一種Bi₄Si₃O₁₂多孔材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Bi4Si3O12多孔材料的制備方法，以將硝酸鉍、正硅酸乙酯和多種分散劑(乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇等)溶于無(wú)水乙醇和去離子水的混合溶液中，使離子均勻存在于分散體系中，再經(jīng)凝膠化、干燥、干壓和熱處理過程獲得Bi4Si3O12多孔材料；該方法工藝步驟少、設(shè)備工藝簡(jiǎn)單、成本低，所得多孔材料中孔隙分布均勻。
【專利說明】
一種B i 4S i 3Ο12多孔材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[000? ]本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種Bi4Si30i2多孔材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在Bi2O3-S12系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)和研究的化合物晶相主要包括有Bi4Si3O12晶體、Bii2S12Q晶體和Bi2S15晶體各相，其中前兩種為穩(wěn)定化合物，后一種為亞穩(wěn)化合物，其中Bi4Si3O12晶體具有電光、閃爍等性能。多孔材料以其特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在克服了納米粉體團(tuán)聚的問題的同時(shí)，使材料本身具有更優(yōu)越的性能。目前制備多孔材料的方法主要是利用水熱法、溶膠-凝膠法、沉淀法等合成粉體后，再利用發(fā)泡劑、粘結(jié)劑等與粉體進(jìn)行復(fù)配，經(jīng)成形后制備出多孔塊體材料，這些方法的制備周期長(zhǎng)且復(fù)雜，本專利即針對(duì)目前制備多孔材料制備方法的弊端，發(fā)明了一種制備周期短而有效的Bi4Si3O12多孔材料制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種Bi4Si3O12多孔材料的制備方法，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備要求簡(jiǎn)單、周期短的特點(diǎn)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005 ] 一種B i4Si 3012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攪拌溶解得到檸檬酸溶液，量取1/2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)將分散劑加至溶液B中，加入無(wú)水乙醇攪拌溶解，在不斷攪拌下加入溶液A，之后調(diào)節(jié)PH值至7?9獲得溶膠C;
[0008](3)將溶膠C于80?85 °C下水浴I?3h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(jìn)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(jìn)行熱處理得到Bi4Si3O12多孔材料。
[0010]所述步驟(I)中，氨水的量以能溶解檸檬酸為準(zhǔn)。
[0011 ]所述步驟(I)中，所述正硅酸乙酯和硝酸鉍的用量滿足Si與Bi的摩爾比為(1:1)?(2:1)，且Si^子與Bi^子之和與梓檬酸的摩爾比為I: (0.5?0.8)。
[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]所述分散劑加至溶液B后，分散劑各組份的濃度范圍均為O?0.6mol/L。
[0014]所述無(wú)水乙醇的體積是氨水體積的I?3/2。
[0015]所述步驟(4)中，所述熱處理是在ZnO粉體中進(jìn)行埋燒，溫度為700°C?800°C。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的Bi4Si3O12多孔材料的制備方法中，以乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇等作為分散劑，采用特定的溶膠配制過程，使離子更均勻地存在于凝膠中，凝膠化后，直接經(jīng)過干燥、壓塊、熱處理等過程獲得Bi4Si3O12S孔材料。此過程中通過控制各物質(zhì)的濃度，特別是各分散劑的種類和用量，配制出適合直接成型的干凝膠粉體，此方法中利用凝膠化過程使鉍離子和硅離子均勻穩(wěn)定地存在于凝膠粉體中，這不僅使硅離子和鉍離子能夠均勻地存在并按化學(xué)計(jì)量比獲得純相物質(zhì)，使晶體結(jié)晶過程變得更加均勻，晶體顆粒粒徑和分布更均勻，從而使多孔結(jié)構(gòu)中孔隙大小及分布更加均勻，而且使晶粒形成過程和多孔結(jié)構(gòu)形成過程合二為一，縮短制備周期。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0018]實(shí)施例1
[0019]一種Bi4Si3O12多孔材料的制備方法，包括如下步驟:
[0020](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(zhǔn)，量取1/2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)= 1:1，Si離子與Bi離子之和:檸檬酸(摩爾比)=1:
0.5ο
[0021](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(wú)水乙醇攪拌溶解(無(wú)水乙醇的體積是氨水體積的3/2)，在不斷攪拌下將溶液A加入其中，之后調(diào)節(jié)pH值至7?9即獲得溶膠C。
[0022](3)將溶膠C于80 °C下水浴I?3h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(jìn)行研磨過篩。
[0023](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(jìn)行埋燒即獲得Bi4Si3O1^孔材料，熱處理溫度為800°C。所得Bi4Si3O1^孔材料中為開孔結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸約為50nm?150nm，間隙尺寸為50nm?150nmo
[0024]實(shí)施例2
[0025]—種Bi4Si3O12多孔材料的制備方法，包括如下步驟:
[0026](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(zhǔn)，量取1/2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)= 2:1，Si離子與Bi離子之和:檸檬酸(摩爾比)=1:
0.8。
[0027](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0.6moI/L，再加入無(wú)水乙醇攪拌溶解(無(wú)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(diào)節(jié)pH值至7?9即獲得溶膠C。
[0028](3)將溶膠C于85 °C下水浴I?3h至凝膠化。再在140 °C?160 °C下干燥形成干凝膠，室溫下自然晾干后將粉體進(jìn)行研磨過篩。
[0029](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(jìn)行埋燒即獲得Bi4Si3O1^孔材料，熱處理溫度為700°C。所得Bi4Si3O1^孔材料中為開孔結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸約為50nm?150nm，間隙尺寸為50nm?150nmo
[0030]實(shí)施例3
[0031 ] 一種Bi4Si3O12多孔材料的制備方法，包括如下步驟:
[0032](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(zhǔn)，量取1/2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)=1.5:1的比例，Si離子與Bi離子之和:檸檬酸(摩爾比)= 1:0.6。
[0033](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(wú)水乙醇攪拌溶解(無(wú)水乙醇的體積是氨水體積的3/2)，在不斷攪拌下將溶液A加入其中，之后調(diào)節(jié)pH值至7?9即獲得溶膠C。
[0034](3)將溶膠C于885 V下水浴I?3h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(jìn)行研磨過篩。
[0035](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(jìn)行埋燒即獲得Bi4Si3O1^孔材料，熱處理溫度為700°C°C。所得Bi4Si3O12多孔材料中為開孔結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸約為50nm?150nm，間隙尺寸為50nm?150nmo
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Bi4Si3O12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攪拌溶解得到檸檬酸溶液，量取1/2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)將分散劑加至溶液B中，加入無(wú)水乙醇攪拌溶解，在不斷攪拌下加入溶液A，之后調(diào)節(jié)pH值至7?9獲得溶膠C; (3)將溶膠C于80?850C下水浴I?3h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(jìn)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(jìn)行熱處理得到Bi4Si3O12多孔材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述Bi4Si3O12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(zhǔn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述Bi4Si3O12多孔材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述正硅酸乙酯和硝酸鉍的用量滿足Si與Bi的摩爾比為(1:1)?(2:1)，且Si離子與Bi離子之和與檸檬酸的摩爾比為1:(0.5?0.8)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述Bi4Si3O12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(jù)權(quán)利要求4所述Bi4Si3O12多孔材料的制備方法，其特征在于，所述分散劑加至溶液B后，分散劑各組份的濃度范圍均為O?0.6mo I /L。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述Bi4Si3O12多孔材料的制備方法，其特征在于，所述無(wú)水乙醇的體積是氨水體積的I?3/2。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述Bi4Si3O12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(jìn)行埋燒，溫度為700°C?800 °C。
【文檔編號(hào)】C04B38/00GK105967722SQ201610292815
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月5日
【發(fā)明人】伍媛婷, 栗夢(mèng)龍, 司楠, 王秀峰, 劉玲
【申請(qǐng)人】陜西科技大學(xué)