α-磷酸鋯的制備及熱分解非等溫動(dòng)力學(xué)研究

磷酸鋯類化合物是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類多功能材料，其中晶形磷酸鋯以含一分子結(jié)晶水的α-磷酸鋯(α-Zr(HPO4)2.H2O，簡(jiǎn)寫(xiě)為α-ZrP)最具有代表性。α-ZrP是一種具有較強(qiáng)的離子交換能力的陽(yáng)離子型層狀化合物，當(dāng)其層間插入一些客體如離子、分子或原子后可形成相應(yīng)的α-ZrP類層柱化合物。由于這些層柱化合物具有潛在的擇形吸附和催化性能，現(xiàn)已成為一類極具誘人前景的催化新材料而受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。α-ZrP類層柱催化劑的熱穩(wěn)定性與層柱化合物的插層前體α-ZrP的熱穩(wěn)定性密切相關(guān)，深入了解溫度對(duì)α-ZrP結(jié)構(gòu)的影響對(duì)制備層柱催化劑具有十分重要的意義，為此本文采用改進(jìn)的直接沉淀氟配位法合成了α-ZrP，并以熱重分析法(TG)為手段研究了α-ZrP的熱分解過(guò)程及其非等溫?zé)岱纸鈾C(jī)理及動(dòng)力學(xué)，為進(jìn)一步制備出性能優(yōu)良的α-ZrP類層柱催化材料提供必要的理論依據(jù)。
采用改進(jìn)的直接沉淀氟配位法，在常溫常壓下制備出了結(jié)晶度很好的α-ZrP，層間距為0.765 nm；在線性升溫速率為10℃/min時(shí)，α-ZrP在131℃開(kāi)始脫結(jié)晶水；脫去結(jié)晶水后形成的Zr(HPO4)2在453℃進(jìn)行磷羥基縮合，至720℃完全分解為ZrP2O7;α-ZrP脫除結(jié)晶水后形成的Zr(HPO4)2的分解溫度相當(dāng)高，具有較高的熱穩(wěn)定性，非常適于作為催化劑的前體物來(lái)制備層柱催化材料；動(dòng)力學(xué)研究得出Zr(HPO4)2分解反應(yīng)屬于Avrami-Erofeev的核生成和核成長(zhǎng)為控制步驟的A1機(jī)理，分解反應(yīng)表觀活化能為165.6 kJ/mol,頻率因子為3.50×10⁷s^-1。