專利名稱：一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法
技術領域：
本發明涉及閃爍晶體材料的制備，公開了一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法。
背景技術：
Bi2SiO5晶體屬正交晶系，Cmc2l空間群，點陣常數a=l5.19人，b=5.468A,
c=5.314A,z = 40它的結構可以看作是由[Bi2O2]2+層分隔開的改03]2_鏈所構成，因此結構式寫成Bi4
[Si206]。Bi2SiO5晶體主要具有介電、熱電以及非線性光學等性質，它的非中心對稱的晶體結構使其有可能具有鐵電性質。由于晶體生長方面的困難，有關Bi2SiO5 晶體各種性能及應用的報道尚缺。Bi2SiO5的制備方法主要有固相合成法、水熱法和溶膠-凝膠法。最早合成出單一 Bi2SiO5 晶相得的是(J. Ketter, V. Kramer, Freiburg, Neues Jahrbuchfur Mineralogie Monatshefte, 1986，1 :13 18)，將 Bi2O3 與 SiO2 在 1000 1040°C熔融，冷卻中淬火，在 400 520°C結晶一個星期制得呈淺黃色的Bi2SiO5晶相。該方法制備所需時間太長，不利于大生產，且原料配比不是生成Bi2SiO5晶相的配比，所產生晶相中存在大量的玻璃相，應用受到限制。王燕等人(王燕，王秀峰，于成龍.無機鹽工業，2007，39 ) 38-40)將Bi2O3 與SiO2按物質的量比1 1混合，在一定溫度下處理一定時間獲得生成產物，固相反應溫度由700°C升高至900°C過程中，亞穩態Bi2SiO5逐漸轉變為穩定態Bi12SiO2tl和Bi4Si3O12,反應溫度對Bi2SiO5的生成起決定性作用。750°C保溫不同時間所獲試樣的XRD譜表明，固相反應時間延長，反應物Bi2O3的衍射峰減弱，穩定相Bi12SiO2tl衍射峰增強，隨著反應的進行， 生成物亞穩相Bi2SiO5的衍射峰減弱，反應時間過長，不利于亞穩相Bi2SiO5生成。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。Ruigen Chen等采 (Ruigen Chen, Jinhong Bi, Ling Wu, etal. Inorganic Chemistry, 2009,48 :9072-9076.) 用水熱法以Bi (NO3)3 · 5H20和Na2SiO3 · 9H20(或(C2H5O)4Si)為原料，第一次不需要模板合成了 Bi2SiO5納米片，研究表明，以Na2SiO3為硅源的樣的光催化性能優于以(C2H5O)4Si為硅源的樣。戴曉軍等(Xiao-Jun Dai, Yong-Song Luo, Shao-Yun Fu, et al. Solid State Sciences. 2010，12 :637-642)采用水熱法制備三維層狀花瓣狀納米結構的Bi2SiO5,并對其發光性能進行了研究。結果表明，花瓣狀納米結構的成核與成長由成核-分解-再結晶生長機制控制，同時聚乙烯吡咯烷酮(縮寫為PVP)和NaOH的濃度對花瓣狀結構有著重要的影口向。Ling Zhang(Ling Zhang, Wenzhong Wang, Songmei Sun, etal. Applied Catalysis B Environmental. 2010,100 :97-101)等采用水熱法合成了具有優異光催化性能的混合 8土25105介孔微球。但水熱法設備要求高，技術難度大，安全性能差。柏朝輝等(柏朝暉，巴學巍，賈茹.無機化學學報，2006，22 (7) :1327-1329)人利用溶膠-凝膠法制備Bi4Si3O12納米粉體的過程中，在550-650°C時得到了主晶相為Bi2SiO5和Bi2O3的混合晶相，隨著反應溫度的升高，Bi2SiO5和Bi2O3不斷反應，在750°C生成了主晶相為立方晶相的目標產物Bi4Si3O1215 保加利亞 Y. Dimitriev 等(Y. Dimitriev, M. Krupchanska, Y. Ivanova, et al. Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy,2010,45(1) :39-42) M膠-凝膠法合成Bi2SiO5和Bi4Si3O12晶體。但溶膠-凝膠法制備硅酸鉍粉體，工藝過程復雜，不利于大生產。
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制備片狀硅酸鉍粉體的方法，可以簡單快速制備出片狀硅酸鉍粉體，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制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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 1 1 1.15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Na2SO4按摩爾比0.4 0. 6 0.7 0.3球磨5小時，生成NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比1 4 4 1在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，625°C 700°C條件下保溫，保溫時間在O到1. 5小時之間，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。其中，所述第五步中進行一次以上的清洗。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10 Mh ；C3)產物純度高，可達80% 99.8%。(4)制備的片狀硅酸鉍粉體的粒徑分布窄，約0. 2 3 μ m。
圖1為實施例1制備的硅酸鉍(Bi2SiO5)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為實施例1制備的硅酸鉍(Bi2SiO5)粉體的掃描電子顯微鏡圖像。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。實施例一一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨 5小時，生成NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比2 3在研缽中手磨30min ；
第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，660°C條件下保溫1小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。參見附圖1，可以看出所制備的硅酸鉍粉體為純度較高的Bi2SiO5晶相。參見附圖2，可以看出所制備的硅酸鉍粉體為片狀。實施例二一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨 5小時，生成NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比2 3在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，625°C條件下保溫1. 5小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。實施例三一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨 5小時，生成NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比4 1在研缽中手磨30min ；第四步，將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0. 5小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。實施例四一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨 5小時，生成NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比2 3在研缽中手磨30min ；第四步，將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，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。實施例五
一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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 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Na2SO4按摩爾比1 1球磨5小時，生成NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比1 1在研缽中手磨30min ；第四步，將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1小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。實施例六一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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. 15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Na2SO4按摩爾比3 2球磨5小時，生成NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比1 4在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，625°C條件下保溫，保溫時間在0到1. 5小時之間均可，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。實施例七一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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 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Na2SO4按摩爾比1 15球磨5小時， 生成NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比2 1在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，630°C條件下保溫1. 5小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。實施例八一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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 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Na2SO4按摩爾比7 3球磨5小時，生成NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比2 1在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，630°C條件下保溫1. 5小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。以上各個實施例中，第五步中的清洗可進行多次，效果更佳。對以上各實施例制備的片狀硅酸鉍粉體進行試驗分析，其純度可達80% 99. 8%，同時制備的片狀硅酸鉍粉體的粒徑分布窄，約0. 2 3μπι。
權利要求
1.一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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 1 1 1.15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Na2SO4按摩爾比0.4 0. 6 0. 7 0.3 球磨5小時，生成NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比1 4 4 1 在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，625°C 700°C條件下保溫，保溫時間在0到1. 5小時之間，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。
2.一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨5小時，生成NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比2 3在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，660°C條件下保溫1 小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。
3.一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨5小時，生成NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比2 3在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，625°C條件下保溫1. 5 小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。
4.一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨5小時，生成NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比4 1在研缽中手磨30min ；第四步，將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0.5 小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。
5.一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨5小時，生成NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比2 3在研缽中手磨30min ；第四步，將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，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。
6.一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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 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Na2SO4按摩爾比1 1球磨5小時，生成 NaCl-Na2SO4 復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比1 1在研缽中手磨30min ；第四步，將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1 小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。
7.一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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 1.15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Na2SO4按摩爾比3 2球磨5小時，生成 NaCl-Na2SO4 復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比1 4在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，625°C條件下保溫，保溫時間在0到1. 5小時之間，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。
8.一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，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 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Na2SO4按摩爾比1 1.5球磨5小時，生成 NaCl-Na2SO4 復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比2 1在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，630°C條件下保溫1. 5小時，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體。
9.根據權利要求1至8任一權利要求所述的制備片狀硅酸鉍粉體的方法，其特征在于， 所述第五步中進行一次以上的清洗。
全文摘要
本發明涉及閃爍晶體材料的制備，公開了一種制備片狀硅酸鉍粉體的方法，首先，以無水乙醇為球磨介質，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1.1∶1～1∶1.15球磨5小時，作為反應原料，再以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.4∶0.6～0.7∶0.3球磨5小時，然后將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比1∶4～4∶1在研缽中手磨30min，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，625℃～700℃條件下保溫0～1.5小時，取出，冷卻，最后將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得片狀硅酸鉍粉體，本發明可以簡單快速制備出片狀硅酸鉍粉體，且產物純度高，便于大規模生產。
文檔編號B82Y40/00GK102351203SQ20111018691
公開日2012年2月15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