7440-64-4 / 金屬鐿的應用與制備

背景及概述^[1]

鐿的化學元素[周期系第Ⅲ族(類)副族元素、鑭系元素]，系稀土元素之一。其基態(tài)電子構型1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p66s2。其呈銀灰色金屬。軟而富有延展性，有兩種同素異形體：α型立方面心晶格；β型立方體心晶格。轉變溫度798℃。金屬原子半徑1.940×10-10米。離子半徑1.13×10-10米(+2價)、0.86×10-10米(+3價)。電阻率2.90×10-5歐·厘米。標準電極電位(EYb3+/Yb°)-2.267伏。溶于稀酸和液氨。與水反應較緩慢。在空氣中相當穩(wěn)定。鐿可用作激光材料、柘榴石的摻雜劑、手提式X射線源以及各種試劑。

應用^[2-3]

金屬鐿為銀灰色，有延展性，質地較軟，室溫下鐿能被空氣和水緩慢氧化。鐿與釤和銪相類似，屬于變價稀土，除通常呈正三價外，也可以呈正二價狀態(tài)。稀土金屬鐿屬于重稀土元素，主要作為功能性材料及添加劑應用于屏蔽涂層材料、柵介質材料、壓力傳感器材料、磁致伸縮材料、激光材料和高科技合金添加材料等領域。近年來，隨著集成電路、光纖通訊和激光燈高新技術的發(fā)展，稀土鐿的應用也越來越廣泛。例如，計算機網絡和長距離光纖傳輸系統(tǒng)對光通訊用的光纖材料性能要求越來越高，而鐿離子由于擁有優(yōu)異的光譜特性，可以像鉺和銩一樣，被用作光通訊的光纖放大材料。如制備一種除甲醛空氣凈化新材料，包括基體材料、表面活性劑、高分子有機胺類化合物和稀土金屬催化劑；所述基體材料為陽離子交換纖維，所述表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有機胺類化合物為三乙烯四胺，所述稀土金屬催化劑為金屬鉺和金屬鐿的混合物；該空氣凈化新材料中各成分的重量份之比為：基體材料80~120份，表面活性劑4~6份，高分子有機胺類化合物20~30份，稀土金屬催化劑2~4份，其中，稀土金屬催化劑中金屬鉺和金屬鐿的重量份之比為1~3：1。本發(fā)明提供的具有除甲醛功能的空氣凈化新材料具有優(yōu)異的甲醛清除效果，清除速率高，且對甲醛的吸附容量大。

制備^[2]

金屬鐿的制備方法，包括以下步驟S1～S2：

S1、將氧化鐿和還原劑混合，在真空度高于5×10-2Pa條件下，以10～15℃/min的速度升溫至第一溫度并保溫至真空度穩(wěn)定，然后以2.5～10℃/min的速度升溫至第二溫度并保溫30min以上進行還原反應，收集蒸出的組分得到還原產物；其中，第一溫度為200～500℃，第二溫度為700～1000℃。

S2、將還原產物在真空度高于5×10-4Pa條件下，升溫至第三溫度并保溫5～20小時，然后升溫至第四溫度并收集從第三溫度升溫至第四溫度的時間段內蒸出的組分，得到金屬鐿；其中，第三溫度為400～550℃，第四溫度為650～1000℃。

常規(guī)的金屬鐿制備工藝中通常是還原蒸餾一步完成，且還原溫度高、升溫速度快。還原溫度高，特別是當還原溫度超過1000℃時，原料中的低熔點高蒸氣壓的雜質如Ca、Mg、Li、Na、K、Al、Bi、Sr、Pb和Mn等也隨同金屬鐿一并還原蒸餾出來，導致金屬鐿中雜質含量高。而升溫速度快，則導致還原反應劇烈進行的同時，很容易將一些粉末狀態(tài)的雜質夾帶上來，導致收集到的金屬鐿有較多雜質夾雜其中，從而影響了產品的純度。本實施例的制備方法分為低溫還原和蒸餾除雜兩個步驟分別進行，以達到同時去除稀土雜質和部分非稀土雜質的目的，從而制備純度較高的金屬鐿。首先，低溫還原步驟通過控制不同階段的不同升溫速率，從而控制反應速率，減少還原過程中金屬蒸汽之間的碰撞，避免還原產物中雜質的夾雜，在還原階段就有效地抑制了雜質的還原和蒸出。而且，在升溫至第一溫度后，真空度若未穩(wěn)定說明原料中有氣體放出，這個階段如果繼續(xù)升溫，氣體沒有完全排出，會影響還原產物的純度。其次，蒸餾除雜步驟先在金屬鐿還未升華的第三溫度下保溫一定時間，使比鐿蒸汽壓更高的雜質先擴散至還原產物表面或蒸出，然后再升溫將金屬鐿蒸出，從而可獲得純度較高的高純金屬鐿產品。

主要參考資料

[1] 化學詞典

[2] CN201811646021.5金屬鐿的制備方法

[3]b CN201610263737.1一種除甲醛空氣凈化新材料