稀土配合物发光材料的制备

2009届应用化工技术专业毕业设计（论文）

题目：稀土配合物发光材料的制备班级：化工0 9 0 2

姓名：汤孟波

学号： 200900232028

指导老师：邢静

完成时间： 2012 年 6 月

前言

由于稀土离子具有特殊的4f电子组态能级、4f5d能级及电荷转移带结构,使稀土发光材料已经成为信息显示、绿色照明工程光电子等领域的支柱材料。稀土发光材料可分为光致发光(以紫外光或可见光激发)、阴级射线发光(以电子束激发)、X射线发光(以X射线激发)以及电致发光(以电场激发)材料等。与非稀土荧光材料相比,稀土荧光材料其发光效率及光色等性能都更胜一筹。近年来,稀土发光材料的应用得到了迅猛发展,被广泛用于终端显示、光电子器件及激光技术领域。基于稀土离子4f电子跃迁的电子学、光学等充满前景的独特性质与纳米材料特性相结合,使具有表面特性和量子尺寸效应的稀土纳米复合发光材料是很有前景的一类功能材料[1]。本文将以氧化钇稀土制备为例，介绍稀土发光材料的制备过程。

摘要

稀土发光材料在照明、阴极射线光管和场发射等领域已得到广泛的应用；在节能灯、三基色、荧光粉、发光二极管灯、平面无汞荧光灯节能照明领域拥有无限广阔前景。文章重点论述了稀土——氧化钇用离子交换法和萃取法的制备和其各自特点与稀土的应用。

关键字：稀土氧化钇萃取离子交换

目录

第一章氧化钇的生产方法

1.1萃取法 (3)

1.1.1萃取法的工艺体系分类 (3)

1.1.2萃取法的工艺流程图 (5)

1.1.3有机相准备 (5)

1.1.4除杂 (7)

1.1.5萃取 (7)

1.1.6二步萃取 (8)

1.2离子交换法 (8)

1.2.1准备 (9)

1.2.2交换 (10)

1.2.3淋洗 (10)

1.2.4沉淀 (11)

1.2.5树脂再生 (11)

第二章产品质量标准

2.1产品质量标准（参考标准） (12)

第三章氧化钇的应用

3.2氧化钇的应用 (13)

参考文献 (15)

第一章氧化钇的制备方法

氧化钇的生产方法主要有萃取法和离子交换法[2]。萃取法使用萃取剂从混合稀土溶液中分离三价钇，经反萃后用草酸沉淀或浓缩在灼烧得氧化钇，离子交换法是用阳离子交换树脂吸附稀土阳离子，然后用醋酸铵做淋洗剂将稀土元素依次淋洗出来，得含钇的淋洗液，加草酸沉淀钇，然后灼烧得氧化钇。离子交换法得到高纯度的单一产品，设备简单，易操作，投资少见效快。但离子交换法与萃取法相比生产周期长，生产效率低，生产成本比较高，因此氧化钇提取方法已逐渐转向萃取法。

1.1萃取法

1.1.1 萃取法用于工业生产的主要体系

①N263-重溶剂-煤油-RE（N03)3-LiNO3-HNO3体系接N263-重溶剂

-NH4SCN-RECl3-HCl体系

②P

-煤油-RECl3-HCl体系

204

-混和醇-煤油-RECl3-HCl体系接环烷酸-混和醇-煤油

③N

263

-RECl3-HCl体系

④环烷酸-混和醇-煤油-RECl3-HCl体系或接环烷酸-混合醇煤油

-RE（NO3）3-HNO3

在这些体系中环烷酸体系具有工艺周期短，杂质分离完全，产品纯度比较高，环烷酸有机相价格便宜，劳动力消耗少，有害气体少等优点，值得推广应用，在此重点分析萃取法分离生产氧化钇的方法。

环烷酸萃取法生产氧化钇的主要化学方程式

环烷酸皂化（环烷酸用HA表示）

HA+NH3·H2O（浓）→NH4A+H2O

萃取稀土离子

3NH4A+RE3+→REA3+3NH4+

反萃取

REA3+3HCl→RECl3——3HA除去稀土后的残叶分离除去非稀土杂质

用环烷酸铵萃取Y3+

YCl3+3NH4A→YA3+3NH4Cl

用HCl反萃

YA3+3HCl→YCl3+3HA

用草酸沉淀草酸钇

2YCl3+3H2C2O4→Y2 (C2O4) 3↓+6HCl

草酸钇灼烧成氧化钇

2Y2(C2O4) 3+3O2→Δ2Y2O3+12CO2

1.1.2 萃取法制氧化钇的工艺流程图： 氯化物

混和醇 煤油 浓氨水 富钇稀土

环烷酸 N 235

有机相

水相残液 HCl 草酸

有机相

水相 有机相

氯化铵回收 循环使用 Y 2O 3 1.1.3 有机相准备

环烷酸为羧酸类萃取剂，其基本结构式为

RCH-CHR

CH （CH 2)nCOOH

RCH-CHR

R 为（CH 2)n H 或H ，环烷酸是一种混合酸，分子量在200-400之间，无确定的沸点，酸值粘度、密度、流程等物理常数随分子量的大小而改变，对每一批环烷酸原料在使用前应进行分析，以便正确配制有机相。

有机相准备 皂化 除杂 预平衡

萃取 萃取 反萃 沉淀 过滤

灼烧

环烷酸主要来源于石油，也可人工合成，但人工合成成本高，故一般使用石油工业产品。石油中的环烷酸提取可先用碳酸钠与石油充分接触反应，环烷酸发生皂化反应溶于水相中，不能皂化的物质人留在有机相中。水相中加入强酸与水相分开，分出的环烷酸进行减压蒸馏，在真空度为799.8-1333Pa下收集110-210℃馏分得粗环烷酸，一般石油化工出售粗产品。

粗环烷酸经提纯才能使用，其提纯步骤如下：在粗环烷酸中加入过量的碳酸钠溶液，加强力搅拌并加热至沸腾，使环烷酸充分皂化，皂化完后加入有机溶剂，有机溶剂中含苯与乙醇，苯：乙醇=3.2：1，震荡5min，静置分层，分出上层，下层环烷酸钠水溶液再用笨继续提纯，以除去不皂化物，反复多次，直到苯颜色不加深为止。水相用盐酸中和，环烷酸与水相分离，分离后的环烷酸用去离子水洗涤至水相为中性。将环烷酸常压蒸馏，加热至80℃时有馏分溢出，此为苯和乙醇，可回收利用。然后在799.8-1333Pa压力下进行减压蒸馏，收集110-210℃馏分，即为萃取用的环烷酸，是淡黄色有机溶液。

提纯后的的环烷酸即可用于萃取有机相的配制，有机相的组成为环烷酸-混和醇-煤油。环烷酸的比例有20%、15%、10%等多种，混合醇的比例为20%、15%、10%等多种，其余为煤油，本法是使用环烷酸20%、混合醇20%，煤油60%的有机相。配好后的有机相进行皂化，以防止萃取反应：3HA+RE3+→REA3+3H+放出大量的氢离子，致使平衡向左移动，不利于生成环烷酸稀土，故需先将环烷酸中的氢离子被NH4+取代，使环烷酸皂化生成环烷酸铵，皂化可采取加浓氨水的方法进行，皂化完后用标准盐酸进行分析测定氨值，其方法如下：