α-磷酸锆的制备及热分解非等温动力学研究

磷酸锆类化合物是近年来发展起来的一类多功能材料，其中晶形磷酸锆以含一分子结晶水的α-磷酸锆(α-Zr(HPO4)2.H2O，简写为α-ZrP)最具有代表性。α-ZrP是一种具有较强的离子交换能力的阳离子型层状化合物，当其层间插入一些客体如离子、分子或原子后可形成相应的α-ZrP类层柱化合物。由于这些层柱化合物具有潜在的择形吸附和催化性能，现已成为一类极具诱人前景的催化新材料而受到国内外学者广泛关注。α-ZrP类层柱催化剂的热稳定性与层柱化合物的插层前体α-ZrP的热稳定性密切相关，深入了解温度对α-ZrP结构的影响对制备层柱催化剂具有十分重要的意义，为此本文采用改进的直接沉淀氟配位法合成了α-ZrP，并以热重分析法(TG)为手段研究了α-ZrP的热分解过程及其非等温热分解机理及动力学，为进一步制备出性能优良的α-ZrP类层柱催化材料提供必要的理论依据。
采用改进的直接沉淀氟配位法，在常温常压下制备出了结晶度很好的α-ZrP，层间距为0.765 nm；在线性升温速率为10℃/min时，α-ZrP在131℃开始脱结晶水；脱去结晶水后形成的Zr(HPO4)2在453℃进行磷羟基缩合，至720℃完全分解为ZrP2O7;α-ZrP脱除结晶水后形成的Zr(HPO4)2的分解温度相当高，具有较高的热稳定性，非常适于作为催化剂的前体物来制备层柱催化材料；动力学研究得出Zr(HPO4)2分解反应属于Avrami-Erofeev的核生成和核成长为控制步骤的A1机理，分解反应表观活化能为165.6 kJ/mol,频率因子为3.50×10⁷s^-1。