一種亞穩(wěn)態(tài)Bi₂SiO₅多孔材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種亞穩(wěn)態(tài)Bi2SiO5多孔材料的制備方法，首先配制檸檬酸的氨水溶液，將氧化鉍溶于硝酸中，再分別將氧化鉍溶液和正硅酸乙酯溶于檸檬酸的氨水溶液中，加入一定量的乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇等分散劑，經(jīng)凝膠化獲得適合于直接壓制成型的干凝膠粉體，經(jīng)壓制成型和熱處理即可獲得亞穩(wěn)態(tài)Bi2SiO5多孔材料；該方法工藝設備簡單、周期短、成本低。
【專利說明】
_種亞穩(wěn)態(tài)Bi 2S i Os多孔材料的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于材料技術領域，特別涉及一種亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15S孔材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]8丨23丨05是化203-3丨02系統(tǒng)中摩爾比為1:1的亞穩(wěn)定相化合物，8丨23丨05屬正交晶系的Cmc21空間群，其結構可以看作是由[Bi2O2]2+層分隔開的孤立的[Si03]2—鏈所構成，因此結構式也可寫成Bi4[04] [Si2O6]。正因為Bi2S15具有以上結構，其主要具有介電、熱電以及非線性光學等性質，其非中心對稱的晶體結構還使其有可能具有鐵電性質。多孔陶瓷由于其多孔的結構，當孔隙小而分布均勻時，可使多孔陶瓷的比表面積大大增大，活性增強。相比于多孔納米粉體材料，由于納米粉體材料的表面斷鍵數(shù)較多，比表面積增大，使納米顆粒間易相互團聚，納米顆粒越小，則表面活性越大，團聚越嚴重。如果多孔材料中的細孔分布均勻，則可解決這個問題，且保持了較高的比表面積和表面活性。

【發(fā)明內容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15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(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:
[0005 ] 一種亞穩(wěn)態(tài)B i 2Si O5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A，將氧化鉍溶于硝酸中反應形成溶液B;
[0007](2)量取1/3的檸檬酸溶液A，將正硅酸乙酯溶于其中形成溶液C;將溶液B溶于剩余檸檬酸溶液A中形成溶液D;
[0008](3)將分散劑加入溶液D中，再加入溶液C和無水乙醇攪拌溶解，之后調節(jié)pH值至I?3即獲得溶膠E;
[0009](4)將溶膠E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行研磨過篩得到干凝膠粉體；
[0010](5)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亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15多孔材料。
[0011 ]所述步驟(I)中，氨水的量以能溶解檸檬酸為準，硝酸的量以能完全溶解氧化鉍為準。
[0012]所述正硅酸乙酯和氧化鉍的用量滿足Bi與Si的摩爾比為(1:2)?(1:5)，且Si離子與Bi離子之和與步驟(I)中檸檬酸的摩爾比為1:(0.5?1.0)。
[0013]所述步驟(2)中，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。
[0014]所述分散劑加入溶液D后，分散劑各組份的濃度范圍均為O?1.0mol/L。
[0015]所述步驟(2)中，無水乙醇的體積是氨水體積的1/3?1/2。
[0016]所述步驟(4)中，所述熱處理是在ZnO粉體中進行埋燒，溫度為600°C?700°C。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15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(如聚乙二醇400、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000)等作為分散劑直接進行絡合發(fā)泡的凝膠化過程，通過控制各物質的濃度，特別是各分散劑的用量，干燥后所形成的中間粉體物質可直接成型成塊狀材料，在這個制備方法中，不僅利用分散劑使鉍離子和硅離子均勻地存在于體系中，使亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15多孔材料的結晶和復合過程更加均勻，而且減少造粒、陳腐的過程，使結晶過程與燒結一步完成，這都使制備周期縮短，成本降低。結合埋燒的熱處理過程，利用有機物的發(fā)泡和分解燃燒過程形成亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15多孔材料，可獲得開孔的亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15多孔材料。
【具體實施方式】
[0018]下面結合實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。
[0019]實施例1
[0020]一種亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15多孔材料的制備方法，包括如下步驟:
[0021 ] (I)將檸檬酸溶于氨水中形成檸檬酸溶液A，氨水的量以能溶解檸檬酸為準;將氧化鉍溶于硝酸中反應形成溶液B，硝酸以能完全溶解氧化鉍為準。
[0022](3)量取1/3的溶液A，將正硅酸乙酯溶于其中形成溶液C;將溶液B溶于剩余檸檬酸溶液中形成溶液D，其中，B1:Si(摩爾比)= l:2，Si離子與Bi離子之和:檸檬酸(摩爾比)=1:
0.5ο
[0023](3)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D中，分散劑各組份的濃度控制在1.0mol/L，加入溶液C和無水乙醇攪拌溶解(無水乙醇的體積是氨水體積的1/3)，之后調節(jié)pH值至I?3即獲得溶膠E。
[0024](4)將溶膠E于80 °C下水浴I?3h至凝膠化，然后在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。
[0025](5)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亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15多孔材料，熱處理溫度為600°C。所得亞穩(wěn)態(tài)Bi2Si05多孔材料中為開孔結構，晶粒尺寸約為150nm?500nm，間隙尺寸為80nm?200nm。
[0026]實施例2
[0027]一種亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15多孔材料的制備方法，包括如下步驟:
[0028](I)將檸檬酸溶于氨水中形成檸檬酸溶液A，氨水的量以能溶解檸檬酸為準;將氧化鉍溶于硝酸中反應形成溶液B，硝酸以能完全溶解氧化鉍為準。
[0029](3)量取1/3的溶液A，將正硅酸乙酯溶于其中形成溶液C;將溶液B溶于剩余檸檬酸溶液中形成溶液D，其中，B1: Si (摩爾比)=1:5的比例，Si離子與Bi離子之和:檸檬酸(摩爾比)=1:1O
[0030](3)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D中，分散劑各組份的濃度控制在1.0moI/L，加入溶液C和無水乙醇攪拌溶解(無水乙醇的體積是氨水體積的1/2)，之后調節(jié)pH值至I?3即獲得溶膠
E0
[0031](4)將溶膠E于85 °C下水浴I?3h至凝膠化，然后在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。
[0032](5)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亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15多孔材料，熱處理溫度為700°C。所得亞穩(wěn)態(tài)Bi2Si05多孔材料中為開孔結構，晶粒尺寸約為150nm?500nm，間隙尺寸為80nm?200nm。
[0033]實施例3
[0034]一種亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15多孔材料的制備方法，包括如下步驟:
[0035](I)將檸檬酸溶于氨水中形成檸檬酸溶液A，氨水的量以能溶解檸檬酸為準;將氧化鉍溶于硝酸中反應形成溶液B，硝酸以能完全溶解氧化鉍為準。
[0036](3)量取1/3的溶液A，將正硅酸乙酯溶于其中形成溶液C;將溶液B溶于剩余檸檬酸溶液中形成溶液D，其中，B1: Si (摩爾比)=1:3的比例，Si離子與Bi離子之和:檸檬酸(摩爾比)=1: 0.8 ο
[0037](3)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D中，分散劑各組份的濃度控制在0.01、0.1、0.1、0.5、
0.5、1.0mol/L，加入溶液C和無水乙醇攪拌溶解(無水乙醇的體積是氨水體積的1/2)，之后調節(jié)PH值至I?3 S卩獲得溶膠E。
[0038](4)將溶膠E于80 0C?85 °C下水浴I?3h至凝膠化，然后在140 °C?160 °C下干燥形成干凝膠，室溫下自然晾干后將粉體進行研磨過篩。
[0039](5)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亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15多孔材料，熱處理溫度為600°C。所得亞穩(wěn)態(tài)Bi2Si05多孔材料中為開孔結構，晶粒尺寸約為150nm?500nm，間隙尺寸為80nm?200nm。
【主權項】
1.一種亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15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A，將氧化鉍溶于硝酸中反應形成溶液B; (2)量取1/3的檸檬酸溶液A，將正硅酸乙酯溶于其中形成溶液C;將溶液B溶于剩余檸檬酸溶液A中形成溶液D; (3)將分散劑加入溶液D中，再加入溶液C和無水乙醇攪拌溶解，之后調節(jié)pH值至I?3SP獲得溶膠E; (4)將溶膠E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行研磨過篩得到干凝膠粉體； (5)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亞穩(wěn)態(tài)B i 2Si O5多孔材料。2.根據(jù)權利要求1所述亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15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，硝酸的量以能完全溶解氧化鉍為準。3.根據(jù)權利要求1所述亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15多孔材料的制備方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯和氧化鉍的用量滿足Bi與Si的摩爾比為(1:2)?(1:5)，且Si離子與Bi離子之和與步驟(I)中檸檬酸的摩爾比為1:(0.5?1.0)。4.根據(jù)權利要求1所述亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15多孔材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，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)權利要求4所述亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15多孔材料的制備方法，其特征在于，所述分散劑加入溶液D后，分散劑各組份的濃度范圍均為O?1.0mo I/L。6.根據(jù)權利要求4所述亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15多孔材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，無水乙醇的體積是氨水體積的I /3?I /2。7.根據(jù)權利要求1所述亞穩(wěn)態(tài)Bi2S15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600°C?700°C。
【文檔編號】C04B35/624GK105967749SQ201610292951
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】伍媛婷, 栗夢龍, 魯建, 王莉麗, 許婷
【申請人】陜西科技大學