專利名稱：一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法
技術領域：
本發明涉及硅酸鹽粉體材料的制備，特別是涉及一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法。
背景技術：
硅酸鉍(Bi12SiO2tl，簡稱BS0)是一種寬帶隙、高電阻率的非鐵電立方半絕緣體。它同時具有電光、光電導、光折變、壓電、聲光、旋光及法拉弟旋轉等效應，是一種有前途的多功能光信息材料。利用BSO的電光和光電導性能，在室溫下用低功率激光就可實現許多種非線性光學變換。作為實時體全息記錄材料，BSO是目前所獲得的靈敏度最高、響應速度最快的少數幾種光折變材料之一，因而在實時光信息處理和光計算等技術中有廣泛的應用。 這些應用包括非相干/相干光圖象轉換(PR0M、PRIZ等)、光存儲、實時干涉量度學、圖象放大和相共軛等許多領域。此外，日本還將這種材料制成光電傳感器用于變電所內故障的檢測，還開發了能同時測定電流電壓的傳感器。可以預期，隨著對光折變微觀過程的進一步了解和應用研究的深入，BSO光折變器件將會進入實用階段而成為商品化器件，從而在未來的信息領域中發揮重要作用。目前，國內外生長硅酸鉍單晶的方法均是采用自熔融提拉法，制得硅酸鉍為大體積晶體。傳統的固相反應燒結法可以以氧化鉍和氧化硅粉末為原料混合，通過固相反應而制得硅酸鉍粉體。這一方法的缺點是兩種原料的混合難以達到完全均一，而且在高溫下晶粒生長、團聚，難以獲得理想大小粉體顆粒。王燕等(王燕，王秀峰，于成龍.無機鹽工業，2007，39:38 40;王燕，王秀峰， 于成龍.硅酸鹽通報，2007，沈378 381)以Bi2O3和SiO2為原料，按照物質的摩爾比為 1 1配制約60克的試樣。試樣先倒入乙醇中濕混1. 5h，紅外干燥后再研磨干混0. 5h以確保試樣均勻。750°C焙燒lh，此時Bi12SiO2tl和Bi2SiO5的XRD的衍射峰較強，保溫時間加長，Bi2SiO5的XRD的衍射峰減弱，Bi12SiO2tl的衍射峰進一步加強。另外，文中還給出了試驗的差熱分析曲線，從差熱分析曲線中可以看出，試樣在579. 60C，744. 3°C，829. 3°C，879. 2 V 均有放熱峰出現。該組分在升溫過程中產生晶體的種類較多，制備單一晶體制備工藝難以控制。文獻“Journalof Materials Science Letters 1999，18 :1871_1874”和文獻“硅酸鹽通報，2007，26 (6) :1236-1239”是采用機械合金化來制備硅酸鉍粉體的。該方法是以氧化鉍和氧化硅粉末為原料，經高能球磨直接制備硅酸鉍粉體，該方法利用了兩種粉體在反復地碰撞和粉碎過程中發生的機械合金化反應來合成目標產物，省去了高溫熱處理過程。 但機械合金化法所需時間長，生產效率低，不適于批量生產硅酸鉍粉體。CN10038071C提供了一種制備高純度硅酸鉍納米粉體，首先將鉍鹽溶解在有機溶劑中，形成鉍鹽濃度為0. 5 5M的含鉍溶液，在按摩爾比Bi Si = 12 1將有機硅化合物加入到含鉍溶液中，充分攪拌，形成均勻的溶液，對溶膠采用常壓蒸發或負壓蒸發，得到干燥的前軀體粉末，最后在有氧的環境中對前軀體粉末進行燒結，在較低的溫度和較短的時間內制備出純度和結晶度良好的硅酸鉍納米粉體。文獻“CN1821088A硅酸鉍納米粉體的制備方法及應用”采用溶劑揮發法制備了納米級的硅酸鉍粉體，并對其光催化降解水中剛果紅的性能進行了評價，認為硅酸鉍作為光催化劑具有較大的開發潛力。CN101157026A提供了一種硅酸鉍粉體光催化劑的制備方法。首先將五水硝酸鉍和嵌段共聚體表面活性劑溶解在乙酸中，形成均勻澄清的溶液，再按摩爾比鉍硅=12 1 將硅酸酯加入到含鉍溶液中，充分攪拌，形成均勻的溶膠。陳化后，將其移入高壓釜內密閉晶化，得到鉍硅的復合氧化物凝膠，經過濾、洗滌、干燥后，最后在空氣環境中對該前軀體粉末進行焙燒，在較低的溫度下穩定均勻地獲得結晶度良好的硅酸鉍粉體。且該催化劑顆粒度較大，便于從水體中分離以利于回收使用，而且具有高效的光催化活性，可以用于光催化降解有機污染物。
發明內容
為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，可以簡單快速制備出Bi12SiO2tl，且產物純度高，便于大規模生產。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比6 1 1 1. 5球磨 5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比4 5 5 4球磨 5小時，得到NaCl-Na2CO3復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比1 4 4 1在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中， 630°C 750°C條件下保溫0. 5 3小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。其中，第五步中的清洗可反復進行一次以上。與現有技術相比，本發明的優點是(1)方法簡便，易于操作，反應條件溫和；(2)生產成本低，制備周期短約13 25h ；(3)產物純度高，可達85% 100%。
圖1是本發明是實施例一制備的硅酸鉍(Bi12SiO2tl)粉體在X射線衍射儀檢測的衍射照片，其中橫坐標為衍射角2 θ /(。)，縱坐標為衍射強度。圖2是本發明是實施例二制備的硅酸鉍(Bi12SiO2tl)粉體在X射線衍射儀檢測的衍射照片，其中橫坐標為衍射角2 θ /(。)，縱坐標為衍射強度。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。實施例一一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SW2按摩爾比1 1球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比4 5球磨5小時，得到NaCl-Na2CO3復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比1 1在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，635 V 條件下保溫1小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。如圖1所示，可以看出制備出的硅酸鉍粉體即為純度較高的Bi12SiO2tl晶相。實施例二一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1.5球磨5小時， 作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比4 5球磨5小時，得到NaCl-Na2CO3復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比1 1在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，635 V 條件下保溫1小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。如圖2所示，可以看出制備出的硅酸鉍粉體即為純度較高的Bi12SiO2tl晶相。實施例三一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比6 1球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比5 4球磨5小時，得到NaCl-Na2CO3復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比4 1在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，680 V 條件下保溫0. 5小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。實施例四一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SW2按摩爾比1 1球磨5小時，作
7為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比5 4球磨5小時，得到NaCl-Na2CO3復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比1 4在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，680 V 條件下保溫lOOmin，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。實施例五一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1.5球磨5小時， 作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比1 1球磨5小時，得到NaCl-Na2CO3復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比1.2:1 在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，7500C 條件下保溫0. 5小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。實施例六一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SW2按摩爾比1 1球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比4 5球磨5小時，得到NaCl-Na2CO3復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比1 1在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，700 V 條件下保溫2小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。實施例七一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比4 5球磨5小時，得到NaCl-Na2CO3復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比1.2:1 在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，650 0C條件下保溫5小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。以上各個實施例中，第五步中的清洗可進行多次，效果更佳。將本發明方法制備的 Bi12SiO20粉體進行試驗分析，其純度可達85% 100%。
權利要求
1.一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比6 1 1 1.5球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比4 5 5 4球磨5小時，得到NaCl-Na2CO3復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比1 4 4 1 在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，630°C 750°C條件下保溫0. 5 3小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。
2.一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比4 5球磨5小時，得到 NaCl-Na2CO3 復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比1 1在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，635°C條件下保溫1小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。
3.一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1.5球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比4 5球磨5小時，得到 NaCl-Na2CO3 復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比1 1在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，635°C條件下保溫1小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。
4.一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比6 1球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比5 4球磨5小時，得到 NaCl-Na2CO3 復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比4 1在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，680°C條件下保溫0. 5小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。
5.一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比5 4球磨5小時，得到 NaCl-Na2CO3 復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比1 4在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，680°C條件下保溫lOOmin，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。
6.一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1.5球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比1 1球磨5小時，得到 NaCl-Na2CO3 復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比1.2:1在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，750°C條件下保溫0. 5小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。
7.一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比4 5球磨5小時，得到 NaCl-Na2CO3 復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比1 1在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，700°C條件下保溫2小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。
8.一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2CO3按摩爾比4 5球磨5小時，得到 NaCl-Na2CO3 復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比1.2:1在研缽中手磨30min ；第四步，將手磨后的配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，650°C條件下保溫5小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉體。
9.根據權利要求1至8任一權利要求所述的用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，所述第五步中進行一次以上的清洗。
全文摘要
本發明公開了一種用熔鹽法制備硅酸鉍粉體的方法，首先，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比6∶1～1∶1.5球磨5小時，將NaCl和Na2CO3按摩爾比4∶5～5∶4球磨5小時，得到NaCl-Na2CO3復合鹽；然后，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2CO3復合鹽以質量比4∶1～1∶4在研缽中手磨30min；再將手磨后的配合料630℃～750℃條件下保溫0.5～3小時，取出，冷卻；最后，將冷卻的試樣用去離子水清洗后烘干，即得Bi12SiO20粉體，本發明可以簡單快速制備出Bi12SiO20，且產物純度高，便于大規模生產。
文檔編號C01B33/20GK102275943SQ20111018708
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月6日 優先權日2011年7月6日
發明者江紅濤, 王秀峰, 許亞琴, 魯俊雀 申請人:陜西科技大學