一種Bi₁₂SiO₂₀多孔材料的制備方法

一種Bi₁₂SiO₂₀多孔材料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種Bi12SiO20多孔材料的制備方法，利用多種分散劑的復配，使硅離子和鉍離子與有機物形成絡合大分子結構，各物質均勻地存在于干凝膠中，結合合理的復配濃度，使干凝膠具有合適的粘度，將干凝膠直接壓制成型后，經熱處理即可獲得Bi12SiO20多孔材料；該方法工藝簡單、周期短、設備簡單、成本低、所得多孔材料的孔隙尺寸及分布可控性高。
【專利說明】
一種Bi 12S i O2Q多孔材料的制備方法
技術領域
[000? ]本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種Bii2Si02Q多孔材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]目前在Bi2O3-S12系統中發現和研究的化合物晶相主要包括有Bi12S12Q晶體、Bi4Si3O12晶體和Bi2S15晶體，其中前兩種為穩定化合物。穩定相Bi12S12Q晶體具有壓電、光電導、光折變、電光、聲光、旋光等性能。多孔材料以其特殊的結構特點，在克服了納米粉體團聚的問題的同時，使材料本身具有更優越的性能。目前制備多孔材料的方法主要是利用固相法、溶膠-凝膠法、沉淀法等合成粉體后，再利用發泡劑、粘結劑等與粉體進行復配，經成形后制備出多孔塊體材料，這些方法的制備周期長且復雜，本專利即針對目前制備多孔材料制備方法的弊端，發明了一種制備周期短而有效的Bi12S12Q多孔材料制備方法。

【發明內容】

[0003]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種Bi12S12Q多孔材料的制備方法，具有生產工藝簡單、設備要求簡單、周期短的特點。
[0004]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是:
[0005 ] 一種B i 12S i O2Q多孔材料的制備方法，包括如下步驟:
[0006](I)將檸檬酸溶于氨水中得到檸檬酸溶液，量取2/3的檸檬酸溶液，將正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A備用;將硝酸鉍溶于剩余檸檬酸溶液中形成溶液B;
[0007](2)將分散劑加入溶液B中，加入無水乙醇攪拌溶解，在不斷攪拌下將加入溶液A，之后調節PH值至I?3即獲得溶膠C;
[0008](3)將溶膠C于80?85 °C下水浴I?2h至凝膠化，再在140?160 °C下干燥形成干凝膠，室溫下自然晾干后進行研磨過篩得到干凝膠粉體；
[0009 ] (4)將過篩后的干粉直接干壓成型，形成塊狀坯體材料，最后將塊狀坯體材料進行熱處理得到Bi12S12Q多孔材料。
[0010]所述步驟(I)中，氨水的量以能溶解檸檬酸為準。
[0011]所述正硅酸乙酯和硝酸鉍的用量滿足Si與Bi的摩爾比為(1: 12)?(1:9)，且Si離子與Bi^子之和與梓檬酸的摩爾比為I: (0.4?1.0)。
[0012]所述分散劑由乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇和聚乙二醇組成。
[0013]所述分散劑加入溶液B后，分散劑各組份的濃度范圍均為O?0.6mol/L。
[0014]所述無水乙醇的體積是氨水體積的I?3倍。
[0015]所述步驟(4)中，所述熱處理是在ZnO粉體中進行埋燒，溫度為550°C?650°C。
[0016]與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明提供的Bi12S12Q多孔材料的制備方法中，既不含有造粒及陳腐的過程，也不存在預結晶的過程，不需要在造粒和壓片時加入額外的發泡劑等物質，是利用濕法過程直接將分散劑(如乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇400、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000等)與反應物形成大分子絡合結構，通過控制各物質的濃度，特別是各分散劑的用量，干燥后的粉體具有一定的粘度，可進行直接壓制成型。此制備方法不僅制備工藝過程少、設備簡單，而且結合了濕法過程，使鉍離子和硅離子可以均勻地存在于絡合大分子中，從而完成均勻的結晶過程，微孔的形成過程是均勻的，因此所得Bi12S12O多孔材料的孔隙尺寸及分布可控性較好。
【具體實施方式】
[0017]下面結合實施例詳細說明本發明的實施方式。
[0018]實施例1
[0019](I)將檸檬酸溶于氨水(體積濃度25%?28%)中，氨水的量以能溶解檸檬酸為準，量取2/3的檸檬酸溶液，將正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A備用；將硝酸鉍溶于剩余檸檬酸溶液中形成溶液B，其中，S1:Bi(摩爾比)=1:12，Si離子與Bi離子之和:檸檬酸(摩爾比)=l:0.4o
[0020](2)稱量一定量的分散劑(由乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇組成，其中聚乙二醇又包括聚乙二醇400、聚乙二醇4000和聚乙二醇6000)加入溶液B中，分散劑各組份的濃度控制在0.6mol/L，再加入無水乙醇攪拌溶解(無水乙醇的體積是氨水體積的3倍)，在不斷攪拌下將溶液A加入其中，之后調節pH值至I?3即獲得溶膠C。
[0021 ] (3)將溶膠C于80 °C下水浴I?2h至凝膠化。再在140 °C下干燥形成干凝膠，室溫下自然晾干后將粉體進行研磨過篩。
[0022](4)將過篩后的干粉直接干壓成形，形成塊狀坯體材料，最后將塊狀坯體材料在ZnO粉體中進行埋燒即獲得Bi12S12Q多孔材料，熱處理溫度為550°C。所得Bi12S12Q多孔材料中為開孔結構，晶粒尺寸約為300nm?750nm，間隙尺寸為150nm?300nmo
[0023]實施例2
[0024](I)將檸檬酸溶于氨水(體積濃度25%?28%)中，氨水的量以能溶解檸檬酸為準，量取2/3的檸檬酸溶液，將正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A備用；將硝酸鉍溶于剩余檸檬酸溶液中形成溶液B，其中，S1:Bi (摩爾比)=1:9的比例，Si離子與Bi離子之和:檸檬酸(摩爾比)=1:1 ο
[0025](2)稱量一定量的分散劑(由乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇組成。)加入溶液B中，分散劑各組份的濃度控制在0.6mol/L，再加入無水乙醇攪拌溶解(無水乙醇的體積是氨水體積的2倍)，在不斷攪拌下將溶液A加入其中，之后調節PH值至I?3即獲得溶膠C。
[0026](3)將溶膠C于80 °C下水浴I?2h至凝膠化。再在160 V下干燥形成干凝膠，室溫下自然晾干后將粉體進行研磨過篩。
[0027](4)將過篩后的干粉直接干壓成形，形成塊狀坯體材料，最后將塊狀坯體材料在ZnO粉體中進行埋燒即獲得Bi12S12Q多孔材料，熱處理溫度為650°C。所得Bi12S12Q多孔材料中為開孔結構，晶粒尺寸約為300nm?750nm，間隙尺寸為150nm?300nmo
[0028]實施例3
[0029](I)將檸檬酸溶于氨水(體積濃度25%?28%)中，氨水的量以能溶解檸檬酸為準，量取2/3的檸檬酸溶液，將正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A備用；將硝酸鉍溶于剩余檸檬酸溶液中形成溶液B，其中，S1:Bi(摩爾比)=1:10的比例，Si離子與Bi離子之和:檸檬酸(摩爾比)=1: 0.8 ο
[0030](2)稱量一定量的分散劑(由乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇組成)加入溶液B中，分散劑各組份的濃度控制在0.01、0.1、0.1、0.5、0.5、
0.6mol/L，再加入無水乙醇攪拌溶解(無水乙醇的體積與氨水體積相等)，在不斷攪拌下將溶液A加入其中，之后調節pH值至I?3即獲得溶膠C。
[0031](3)將溶膠C于80°C下水浴I?2h至凝膠化。再在150 V下干燥形成干凝膠，室溫下自然晾干后將粉體進行研磨過篩。
[0032](4)將過篩后的干粉直接干壓成形，形成塊狀坯體材料，最后將塊狀坯體材料在ZnO粉體中進行埋燒即獲得Bi12S12Q多孔材料，熱處理溫度為600°C。所得Bi12S12Q多孔材料中為開孔結構，晶粒尺寸約為300nm?750nm，間隙尺寸為150nm?300nmo
【主權項】
1.一種Bi12S12O多孔材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將檸檬酸溶于氨水中得到檸檬酸溶液，量取2/3的檸檬酸溶液，將正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A備用;將硝酸鉍溶于剩余檸檬酸溶液中形成溶液B; (2)將分散劑加入溶液B中，加入無水乙醇攪拌溶解，在不斷攪拌下將加入溶液A，之后調節PH值至I?3即獲得溶膠C; (3)將溶膠C于80?850C下水浴I?2h至凝膠化，再在140?160 °C下干燥形成干凝膠，室溫下自然晾干后進行研磨過篩得到干凝膠粉體； (4)將過篩后的干粉直接干壓成型，形成塊狀坯體材料，最后將塊狀坯體材料進行熱處理得到Bi12S12Q多孔材料。2.根據權利要求1所述Bi12S12Q多孔材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中，氨水的量以能溶解檸檬酸為準。3.根據權利要求1所述Bi12S12Q多孔材料的制備方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯和硝酸鉍的用量滿足Si與Bi的摩爾比為(1: 12)?(1:9)，且Si離子與Bi離子之和與檸檬酸的摩爾比為1:(0.4?1.0)。4.根據權利要求1所述Bi12S12Q多孔材料的制備方法，其特征在于，所述分散劑由乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇和聚乙二醇組成。5.根據權利要求4所述Bi12S12Q多孔材料的制備方法，其特征在于，所述分散劑加入溶液B后，分散劑各組份的濃度范圍均為O?0.6mo I /L。6.根據權利要求1所述Bi12S12Q多孔材料的制備方法，其特征在于，所述無水乙醇的體積是氨水體積的I?3倍。7.根據權利要求1所述Bi12S12Q多孔材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，所述熱處理是在ZnO粉體中進行埋燒，溫度為550 °C?650 °C。
【文檔編號】C04B35/16GK105924145SQ201610292948
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月5日
【發明人】伍媛婷, 栗夢龍, 張娟娟, 王秀峰
【申請人】陜西科技大學