拟薄水铝石结构分析 - 图文

五、结构分析

将所得产品进行红外，热重，xrd进行表征。 （1）、红外分析

以KBr为背景，所制得的拟薄水铝石和γ-三氧化二铝进行红外分析，的如下图： 1、 拟薄水铝石

如图可以看到，在红外光谱图中，3400cm-1附近有一宽峰，同时在3000cm-1左右出现一肩峰，其分别为结合水的羟基对称伸缩振动峰和反对称伸缩振动峰。在1630cm-1处的吸收峰为吸附水与结合水的羟基弯曲振动，1100cm-1处的吸收峰归属于C一0键的伸缩振动，表明试样中有甲醇残留。同时在指纹区中可以看到，在480cm-1和600cm-1附近出现两个相互部分重叠的峰，是由A1—0键在610cm-1附近的伸缩振动峰和Al—O键在478cm-1处的弯曲振动峰重叠

【1】

宽化而成，这是由于甲醇分散并洗涤拟薄水铝石使其结晶度降低。总之有红外分析得出的结果与相关文献结果类似，特征峰相同，表明成功制备了拟薄水铝石。 2、 γ-三氧化二铝

3500cm-1左右的吸收峰归属于羟基的伸缩振动，1640cm-1左右处的吸收峰归属于H—O键的弯曲振动，说明y—Al2O3中有大量的吸附水；600处的吸收峰为A1—0键在610 cm-1附近的伸缩振动峰和该键在478cm-1处的弯曲振动峰重叠宽化而成。

（2）拟薄水铝石热重分析

由上图可知，在温度为50-100摄氏度范围内，DTA图出现了第一个峰谷，随后电压岁

【】

温度升高，同时TGA图出现下滑，质量百分比下降，此时应该是非结合水（表面吸附水）2的蒸发引起质量下降。从300℃开始左右开始，电压升高缓慢，DTA图慢慢出现波峰，到450-500℃，电压开始下降。同时在300℃到500℃之间，TGA图出现下坡，质量百分比急剧下降，这一段过程为拟薄水铝石中结合水的丢失过程，同时生成三氧化铝。500℃后，质量百分比趋于稳定，从热重图中可以知道，由拟薄水铝石制取y—Al2O3的最佳煅烧温度为450-500℃。同相关文献中的结果相同。 （3）xrd分析

1、拟薄水铝石（jade拟合后）

1.1 由文献得到图中前四个峰的峰类型分别为：（020）、（120）、（140）3，由jade拟合得到的峰类型为（020）、（120）、（031），可能不同制备条件，晶型有差别。且当晶粒较大时，其XRD 谱图将在45°～55°范围内出现两个强峰(分别为（051)和(200)晶面的特征峰）和两个弱峰，随着晶粒度逐渐变小两个强峰逐渐靠拢，两个小峰也逐渐变弱，当粒度小于10nm时两个强峰合为一个峰，当粒度小到5nm 时两个小峰消失．而在xrd图中45°～55°只出现一个强峰，表明所得产品的晶粒度应该小于5nm。下面通过晶粒度的计算来验证。 1.2 晶粒度计算

扫描时，辐射源Cu/Kα1，λ＝0.154,056,nm，扫描步长0.02°，2θ从5°到 80.06°；根据Scherrer公式( D = Kλ/ Bcosθ )计算样品的平均晶粒度．其中：D 为平均晶粒度；K 为形状因子，K≈0.89；λ为X-射线波长，λ＝0.154,056,nm；B为半高宽对应的弧度大小；θ 为布拉格衍射角。

由jade拟合并计算晶粒度和结晶度：

拟合图形并搜索符合产品峰型的标准卡片得较符合的为Y-AlOOH,所以制得的产品很可能为此种晶型。

计算晶粒度和结晶度为：

【】

2-Theta13.968(0.058)28.579(0.060)38.842(0.076)49.350(0.047)d(A) 6.3349(0.0527)3.1208(0.0129)2.3166(0.0088)1.8451(0.0033)FWHM2.265(0.089)2.653(0.107)1.635(0.169)1.983(0.063)XS(A)35(2)31(2)52(6)44(2)crystallinity/r.5267.8491.4968.15求得的晶粒度分别为3.5、3.1、5.2nm,均小于10nm，说明制得的产品为拟薄水铝石，不是薄水铝石（晶粒度大于50nm）。同时由表中晶粒度可发现，随着半峰宽的减小，晶粒度成增大趋势，主要是因为晶粒的粒径较小时，不能再近似看成具有无限多晶面的理想晶体，对X射线的弥散现象就较严重，表现在峰强变弱，峰变宽。

2、y—Al2O3

实验测得图为：（直线位置为标准y—Al2O3的峰位置）

【4】

文献图为：（截图）

用jade计算晶粒度和结晶度得：

由图可见，式样具有典型的三个峰，与标准谱图相比，两个强峰（（400）、（440））较吻合，（220）、（311）、（222）三个峰可能由于测量环境、产品纯度等影响重叠为一个宽峰。同时与查得文献中的xrd图对比，谱图相似度很高，但是由于试样的颗粒较细，其衍射峰明显宽化且弥散。通过计算晶粒度，得到其平均晶粒度在3nm左右，晶粒度很小，同较大的半峰宽相对应。 3、 α-Al2O3

2-Thetad(A) FWHMXS(A)46.279(0.036)1.9602(0.0029)1.990(0.094)43(3)66.894(0.048)1.3975(0.0018)2.119(0.078)45(3)crystallinity/D.5155.49求四个最强峰的晶粒度得：

峰1234半峰宽0.182780.19240.197230.243152θ25.5725235.1541243.3563757.50333D/晶粒度44.0937342.8499342.8807136.86543通过以上计算结果可知，在三种物质中，α-Al2O3得晶粒度最大，平均在41nm左右。晶粒度越大，比表面积越小，催化性能也相应比较差，所以一般用y—Al2O3作催化剂。

六、思考题

1、为什么KBr需要保持干燥？

答：因为如果KBr受潮，水就会被带入检测系统中，而红外光谱中会有羟基的吸收峰，所以水中的羟基会影响谱图的解读。

2、如何通过TG-DTA判断制备γ-Al2O3催化剂的焙烧温度？

答：如前面的分析一样，从拟薄水铝石的TG图中可以看到两次质量的急剧减少，同时DTA图出现峰，而第一次质量减少主要是拟薄水铝石中吸附水的蒸发，后一次是结晶水的去除，所以第二次质量减少的末端温度就是制备γ-Al2O3催化剂的焙烧温度，本实验中得到这个温度为450-500℃。

4、 如何计算晶粒度的大小？

答：原理：根据Scherrer公式( D = Kλ/ Bcosθ )计算，D 为平均晶粒度；K 为形状因子，K

≈0.89；λ为X-射线波长，λ＝0.154,056,nm；B为半高宽对应的弧度大小；θ 为布拉格衍射角。

方法：用jade直接全峰拟合，并直接读出晶粒度；或用origin进行高斯或洛伦兹拟合，读

出半峰宽和布拉格衍射角，带入Scherrer公式就可求出。

参考文献：

【1】 揭嘉，王玉林，杨运泉，包建国，刘文英，李国龙.大孔体积、超高比表面积y—Al2O3的制备与表

征[J].石油化工，2008，5

【2】 隋宝宽，刘文洁，杨刚，王刚.温度对拟薄水铝石性能的影响[J].辽宁：工业催化，2012，7

【3】 王 康，杨文建，高秀2，王希涛.制备条件对拟薄水铝石晶粒度与孔结构的影响[J].天津：天津大

学学报(自然科学与工程技术版)，2013，10

【4】 揭嘉，王玉林，杨运泉，包建国，刘文英，李国龙.大孔体积、超高比表面积y—Al2O3的制备与表

征[J].湖南：石油化工，2008，5

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