从绿色化学和实际废物处置的角度来说,还需要在机械力化学的工艺上进行进一步的优化和创新,将机械力化学合成与机械力化学分解结合起来进行laobr的合成。本发明即利用溴代固体废物(多溴二苯醚、多溴联苯、多溴苯等)作为原料,加入反应试剂la2o3,在机械力的诱发下发生化学反应,最终不仅能够合成发光材料laobr,而且能够达到分解溴代污染物的目的,具有很大的实际意义。



技术实现要素:

针对现有技术不足,本发明提供了一种基于机械力化学分解溴代固体废物制备发光材料溴氧化镧的方法。

一种基于机械力化学分解溴代固体废物制备发光材料溴氧化镧的方法,其利用溴代有机污染物固体废物作为原料,使之与反应试剂在机械力的条件下发生化学反应,合成发光材料溴氧化镧,同时实现了溴代污染物的分解和无害化,具体方案如下:在常温常压条件下,将溴代固体废物与反应试剂按照比例混合后置于行星式高能球磨机的球磨罐内,向罐中加入磨球并密封,利用球磨产生的机械力诱发化学反应,制备出发光材料溴氧化镧,并在此过程中实现溴代固体污染物的分解。

本发明所述的溴代固体废物在反应前需进行前处理,将溴代固体废物进行前处理,确定其具体种类和溴含量,计算反应试剂的添加比例和球磨反应所需的时间。

本发明所述溴代固体废物包括多溴二苯醚、多溴联苯、多溴苯等中的一种或多种。

本发明所述反应试剂为la2o3固体,其与溴代固体废物的添加比为la:br=1:1(摩尔比),恰好完全反应生成发光材料溴laobr。

本发明所述球磨机为行星式高能球磨机。

本发明所述球磨机的转速为400~800rpm,优选700rpm。

本发明所述球磨机运行过程中每持续运行15min后停机15min。

本发明所述的球磨罐优选内径为40mm,有效容积为45ml。

本发明所述的球磨罐中的磨球直径优选为15mm,平均重量为10.5g。

本发明的有益效果为:

1)采用机械力化学的方法,无需苛刻的反应条件和控制,即能够快速制备出发光材料溴氧化镧。

2)本发明在合成溴氧化镧的同时,实现了溴代固体废物的有效分解,实现产物无机化和无害化的目的。

3)本发明以溴代固体废物作为原料,其与反应试剂添加的摩尔比为la:br=1:1,恰好完全反应生成溴氧化镧,不仅实现了废物中全部溴元素的再利用,也节省了原材料和成本,符合绿色化学理念。

4)机械力化学反应为固相反应,不涉及有机溶剂,无有害二次污染产生。

5)工艺流程简单,反应条件温和,运行成本廉价。

本发明方法整体反应工艺流程简单、反应条件温和(常温常压下即可)、能耗相对较低,利用机械力诱发溴代固体废物与反应试剂发生化学反应,能够快速合成发光材料溴氧化镧,且在此过程中将溴代污染物彻底分解并将全部溴元素利用,整个过程不会产生有害气体或液体,符合绿色化学的理念。

附图说明

图1为本发明方法的工艺流程示意图。

图2为实施例1中溴代固体废物与反应试剂la2o3混合球磨不同时间后样品的x射线衍射(xrd)分析图。

图3为实施例2中溴代固体废物与反应试剂la2o3混合球磨不同时间后污染物的剩余情况。

图4为实施例3中溴代固体废物与反应试剂la2o3混合球磨不同时间后样品的热重分析(tg/dta)图。

图5为实施例4中溴代固体废物与反应试剂la2o3混合球磨不同时间后样品的raman分析图。

具体实施方式

下面,将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。本发明提供了一种基于机械力化学分解溴代固体废物制备发光材料溴氧化镧的方法,该方法利用溴代有机污染物固体废物作为原料,使之与反应试剂在机械力的条件下发生化学反应,合成发光材料溴氧化镧,同时实现了溴代污染物的分解和无害化。下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1

为了探究溴代固体废物与反应试剂在球磨过程中是否发生了机械力化学反应而生成溴氧化镧,实验将溴代固体废物与la2o3按照摩尔比la:br=1:1的比例混合后加入到行星式高能球磨反应器中,按照图1所示的流程示意图来进行对照实验。本实验中共使用了十溴二苯醚、十溴联苯、六溴苯三种溴代固体废物,均得到了类似的结果,为方便表示,本实施例中以十溴二苯醚的结果作为代表。

将1.888g反应试剂la2o3与1.112g十溴二苯醚(保证bi:br的摩尔比为1:1)混合后加入到球磨罐中(内径40mm,有效容积约45ml),再向球磨罐中加入7个磨球(直径15mm,平均重量10.5g)并密封。装料完成后将球磨罐固定在行星式球磨机上,设定球磨机转盘的公转转速为700rpm,每持续运行15min后停机15min冷却,在运行特定的时间后,取出球磨罐,将样品粉末收集后进行xrd的分析测定,所得到的结果如图2所示。

由图2可以看出,对于la2o3与溴代固体废物未经球磨的混合物来说,其xrd衍射峰主要来自于la2o3(如图2中的●所示),溴代固体废物附近也有一些不规则的小衍射峰出现(如图2中的○所示)。在经过2h的球磨以后,la2o3的衍射峰强度明显降低,同时图谱中出现了一种新物质的衍射峰,经xrd数据库检索可知,新生成的物质为laobr(如图2中的▼所示)晶体。在反应进行了4h以后,样品中la2o3的衍射峰已经完全消失,图谱被laobr的衍射峰主导,而laobr晶体是一种性能良好的发光材料,具有良好的应用前景。这充分说明,球磨过程中发生了机械力化学反应,生成了发光材料laobr。

同时值得注意的是,la2o3作为反应试剂,在反应结束后没有0剩余,说明其与溴代固体废物按照添加的化学计量比(摩尔比la:br=1:1)完全反应,生成laobr。

实施例2

为了确认在球磨过程中溴代固体废物的分解情况,采用与实施例1中相同的条件进行实验,并对样品中剩余的目标物质进行分析。在测定时,取0.05g球磨后的样品粉末,加入到50ml的正己烷与丙酮的混合溶液中(其中正己烷与丙酮的体积比v/v=1:1),超声10min萃取样品中剩余的有机物,提取液经处理后采用气相色谱-负化学源-质谱(gc-nci-ms)测定剩余目标物质的含量,所得结果如图3所示。从图3中可以看出,在溴代固体废物与la2o3混合球磨的过程中,随着球磨时间的增加,样品中剩余溴代污染物的浓度逐渐下降,在球磨4h后其降解率已经达到100%,在相应的gc-ms图谱中也已经观测不到明显有机物的存在,说明在机械力的条件下,溴代有机物与la2o3发生了化学反应,不仅生成了发光材料laobr,也使溴代污染物有效降解。

实施例3

为了进一步验证在球磨过程中溴代固体废物的无机化效果,采用与实施例1中相同的条件进行实验,并采用热重(tg/dta)对球磨后的样品(0h混合、1h球磨、2h球磨和4h球磨)进行分析,所得到的结果如图4所示。

由图4可知,对于溴代固体废物与la2o3的混合物来说,随着温度的升高,样品在325~425℃有一个接近37%的重量损失,由于在混合物中la2o3不会随着温度的升高产生重量变化,只有溴代有机物的分解能够产生重量损失,因此这部分失重来自于溴代有机物的热分解,其比例也与其初始添加量的比例相吻合(1.112g/共3.0g=37.1%)。在经过1h和2h的球磨以后,处在325~425℃附近的重量损失持续减少,说明在球磨过程中溴代有机物与la2o3发生了机械化学反应而被逐渐分解。对于球磨4h后的样品来说,热重分析中在该温度下已经没有重量损失,而且样品在继续的加热过程中也基本保持恒重,这充分说明在样品中已经没有有机物的存在,即溴代固体废物在与la2o3的机械化学反应中被彻底降解并无机化,消除了污染物的特性。

实施例4

为了更好展现溴代固体废物与la2o3在球磨过程中的反应过程和机理,采用与实施例1中相同的条件进行实验,并使用拉曼光谱(raman)对球磨不同时间的样品(0h混合、2h球磨和4h球磨)进行分析,所得到图谱变化的结果如图5所示。

如图5所示,对于溴代固体废物与la2o3的混合物来说,在拉曼光谱上的三组响应均来自于溴代有机物分子(此处为十溴二苯醚):在1520cm-1附近有一个很强的吸收峰,是来自υ(cc)芳香环的伸缩振动;处在1180~1240cm-1左右的振动来自于分子中的υ(c-o-c);处在690~1090cm-1的吸收峰是源于c-br键的振动。在经过2h的球磨反应以后,样品中来自溴代有机物分子的三个吸收峰明显减弱,说明其已经发生了明显的降解,分子骨架的结构(苯环和醚键)和c-br键均被破坏和断裂;而与此同时,raman图谱上出现了处在1312cm-1和1582cm-1处较明显的峰,这两个峰分别来自于无机碳sp2杂化中的“d带”振动(1330-1380cm-1)和“g带”(1540-1580cm-1)振动,代表着无定形碳和石墨碳的生成。在经过4h的球磨以后,从raman谱图中已经没有溴代有机物的特征峰,仅余下明显的“d带”和“g带”的响应,这充分说明在球磨过程中,溴代固体废物与la2o3发生了机械力化学反应,在制备出laobr的同时将溴代污染物完全降解和无机化,分子中的碳元素以无定形碳碳和石墨碳的形式存在。

本发明的有益效果为:1)采用机械力化学的方法,无需苛刻的反应条件和控制,即能够快速制备出发光材料溴氧化镧。2)本发明在合成溴氧化镧的同时,实现了溴代固体废物的有效分解,实现产物无机化和无害化的目的。3)本发明以溴代固体废物作为原料,其与反应试剂添加的摩尔比为la:br=1:1,恰好完全反应生成溴氧化镧,不仅实现了废物中全部溴元素的再利用,也节省了原材料和成本,符合绿色化学理念。4)机械力化学反应为固相反应,不涉及有机溶剂,无有害二次污染产生。5)工艺流程简单,反应条件温和,运行成本廉价。

本发明方法整体反应工艺流程简单、反应条件温和(常温常压下即可)、能耗相对较低,利用机械力诱发溴代固体废物与反应试剂发生化学反应,能够快速合成发光材料溴氧化镧,且在此过程中将溴代污染物彻底分解并将全部溴元素利用,整个过程不会产生有害气体或液体,符合绿色化学的理念。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1