PL221520B1 - Process for the preparation of modified alumina nanoparticles - Google Patents

Process for the preparation of modified alumina nanoparticles

Info

Publication number
PL221520B1
PL221520B1 PL391219A PL39121910A PL221520B1 PL 221520 B1 PL221520 B1 PL 221520B1 PL 391219 A PL391219 A PL 391219A PL 39121910 A PL39121910 A PL 39121910A PL 221520 B1 PL221520 B1 PL 221520B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
lanthanide
compound
carbon atoms
ions
alumina
Prior art date
Application number
PL391219A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL391219A1 (en
Inventor
Antoni Kunicki
Andrzej Olszyna
Michał Kuś
Monika Gołaszewska
Agnieszka Jastrzębska
Original Assignee
Politechnika Warszawska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Warszawska filed Critical Politechnika Warszawska
Priority to PL391219A priority Critical patent/PL221520B1/en
Publication of PL391219A1 publication Critical patent/PL391219A1/en
Publication of PL221520B1 publication Critical patent/PL221520B1/en

Links

Landscapes

  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania modyfikowanych nanocząstek tlenku glinu mogących znaleźć szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach techniki, takich jak optyka, elektronika czy informatyka.The subject of the invention is a method of obtaining modified alumina nanoparticles that can be widely used in many fields of technology, such as optics, electronics or computer science.

Modyfikowane nanocząstki tlenku glinu mogą być używane samodzielnie, bądź dodawane jako półprodukt na różnym etapie wytwarzania światłowodów, farb luminescencyjnych, licznikach scyntyl acyjnych czy jako dodatek do innych typów materiałów luminescencyjnych.Modified alumina nanoparticles can be used alone or added as an intermediate at various stages of the production of optical fibers, luminescent paints, scintillation counters or as an additive to other types of luminescent materials.

Ostatnich kilka lat to okres intensywnych badań nad zastosowaniem nanoproszków w wielu gałęziach przemysłu. Niezwykle duże nadzieje wiąże się z wprowadzaniem układów zawierających cząstki metalu w rozmiarze nanometrycznym, głównie ze względu na ich bardzo mocno rozwiniętą powierzchnię właściwą. Cząstki o wymiarach nanometrycznych znajdują zastosowanie przede wszystkim do wytwarzania nowych, technologicznie zaawansowanych wyrobów. Dodatek nanocząstek do tych materiałów daje możliwość skutecznej modyfikacji ich właściwości i/lub otrzymanie materiałów charakteryzujących się zupełnie nowymi, nieznanymi dotychczas właściwościami.The last few years have been a period of intensive research into the use of nanopowders in many industries. Extremely high hopes are associated with the introduction of systems containing nanometric particles of metal, mainly due to their highly developed specific surface. Particles with nanometric dimensions are used primarily for the production of new, technologically advanced products. The addition of nanoparticles to these materials makes it possible to effectively modify their properties and / or obtain materials with completely new, previously unknown properties.

Jony lantanowców występują na trzecim, rzadziej na drugim i czwartym stopniu utlenienia i znane są ze swoich specyficznych właściwości optycznych. Właściwości te są wynikiem niecałkowicie zapełnionej powłoki 4f silnie ekranowanej dwoma elektronami 5s i sześcioma 5p. Elektrony 4f słabo oddziałują z otoczeniem i nie biorą udziału w tworzeniu wiązań chemicznych. W wyniku czego, wpływ czynników zewnętrznych, takich jak m. in. pole sieci krystalicznej matrycy, na właściwości spektroskopowe jonów ziem rzadkich jest stosunkowo niewielki. W rezultacie widma lantanowców wbud owanych w struktury dielektryczne zachowują charakter widm jonów swobodnych i w niewielkim tylko stopniu zależą od matrycy, w której są umieszczone, co czyni je znakomitym materiałem do zastosowania m. in. w układach wzmacniaczy optycznych i laserów ciała stałego.Lanthanide ions occur in the third, less frequently in the second and fourth oxidation states and are known for their specific optical properties. These properties are the result of an incompletely filled 4f shell, strongly shielded with two 5s and six 5p electrons. 4f electrons interact poorly with the environment and do not take part in the formation of chemical bonds. As a result, the influence of external factors, such as the lattice area of the matrix on the spectroscopic properties of rare earth ions is relatively small. As a result, the spectra of lanthanides embedded in dielectric structures retain the nature of the spectra of free ions and only to a small extent depend on the matrix in which they are placed, which makes them an excellent material for use, among others. in optical amplifiers and solid state lasers.

Jony lantanowców wykazują bardzo długi okres trwania luminescencji (rzędu milisekund), co jest istotne szczególnie przy wykorzystaniu ich jako domieszki aktywnej luminescencyjnie. Niestety, metale te wykazują również niekorzystnie słabe pasmo absorpcji, co stanowi dużą wadę w przypadku zastosowania ich jako materiałów luminescencyjnych. Publikacja W. De, W. Horrocks, Jr., Gregory F. Schmidt, D.R. Sudnicki, C. Kittreil and R.A. Bernheim, Journal of American Chemical Society 99, 2378 (1977) donosi że większość pierwiastków ziem rzadkich występujących w postaci chelatowych związków kompleksowych prezentuje dobre właściwości fotoluminescencyjne. Dlatego też, w celu przełamania tej bariery jony lantanowców często wiąże się koordynacyjnie z podstawnikami zawierającymi organiczne chromofory, które po wzbudzeniu na skutek transferu energii powodują podwyższenie ich luminescencji (tzw. „efekt anteny”).Lanthanide ions show a very long duration of luminescence (on the order of milliseconds), which is especially important when using them as a luminescence active dopant. Unfortunately, these metals also show an unfavorably weak absorption band, which is a major disadvantage when used as luminescent materials. Published by W. De, W. Horrocks, Jr., Gregory F. Schmidt, D.R. Sudnicki, C. Kittreil and R.A. Bernheim, Journal of the American Chemical Society 99, 2378 (1977) reports that most of the rare earths in the form of chelated complexes exhibit good photoluminescent properties. Therefore, in order to break this barrier, lanthanide ions are often coordinated with substituents containing organic chromophores, which, when excited by energy transfer, increase their luminescence (the so-called "antenna effect").

Prostszym rozwiązaniem tego problemu może być jednak umieszczenie jonów lantanowców w inertnym materiale ceramicznym w postaci domieszki. Pierwsze informacje o aktywnych optycznie materiałach kompozytowych domieszkowanych jonami ziem rzadkich pochodzą z początku lat 70-tych w publikacji C.F. Rapp, J. Chrysochoos, Journal of Materials Science 7 (1972), 1090-1092. W 1975 r. F. Auzel w publikacji F. Auzel, D. Pecile, D. Morin, Journal of Electrochemical Society 122 (1975), 101 -107 opisał domieszkowaną jonami ziem rzadkich ceramikę z tlenową fazą szklaną oraz fluorkową fazą krystaliczną o znakomitych właściwościach spektroskopowych.A simpler solution to this problem, however, may be to place the lanthanide ions in the inert ceramic material in the form of a dopant. The first information about optically active composite materials doped with rare earth ions comes from the early 70's in the publication of C.F. Rapp, J. Chrysochoos, Journal of Materials Science 7 (1972), 1090-1092. In 1975 F. Auzel in the publication of F. Auzel, D. Pecile, D. Morin, Journal of Electrochemical Society 122 (1975), 101-107 described ceramics doped with rare earth ions with an oxygen glass phase and a fluoride crystalline phase with excellent properties. spectroscopic.

Dodatek jonów metali ziem rzadkich do szkła lub kryształu, pozwala uzyskać ośrodek aktywny dla kompaktowych laserów ciała stałego, który stanowi rozsądną alternatywę dla materiałów półprzewodnikowych. Oferują one lepsze parametry termomechaniczne, wyższe moce i znacznie lepszą jakość generowanego promieniowania niż lasery półprzewodnikowe. Dodatkowo, pozwalają na pracę w zakresach spektralnych nieosiągalnych dla współczesnych laserów półprzewodnikowych.The addition of rare earth ions to the glass or crystal allows to obtain an active medium for compact solid-state lasers, which is a reasonable alternative to semiconductor materials. They offer better thermomechanical parameters, higher powers and a much better quality of generated radiation than semiconductor lasers. In addition, they allow you to work in the spectral ranges unattainable for modern semiconductor lasers.

Specyficzne właściwości jonów lantanowców znalazły zastosowanie również przy produkcji światłowodów. Pierwszy światłowód domieszkowany jonami Nd3+ wykonany z kompozytu składającego się z tlenkowej fazy szklanej SiO2-AI2O3 z fluorkową fazą krystaliczną opisano w publikacji B.N. Samson, P.A. Tick, N.F. Borelli, Optics Letters 26 (2001), 145-147. Literatura przedmiotu donosi także o światłowodowych strukturach, powstałych w wyniku domieszkowania matrycy polimetakrylanu metylu (PMMA) jonami ziem rzadkich w postaci oktanu neodymu (NdOA) w publikacji Q. Zhang, H. Ming, Y. Zhai, Journal of Applied Polymer Science 62 (1996), 887-891, a także chalatowych związków jonów europu, samaru, terbu i neodymu (pod postacią sześciofluoroacetyloacetonu HFAA) w publikacji T. Kobayashi, S. Nakatsunka. T. Iwafuji, K. Kuriki, N. Imai, T. Nakamoto, Ch.D. Claude, K. Sasaki, Y. Koike, Y. Okamoto, Applied Physics Letters 71 (1997) 2421-2423.The specific properties of lanthanide ions are also used in the production of optical fibers. The first Nd 3+ doped fiber made of a composite consisting of an oxide glass phase SiO 2 -AI 2 O 3 with a fluoride crystalline phase is described in BN Samson, PA Tick, NF Borelli, Optics Letters 26 (2001), 145-147. The literature on the subject also reports on fiber-optic structures resulting from the doping of the polymethyl methacrylate (PMMA) matrix with rare earth ions in the form of neodymium octane (NdOA) in the publication of Q. Zhang, H. Ming, Y. Zhai, Journal of Applied Polymer Science 62 (1996 ), 887-891, as well as halate compounds of europium, samarium, terbium and neodymium ions (in the form of hexafluoroacetylacetone HFAA) in T. Kobayashi, S. Nakatsunka. T. Iwafuji, K. Kuriki, N. Imai, T. Nakamoto, Ch.D. Claude, K. Sasaki, Y. Koike, Y. Okamoto, Applied Physics Letters 71 (1997) 2421-2423.

PL 221 520 B1PL 221 520 B1

Jony ziem rzadkich takie jak Tm3+, Nd3+, Pr3+, Sm3+, Dy3+, Ho3+ i Tb3+ są głównymi aktywatorami rozważanymi w publikacjach G. Lakshminarayana, Y. Hucheng, Y. teng, J. Qiu, Journal of Luminescence 129 (2009) 59-68 oraz A.S. Gouveia-Neto, L.A. Bueno, A.C.M. Afonso, J.F. Nascimento, E.B. Costa, Y.Messaddeq, S.J.L. Ribeiro, Journal of Non-Crystalline Solids 354 (2008) 509-514 w kontekście wytwarzania materiałów pozwalających na uzyskanie wydajnej emisji w zakresie widzialnym i bliskiego UV.Rare earth ions such as Tm 3+ , Nd 3+ , Pr 3+ , Sm 3+ , Dy 3+ , Ho 3+ and Tb 3+ are the main activators considered in the publications of G. Lakshminarayan, Y. Hucheng, Y. teng, J. Qiu, Journal of Luminescence 129 (2009) 59-68 and AS Gouveia-Neto, LA Bueno, ACM Afonso, JF Nascimento, EB Costa, Y.Messaddeq, SJL Ribeiro, Journal of Non-Crystalline Solids 354 (2008) 509 -514 in the context of the production of materials allowing for efficient emission in the visible and near-UV range.

W literaturze przedmiotu możemy także znaleźć wiele doniesień na temat wytwarzania materiałów na bazie tlenku glinu AI2O3 domieszkowanych jonami metali ziem rzadkich z grupy lantanowców.In the literature on the subject, we can also find many reports on the production of materials based on Al 2 O 3 alumina doped with ions of rare earth metals from the lanthanide group.

Jedną z technik wytwarzania aktywnych katalitycznie proszków Ln/AI2O3 jest stosunkowo prosta metoda impregnacji przedstawiona w publikacji T. Konishi, E. Suda, H. Imamura, Journal od Alloys and Compounds 225 (1995) 629-632. Polega ona na osadzeniu metalicznych cząstek lantanowca na porowatym tlenku glinu. W pierwszym etapie tego procesu gotowy proszek AI2O3 zawieszono w wodnym roztworze amoniaku w temperaturze 198 K. Następnie do mieszanej zawiesiny dodano metaliczny iterb lub europ. Po osadzeniu metalu na powierzchni tlenku glinu nadmiar amoniaku usunięto pod próżnią w temperaturze 198 K, a otrzymany tlenek glinu z naniesionymi cząstkami lantanowca poddano procesowi kalcynacji. Tak uzyskany materiał wykazywał dobre właściwości katalityczne w reakcjach uwodornienia alkenów i alkinów do dienów.One technique for producing catalytically active Ln / Al 2 O 3 powders is the relatively simple impregnation method presented in T. Konishi, E. Suda, H. Imamura, Journal of Alloys and Compounds 225 (1995) 629-632. It consists in depositing metallic lanthanide particles on porous alumina. In the first step of this process, the finished Al 2 O 3 powder was suspended in an aqueous ammonia solution at 198 K. Then metallic ytterbium or europium was added to the stirred suspension. After the metal was deposited on the alumina surface, the excess ammonia was removed under vacuum at 198 K, and the obtained alumina with deposited lanthanide particles was calcined. The material thus obtained showed good catalytic properties in the hydrogenation of alkenes and alkynes to dienes.

Kolejną grupą metod służących otrzymywaniu nanoproszków tlenków metali domieszkowanych jonami metali ziem rzadkich są techniki strącania i współstrącania, po których kolejno prowadzi się proces kalcynacji. W publikacji J. Mouzon, P. Nordell, A. Thomas, M. Oden, Journal of the European Ceramic Society 27 (2007) 1991-1998 przedstawiono metodę współstrącania prowadzącą do otrzymania prekursora Yb-Y2O3, który następnie kalcynowano w celu otrzymania nanoproszku. Jako związek itru zastosowano w tej metodzie azotan itru, natomiast jako źródło jonów iterbu zastosowano pentahydrat azotanu iterbu. Odczynnikiem strącającym nanoproszek był wodny roztwór amoniaku lub stosowany zamiennie, roztwór wodorowęglanu amonu (AHC).Another group of methods for the preparation of metal oxide nanopowders doped with rare earth ions are the techniques of precipitation and co-precipitation followed by the calcination process. J. Mouzon, P. Nordell, A. Thomas, M. Oden, Journal of the European Ceramic Society 27 (2007) 1991-1998 describes a co-precipitation method to obtain the Yb-Y 2 O 3 precursor, which was then calcined to obtaining nanopowder. Yttrium nitrate was used as the yttrium compound in this method, while ytterbium nitrate pentahydrate was used as the source of ytterbium ions. The precipitating reagent for the nanopowder was an aqueous ammonia solution or, alternatively, ammonium bicarbonate (AHC) solution.

Inną metodę otrzymywania modyfikowanego tlenku glinu przedstawiono w publikacji B. Dong, Z. Q. Feng, J. F. Zu, L. Bai, Journal of Sol-Gel Science and Technology 48 (2008) 303-307. Jest to metoda zol-żel, w której jako prekursor tlenku glinu stosuje się związek alkoksyglinowy [AI(OC3H7)3] a jako źródło jonów metali ziem rzadkich, sole tych metali. Polega ona na zhydrolizowaniu związku alkoksyglinowego przy użyciu wody, a następnie usunięciu powstałego alkoholu izopropylowego. Do układu reakcyjnego w następnej kolejności dodaje się FINO3. Po upływie 16 godzin do otrzymanego zolu (γ-AIOOH), dodaje się azotan iterbu. Otrzymany prekursor modyfikowanego tlenku glinu następnie poddaje się procesowi kalcynacji otrzymując tlenek glinu domieszkowany iterbem.Another method for preparing modified alumina is presented in B. Dong, ZQ Feng, JF Zu, L. Bai, Journal of Sol-Gel Science and Technology 48 (2008) 303-307. It is a sol-gel method in which the alkoxy aluminum compound [Al (OC 3 H7) 3 ] is used as the alkoxy aluminum oxide precursor and the salts of these metals are used as the source of rare earth metal ions. It consists in hydrolyzing the aluminum alkoxy compound with water and then removing the resulting isopropyl alcohol. FINO 3 is then added to the reaction system. After 16 hours, ytterbium nitrate was added to the obtained sol (γ-AlOOH). The obtained modified alumina precursor is then calcined to obtain ytterbium-doped alumina.

Stosując również metodę zol-żel w publikacji T. Ishizaka i Y. Kurokawa, Journal of Luminescence 92 (2001) 57-63 otrzymano tlenek glinu domieszkowany lantanem. W opisanej tam metodzie zastosowano natomiast inne reagenty. Poddanym hydrolizie za pomocą wodnego roztworu amoniaku związkiem był chlorek glinu. Otrzymany wodorotlenek glinu poddano następnie procesowi starzenia przez 12 godzin, przefiltrowano i przemyto wodą destylowaną. W następnej kolejności w celu przeprowadzenia procesu peptyzacji, dodano kwas octowy. Do uzyskanego zolu dodano następnie chlorek lantanowca otrzymując układ Ln/AI2O3, który następnie kalcynowano.Also using the sol-gel method in T. Ishizaka and Y. Kurokawa, Journal of Luminescence 92 (2001) 57-63, alumina doped with lanthanum was obtained. However, in the method described there, other reagents were used. The compound that was hydrolyzed with aqueous ammonia was aluminum chloride. The obtained aluminum hydroxide was then aged for 12 hours, filtered and washed with distilled water. The next step was acetic acid to carry out the peptization process. Lanthanide chloride was then added to the obtained sol to obtain an Ln / Al 2 O 3 system , which was then calcined.

Oprócz metody zol-żel, literatura przedmiotu donosi również o istnieniu wielu jej modyfikacji. W publikacji N. Al-Yassir, R. Le Van Mao, Applied Catalysis A: General 317 (2007) 275-283 jako modyfikację metody zol-żel zastosowano na przykład tzw. technikę nadkrytycznego osuszania.Apart from the sol-gel method, the literature on the subject also reports on the existence of many modifications. In the publication of N. Al-Yassir, R. Le Van Mao, Applied Catalysis A: General 317 (2007) 275-283 as a modification of the sol-gel method, for example, the so-called the supercritical drying technique.

Nanoproszek tlenku itru domieszkowany jonami metali ziem rzadkich można otrzymać również przy użyciu tzw. metody płomieniowej (single-step gas-phase flame synthesis method), którą przedstawiono w publikacji X. Quin, T. Yokomori, Y. Ju, Applied Physics Letters, 90, 073104 (2007) 1-3. Jako prekursor tlenku itru zastosowano wymiennie Y(C11H19O2)3 oraz Y(TMHD)3. Jako prekursory iterbu, erbu, holmu i tulu użyto odpowiednio Yb(TMHD)3, Er(TMHD)3, Ho(TMHD)3 oraz Tm(TMHD)3. Aparatura do syntezy nanocząstek składała się z komory parowania, palnika, komory spalania w której następował rozkład termiczny organicznego prekursora, systemu filtrów elektrostatycznych zbierających nanocząstki oraz pompy próżniowej.Yttria nanopowder doped with rare earth ions can also be obtained using the so-called the single-step gas-phase flame synthesis method as described in X. Quin, T. Yokomori, Y. Ju, Applied Physics Letters, 90, 073104 (2007) 1-3. Y (C11H19O2) 3 and Y (TMHD) 3 were used interchangeably as the yttrium oxide precursor. Yb (TMHD) 3 , Er (TMHD) 3 , Ho (TMHD) 3 and Tm (TMHD) 3 were used as the precursors of ytterbium, erbium, holmium and thulium, respectively. The equipment for the synthesis of nanoparticles consisted of an evaporation chamber, a burner, a combustion chamber in which thermal decomposition of the organic precursor took place, an electrostatic filter system collecting nanoparticles, and a vacuum pump.

Jedną z niedogodności opisanych wyżej metod otrzymywania jonów lantanowców na m.in. tlenku glinu jest otrzymywanie produktów o bardzo słabo rozwiniętej powierzchni właściwej. Procesy te dotyczą głównie tak zwanych metod mokrych, prowadzonych niekorzystnie w wodzie jako rozpuszczalniku procesu. Metody te charakteryzują się również dużym stopniem skomplikowania technologii.One of the disadvantages of the above-described methods of obtaining lanthanide ions on e.g. Alumina is the preparation of products with a very poorly developed specific surface. These processes mainly relate to the so-called wet methods, carried out unfavorably in water as the process solvent. These methods are also characterized by a high degree of technology complexity.

Niedogodnością stosowanych powyżej metod mokrych jest powstawanie dużej ilości produktów nie4The disadvantage of the above-mentioned wet methods is the formation of a large amount of products no4

PL 221 520 B1 pożądanych, stanowiących obciążenie dla środowiska i wpływających niekorzystnie na jakość wytwarzanych produktów. Otrzymane produkty finalne, proszki o rozmiarach nanometrycznych, pozostają zanieczyszczone reagentami oraz produktami ubocznymi procesu.They are desirable, burden the environment and adversely affect the quality of manufactured products. The obtained final products, powders with nanometric sizes, remain contaminated with reagents and by-products of the process.

Sposób otrzymywania modyfikowanych nanocząstek tlenku glinu domieszkowanych jonami lantanowców według wynalazku charakteryzuje się tym, że do rozpuszczalnika organicznego wybranego z grupy węglowodory zawierające od 5 do 20 atomów węgla lub alkohole alifatyczne zawierające od 1 do 10 atomów węgla wprowadza się związek glinoorganiczny o wzorze ogólnym AIR3, w którym R oznacza podstawnik alkilowy zawierający od 1 do 9 atomów węgla, następnie związek lantanowca, całość miesza się w obecności suchego lub wilgotnego powietrza, usuwa się rozpuszczalnik, a pozostałość po wysuszeniu poddaje się rozkładowi termicznemu wobec powietrza, w temperaturze od 300 do 1200°C. The method of obtaining modified alumina nanoparticles doped with lanthanide ions according to the invention is characterized in that an organic aluminum compound with the general formula AIR 3 is introduced into an organic solvent selected from the group of hydrocarbons containing from 5 to 20 carbon atoms or aliphatic alcohols containing from 1 to 10 carbon atoms, in which R is an alkyl substituent containing from 1 to 9 carbon atoms, then a lanthanide compound, the whole is mixed in the presence of dry or moist air, the solvent is removed, and the residue after drying is thermally decomposed in the presence of air at a temperature of 300 to 1200 ° C C.

Do mieszaniny reakcyjnej można dodać związek alkoksyglinowy o wzorze ogólnym AI(OR)3, w którym R oznacza podstawnik alkilowy zawierający od 1 do 15 atomów węgla.An alkoxy aluminum compound of the general formula Al (OR) 3 in which R is an alkyl substituent having 1 to 15 carbon atoms can be added to the reaction mixture.

Stężenie związku glinoorganicznego w rozpuszczalniku organicznym korzystnie zawiera się w przedziale od 0,001 do 10 mol/l.The concentration of the organoaluminum compound in the organic solvent is preferably in the range from 0.001 to 10 mol / l.

Korzystnie jako związek lantanowca stosuje się sól lantanowca rozpuszczalną w środowisku reakcyjnym.Preferably, a lanthanide salt which is soluble in the reaction medium is used as the lanthanide compound.

Prowadząc proces według wynalazku, otrzymuje się nanocząstki tlenku glinu domieszkowane jonami metali ziem rzadkich. Średnia wielkość cząstek tlenku glinu domieszkowanego jonami lantanowca zawarta jest w granicach 10-100 nm i zależy od warunków prowadzenia procesu (Rys. 1). Otrzymane nanocząstki tlenku glinu domieszkowane jonami metali ziem rzadkich charakteryzują się silnie rozwiniętą powierzchnią właściwą ponad 200 m /g.By carrying out the process according to the invention, alumina nanoparticles doped with rare earth ions are obtained. The average size of the alumina particles doped with lanthanide ions is within the range of 10-100 nm and depends on the process conditions (Fig. 1). The obtained aluminum oxide nanoparticles doped with rare earth ions are characterized by a highly developed specific surface area of over 200 m / g.

Rys. 1. Przykładowe zdjęcie SEM nanoproszku tlenku glinu domieszkowanego jonami lantanowcaFig. 1. Sample SEM photo of alumina nanopowder doped with lanthanide ions

Jony lantanowca, w zależności od warunków prowadzenia procesu, wbudowane są w strukturę krystaliczną tlenku glinu lub występują w postaci „płatków” o średnicy ok. 5 nm i grubości 2 nm (Rys. 2).Lanthanide ions, depending on the process conditions, are built into the crystal structure of aluminum oxide or appear in the form of "flakes" with a diameter of approx. 5 nm and a thickness of 2 nm (Fig. 2).

PL 221 520 B1PL 221 520 B1

Rys. 2. Przykładowe zdjęcie TEM uzyskane metodą wysokorozdzielczą dla nanoproszku tlenku glinu domieszkowanego iterbem b) oraz odpowiadająca mu odwrotna transformata Fouriera a). Poniżej, dyfrakcje elektronowe odpowiadające zaznaczonym na zdjęciach obszarom, potwierdzające obecność iterbu.Fig. 2. Exemplary TEM photo obtained with the high-resolution method for ytterbium-doped alumina nanopowder b) and the corresponding inverse Fourier transform a). Below, electron diffractions corresponding to the areas marked in the photos, confirming the presence of the ytterbium.

Metoda według wynalazku nie jest metodą mokrą, co rozwiązuje problem odpadów procesowych. Dodatkowo, jedynym niepożądanym produktem procesu jest dwutlenek węgla.The method according to the invention is not a wet method, which solves the problem of process waste. Additionally, the only undesirable product of the process is carbon dioxide.

Istota wynalazku objaśniona jest w przykładach wykonania:The essence of the invention is explained in the following examples:

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Do reaktora o pojemności 1000 ml zaopatrzonego w mieszadło dodano 500 ml osuszonego heksanu a następnie dodano 2,8 ml trietyloglinu oraz triizopropoksyglin tak, aby stosunek molowy triizopropoksyglin/trietyloglin wynosił 2:1 i mieszano do całkowitego rozpuszczenia związku alkoksyglinowego. Następnie dodano triizopropoksyerb tak, aby zawartość procentowa lantanowca w stosunku do tlenku glinu wynosiła 3% wagowych. Następnie odparowano rozpuszczalnik, a pozostałość po odparowaniu będącą w postaci białego proszku, ogrzewano w atmosferze powietrza w temperaturze 700°C przez 24 godziny. Otrzymano biały nanoproszek tlenku glinu domieszkowany jonami lantanowca o wielkości ziarna w zakresie 30-80 nm.To a 1000 mL reactor equipped with a stirrer, 500 mL of dried hexane was added, followed by the addition of 2.8 mL of triethylaluminum and triisopropoxy aluminum at a triisopropoxy aluminum / triethylaluminum molar ratio of 2: 1, and stirred until the alkoxy aluminum compound was completely dissolved. Then triisopropoxide was added so that the percentage of lanthanide with respect to alumina was 3% by weight. The solvent was then evaporated and the evaporation residue, a white powder, was heated under air at 700 ° C for 24 hours. The obtained was white alumina nanopowder doped with lanthanide ions with a grain size in the range of 30-80 nm.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Do reaktora o pojemności 1000 ml zaopatrzonego w mieszadło dodano 500 ml osuszonego heksanu a następnie acetyloacetonian itru tak, aby zawartość procentowa lantanowca w stosunku do tlenku glinu wynosiła 2% wagowych. Następnie dodano 2,8 ml trietyloglinu oraz triizopropoksyglin tak, aby stosunek molowy triizopropoksyglin/trietyloglin wynosił 1:1. Następnie odparowano rozpuszcza lnik, a pozostałość po odparowaniu będącą w postaci białego proszku, ogrzewano w atmosferze powietrza w temperaturze 800°C przez 24 godziny. Otrzymano biały nanoproszek tlenku glinu domieszkowany jonami lantanowca o wielkości ziarna w zakresie 30-100 nm.To a 1000 ml reactor equipped with an agitator was added 500 ml of dried hexane followed by yttrium acetylacetonate such that the percentage of lanthanide to alumina was 2% by weight. Then 2.8 ml of triethylaluminum and triisopropoxy aluminum were added such that the triisopropoxy aluminum / triethylaluminum molar ratio was 1: 1. The solvent was then evaporated and the evaporation residue, white powder, was heated in air at 800 ° C for 24 hours. The obtained was white alumina nanopowder doped with lanthanide ions with a grain size in the range of 30-100 nm.

P r z y k ł a d 3P r z k ł a d 3

Do reaktora o pojemności 1000 ml zaopatrzonego w mieszadło dodano 500 ml osuszonego heksanu a następnie dodano trietyloglin tak, aby stężenie wagowe trietyloglinu w heksanie wynosiło 3%. Następnie dodano chlorek iterbu tak, aby zawartość procentowa lantanowca w stosunku do tlenku glinu wynosiła 4% wagowych. Następnie odparowano rozpuszczalnik, a pozostałość po odparowaniu będącą w postaci białego proszku, ogrzewano w atmosferze powietrza w temperaturze 600°C przez 24 godziny. Otrzymano biały nanoproszek tlenku glinu domieszkowany jonami lantanowca o wielkości ziarna w zakresie 30-100 nm.To a 1000 mL reactor equipped with a stirrer, 500 mL of dried hexane was added, followed by the addition of triethylaluminum at a weight concentration of 3% triethylaluminum in the hexane. The ytterbium chloride was then added so that the percentage of lanthanide with respect to alumina was 4% by weight. The solvent was then evaporated and the evaporation residue, a white powder, was heated in air at 600 ° C for 24 hours. The obtained was white alumina nanopowder doped with lanthanide ions with a grain size in the range of 30-100 nm.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Sposób otrzymywania modyfikowanych nanocząstek tlenku glinu, w którym wykorzystuje się proces rozkładu termicznego prekursora nanotlenku glinu wytworzonego ze związków glinu i związków lantanowca, znamienny tym, że do rozpuszczalnika organicznego wybranego z grupy węglowodory zawierające od 5 do 20 atomów węgla lub alkohole alifatyczne zawierające od 1 do 10 atomów węgla wprowadza się związek glinoorganiczny o ogólnym wzorze AIR3, w którym R oznacza podstawnik alkilowy zawierający od 1 do 15 atomów węgla oraz związek lantanowca i ewentualnie związek alkoksyglinowy o wzorze ogólnym AI(OR)3, w którym R oznacza podstawnik alkilowy zawierający od 1 do 15 atomów węgla, całość poddaje się mieszaniu w obecności suchego lub wilgotnego powietrza, następnie usuwa się rozpuszczalnik, a pozostałość po wysuszeniu poddaje się rozkładowi termicznemu w obecności powietrza w temperaturze od 300-1200°C.A method for the preparation of modified alumina nanoparticles, which uses the process of thermal decomposition of the aluminum nanoparticles precursor made of aluminum compounds and lanthanide compounds, characterized in that the organic solvent selected from the group of hydrocarbons containing from 5 to 20 carbon atoms or aliphatic alcohols containing from 1 to 10 carbon atoms are introduced an organoaluminum compound of general formula AIR 3 in which R represents an alkyl substituent having 1 to 15 carbon atoms and a lanthanide compound and optionally an alkoxy aluminum compound of general formula Al (OR) 3 in which R is an alkyl substituent containing from 1 to 15 carbon atoms, the whole is mixed in the presence of dry or moist air, then the solvent is removed, and the residue after drying is subjected to thermal decomposition in the presence of air at a temperature of 300-1200 ° C. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie związku glinoorganicznego w rozpuszczalniku organicznym zawiera się w przedziale od 0,001 do 10 mol/l.2. The method according to p. The process of claim 1, wherein the concentration of the organoaluminum compound in the organic solvent is 0.001 to 10 mol / l. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako związek lantanowca stosuje się sól lantanowca rozpuszczalną w środowisku reakcji.3. The method according to p. A process as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the lanthanide compound is a lanthanide salt which is soluble in the reaction medium.
PL391219A 2010-05-14 2010-05-14 Process for the preparation of modified alumina nanoparticles PL221520B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL391219A PL221520B1 (en) 2010-05-14 2010-05-14 Process for the preparation of modified alumina nanoparticles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL391219A PL221520B1 (en) 2010-05-14 2010-05-14 Process for the preparation of modified alumina nanoparticles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL391219A1 PL391219A1 (en) 2011-11-21
PL221520B1 true PL221520B1 (en) 2016-04-29

Family

ID=55802092

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL391219A PL221520B1 (en) 2010-05-14 2010-05-14 Process for the preparation of modified alumina nanoparticles

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL221520B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL391219A1 (en) 2011-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nunez et al. An ionic liquid based synthesis method for uniform luminescent lanthanide fluoride nanoparticles
Mu et al. Synthesis, characterization, shape-preserved transformation, and optical properties of La (OH) 3, La2O2CO3, and La2O3 nanorods
Li et al. Shape controllable synthesis and upconversion properties of NaYbF 4/NaYbF 4: Er3+ and YbF 3/YbF 3: Er3+ microstructures
Nguyen et al. A general procedure to synthesize highly crystalline metal oxide and mixed oxide nanocrystals in aqueous medium and photocatalytic activity of metal/oxide nanohybrids
US8524178B2 (en) Doped aluminum oxides
Chang et al. Luminescence properties and Judd–Ofelt analysis of TiO 2: Eu 3+ nanofibers via polymer-based electrospinning method
Wang et al. Luminescent metastable Y 2 WO 6: Ln3+ (Ln= Eu, Er, Sm, and Dy) microspheres with controllable morphology via self-assembly
JP2000313619A (en) Production of rare earth oxysulfide powder
Li et al. Facile synthesis of GdBO 3 spindle assemblies and microdisks as versatile host matrices for lanthanide doping
CN106495214B (en) A kind of graphene coated rare earth mixing with nano oxide and preparation method thereof
Yuan et al. Green synthesis of graphitic carbon nitride nanodots using sodium chloride template
Gao et al. Uniform Lu 2 O 3 hollow microspheres: template-directed synthesis and bright white up-conversion luminescence properties
US20100247413A1 (en) Luminescent samarium-doped titanium dioxide
Liu et al. Controlled synthesis and photoluminescence behaviors of Lu2O2SO4: Eu3+ and Lu2O2S: Eu3+ phosphors
CN106268612B (en) A kind of porous barium strontium titanate raw powder's production technology
PL221520B1 (en) Process for the preparation of modified alumina nanoparticles
Li et al. A general and facile method to prepare uniform gamma-alumina hollow microspheres from waste oil shale ash
Jiu et al. Preparation and luminescent properties of hollow Y2O3: Tb3+ microspheres
Mohammadikish et al. Coordination-induced formation of nanometer-scale infinite coordination polymer at room temperature and conversion to CuO nanoparticles
JP2004099383A (en) Method of manufacturing rare earth oxide phosphor
Peng et al. Controlled-synthesis of ZnO nanorings
Li et al. Low-temperature chemical solution synthesis of dendrite-like La (OH) 3 nanostructures and their thermal conversion to La 2 O 3 nanostructures
RU2817028C1 (en) Method of producing nanocrystalline powders of gadolinium oxide doped with rare-earth elements
Mazloumi et al. Formation of lanthanum hydroxide nanostructures: effect of NaOH and KOH solvents
Gao et al. Quasi-spherical LuBO3 nanoparticles: Synthesis, formation, and luminescence properties