CN100532272C - 一种钛酸锶多孔球的制备方法 - Google Patents

一种钛酸锶多孔球的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的钛酸锶多孔球的制备方法，包括制备钛的羟基氧化物沉淀和锶的去离子水溶液作为反应物料，加入适宜浓度的氢氧化钾促进晶化，并添加适宜浓度的聚乙烯醇表面活性剂控制形貌，于150～200℃下，水热反应得到单分散的钛酸锶多孔球。本发明工艺过程简单，孔径和比表面积易于控制，无污染，成本低，易于规模化生产。制得的产品结晶质量稳定，粉体颗粒分散性好，比表面积大。在微电子器件、催化剂、太阳能电池、传感器、发光材料等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种钛酸锶多孔球的制备方法
技术领域
本发明涉及一种钛酸锶多孔球的制备方法，属于无机非金属材料领域。
背景技术
钛酸锶是一种非常重要的ABO3型钙钛矿复杂氧化物，由于其优良的介电性、半导性、温度稳定性以及耐高电压强度，钛酸锶已成为制备多功能电子陶瓷的重要无机材料。同时，钛酸锶有和二氧化钛相同的禁带宽度(3.2eV)，近年来，在光催化、太阳能电池光电极、传感器以及发光等领域引起了广泛的研究兴趣。多孔材料由于其独特的结构在分离、催化等领域有非常广泛的应用。多孔钛酸锶具有大的比表面积，有望提高相关方面的性能。
传统的制备钛酸锶的方法是固相反应法，这种方法虽然工艺简单，但是用这种方法制备的粉料纯度低，且由于需要高温煅烧过程，容易导致非常严重的团聚，难以控制颗粒尺寸和形貌。与此相比，液相法在控制粉体的尺寸和形貌上显示出了巨大的优势，特别是表面活性剂辅助的水热法，其操作简单，设备要求低，成本低廉，已被众多研究者采用。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、易操作，成本低廉的制备钛酸锶多孔球的方法。
本发明的钛酸锶多孔球的制备方法，采用的是水热合成法，具体步骤如下：
1)将钛酸四丁酯溶于无水乙醇，调节溶液中的Ti4+离子浓度为0.5～1.0mol/L；
2)搅拌状态下，向步骤1)制得的钛酸四丁酯的乙醇溶液中加入2～3ml的质量浓度30％的氨水溶液，沉淀，过滤，洗涤，得到钛的羟基氧化物沉淀；
3)将硝酸锶溶于去离子水，形成硝酸锶水溶液，调节溶液中锶离子的浓度为1.5～3.0mol/L；
4)将氢氧化钾和聚乙烯醇分别溶于去离子水，配置浓度为2～5mol/L的氢氧化钾水溶液和浓度为4～16g/L的聚乙烯醇水溶液；
5)将钛的羟基氧化物沉淀、硝酸锶水溶液、氢氧化钾水溶液和聚乙烯醇水溶液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的70％～90％，搅拌至少10分钟，其中钛的羟基氧化物的摩尔体积分数为0.1～0.2mol/L，锶与钛的摩尔比为3～6，氢氧化钾的摩尔体积分数为0.5～1.5mol/L，聚乙烯醇的质量体积分数为1～4g/L，摩尔体积分数的体积基数为所有引入反应釜内胆中的物料体积；
6)将步骤5)配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在150～200℃下保温2～6小时进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用0.5wt％的稀硝酸和去离子水反复洗涤反应产物，过滤、烘干，得到钛酸锶多孔球。
本发明制备过程中，使用的反应釜是聚四氟乙烯内胆，不锈钢套件密闭的反应釜。
本发明制备过程中，所说的钛酸四丁酯、硝酸锶、氢氧化钾、聚乙烯醇和无水乙醇的纯度均不低于化学纯。
本发明的有益效果在于：
本发明采用简单的高分子表面活性剂辅助的水热法制备了纯度高、结晶稳定性好、单分散、比表面积大的钛酸锶多孔球，且孔径和比表面积可以通过改变工艺参数调节。本发明的水热合成方法设备简单，工艺条件容易控制，制备的成本低廉，易于工业化生产。本发明的钛酸锶多孔球在微电子器件、催化剂、太阳能电池、传感器、发光材料等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明合成的钛酸锶多孔球的XRD图谱；
图2是本发明合成的钛酸锶多孔球的扫描电镜(SEM)照片；
图3是本发明合成的钛酸锶多孔球的N2吸附-脱附曲线。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
1)将钛酸四丁酯溶于无水乙醇，调节溶液中的Ti4+离子浓度为0.5mol/L；
2)在搅拌状态下，向钛酸四丁酯的乙醇溶液中加入2ml的30wt％的氨水溶液，沉淀，过滤，用去离子水洗涤6次，得到钛的羟基氧化物沉淀；
3)将硝酸锶溶于去离子水中，调节溶液中的Sr2+的离子浓度为1.5mol/L；
4)将氢氧化钾和聚乙烯醇分别溶于去离子水中，制得浓度为2mol/L的氢氧化钾溶液和浓度为16g/L的聚乙烯醇溶液；
5)将钛的羟基氧化物沉淀，硝酸锶水溶液、氢氧化钾水溶液和聚乙烯醇的水溶液加入到反应釜的内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料达到反应釜内胆容积的90％，搅拌10分钟，其中钛的羟基氧化物的摩尔体积分数为0.1mol/L，锶与钛的摩尔比为3，氢氧化钾的摩尔体积分数为0.5mol/L，聚乙烯醇的质量体积分数为4g/L，摩尔体积分数的体积基数为所有引入反应釜内胆中的物料体积；
6)将配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在200℃下保温6小时进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用0.5wt％的稀硝酸和去离子水反复洗涤反应产物6次，过滤、90℃烘干，得到平均粒径为200nm的单分散钛酸锶多孔球。产物的比表面积为89.2m2/g，孔容为0.27cm3/g，平均孔径为12.0nm。其XRD图谱见图1，扫描电镜(SEM)照片见图2，N2吸附-脱附曲线见图3。
实施例2
1)将钛酸四丁酯溶于无水乙醇，调节溶液中的Ti4+离子浓度为0.5mol/L；
2)搅拌状态下，向钛酸四丁酯的乙醇溶液中加入2ml的30wt％的氨水溶液，沉淀，过滤，用去离子水洗涤6次，得到钛的羟基氧化物沉淀；
3)将硝酸锶溶于去离子水中，调节溶液中的Sr2+的离子浓度为3.0mol/L；
4)将氢氧化钾和聚乙烯醇分别溶于去离子水中，制得浓度为2mol/L的氢氧化钾溶液和浓度为16g/L的聚乙烯醇溶液；
5)将钛的羟基氧化物沉淀，硝酸锶水溶液、氢氧化钾水溶液和聚乙烯醇的水溶液加入到反应釜的内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料达到反应釜内胆容积的90％，搅拌10分钟，其中钛的羟基氧化物的摩尔体积分数为0.1mol/L，锶与钛的摩尔比为6，氢氧化钾的摩尔体积分数为0.5mol/L，聚乙烯醇的质量体积分数为4g/L，摩尔体积分数的体积基数为所有引入反应釜内胆中的物料体积；
6)将配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在200℃下保温2小时进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用0.5wt％的稀硝酸和去离子水反复洗涤反应产物6次，过滤、90℃烘干，得到平均粒径为200nm的单分散钛酸锶多孔球。
实施例3
1)将钛酸四丁酯溶于无水乙醇，调节溶液中的Ti4+离子浓度为1.0mol/L；
2)搅拌状态下，向钛酸四丁酯的乙醇溶液中加入3ml的30wt％的氨水溶液，沉淀，过滤，用去离子水洗涤6次，即得到钛的羟基氧化物沉淀；
3)将硝酸锶溶于去离子水中，调节溶液中的Sr2+的离子浓度为3.0mol/L；
4)将氢氧化钾和聚乙烯醇分别溶于去离子水中，制得浓度为5mol/L的氢氧化钾溶液和浓度为4g/L的聚乙烯醇溶液；
5)将钛的羟基氧化物沉淀，硝酸锶水溶液、氢氧化钾水溶液和聚乙烯醇的水溶液加入到反应釜的内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料达到反应釜内胆容积的90％，搅拌10分钟，其中钛的羟基氧化物的摩尔体积分数为0.2mol/L，锶与钛的摩尔比为3，氢氧化钾的摩尔体积分数为1.5mol/L，聚乙烯醇的质量体积分数为1g/L，摩尔体积分数的体积基数为所有引入反应釜内胆中的物料体积；
6)将配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在150℃下保温6小时进行水热处理，让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用0.5wt％的稀硝酸和去离子水反复洗涤反应产物6次，过滤、90℃烘干，得到平均粒径为200nm的单分散钛酸锶多孔球。
实施例4
1)将钛酸四丁酯溶于无水乙醇，调节溶液中的Ti4+离子浓度为0.8mol/L；
2)搅拌状态下，向钛酸四丁酯的乙醇溶液中加入3ml的30wt％的氨水溶液，沉淀，过滤，用去离子水洗涤6次，即得到钛的羟基氧化物沉淀；
3)将硝酸锶溶于去离子水中，调节溶液中的Sr2+的离子浓度为2.4mol/L；
4)将氢氧化钾和聚乙烯醇分别溶于去离子水中，制得浓度为2mol/L的氢氧化钾溶液和浓度为10g/L的聚乙烯醇溶液；
5)将钛的羟基氧化物沉淀，硝酸锶水溶液、氢氧化钾水溶液和聚乙烯醇的水溶液加入到反应釜的内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料达到反应釜内胆容积的70％，搅拌12分钟，其中钛的羟基氧化物的摩尔体积分数为0.2mol/L，锶与钛的摩尔比为3，氢氧化钾的摩尔体积分数为0.5mol/L，聚乙烯醇的质量体积分数为2.5g/L，摩尔体积分数的体积基数为所有引入反应釜内胆中的物料体积；
6)将配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在150℃下保温6小时进行水热处理，让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用0.5wt％的稀硝酸和去离子水反复洗涤反应产物6次，过滤、90℃烘干，得到平均粒径为150nm的单分散钛酸锶多孔球。

Claims (3)

1.一种钛酸锶多孔球的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将钛酸四丁酯溶于无水乙醇，调节溶液中的Ti4+离子浓度为0.5～1.0mol/L；
2)搅拌状态下，向步骤1)制得的钛酸四丁酯的乙醇溶液中加入2～3ml的质量浓度30％的氨水溶液，沉淀，过滤，洗涤，得到钛的羟基氧化物沉淀；
3)将硝酸锶溶于去离子水，形成硝酸锶水溶液，调节溶液中锶离子的浓度为1.5～3.0mol/L；
4)将氢氧化钾和聚乙烯醇分别溶于去离子水，配置浓度为2～5mol/L的氢氧化钾水溶液和浓度为4～16g/L的聚乙烯醇水溶液；
5)将钛的羟基氧化物沉淀、硝酸锶水溶液、氢氧化钾水溶液和聚乙烯醇水溶液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的70％～90％，搅拌至少10分钟，其中钛的羟基氧化物的摩尔体积分数为0.1～0.2mol/L，锶与钛的摩尔比为3～6，氢氧化钾的摩尔体积分数为0.5～1.5mol/L，聚乙烯醇的质量体积分数为1～4g/L，摩尔体积分数的体积基数为所有引入反应釜内胆中的物料体积；
6)将步骤5)配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在150～200℃下保温2～6小时进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用0.5wt％的稀硝酸和去离子水反复洗涤反应产物，过滤、烘干，得到钛酸锶多孔球。
2.根据权利要求1所述的钛酸锶多孔球的制备方法，其特征是反应釜为聚四氟乙烯内胆，不锈钢套件密闭的反应釜。
3.根据权利要求1所述的钛酸锶多孔球的制备方法，其特征是所说的钛酸四丁酯、硝酸锶、氢氧化钾、聚乙烯醇和无水乙醇的纯度均不低于化学纯。
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