CN103482689B - 一种微波水热/溶剂热制备纳米锡酸铅粉体的制备方法 - Google Patents

一种微波水热/溶剂热制备纳米锡酸铅粉体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种微波水热/溶剂热制备纳米锡酸铅粉体的方法，该方法首先将铅盐和锡盐溶解到稀硝酸溶液中，得到A液；然后将碱源溶解于去离子水中得到B液；在室温下将B液缓慢滴加至A液中，调节pH=7，形成白色悬浊液，将白色悬浊液过滤并用去离子水洗涤数次，得到前驱体；将上述前驱体置于水热反应釜中，加入矿化剂或溶剂，然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入MDS-10高通量超高压密闭微波消解仪中进行反应，将反应产物通过离心收集，经洗涤、干燥得到黄色纳米锡酸铅粉体。其操作工艺简单、产率高、成本低，得到的粉体的粒径大小均匀，纯度高无其他杂质相，反应周期短、反应温度低、大大降低能耗，适合大规模生产。

Description

一种微波水热/溶剂热制备纳米锡酸铅粉体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米锡酸铅粉体的制备方法，具体涉及一种微波水热/溶剂热制备纳米锡酸铅粉体的方法。
背景技术
锡酸铅是一种新型的功能材料，其不仅具有优良的铁电和介电性能，还具有特殊的催化性能，在固体推进剂中是一种重要的燃烧催化剂。纳米粉体材料粒径小，比表面积大表面原子多，表面原子由于配位不全而具有不饱和性质，纳米晶粒存在许多点阵缺陷成为高活性的反应中心使其在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优异性质。目前，纳米材料作为固体推进剂的燃速催化剂的应用研究已成为新的研究热点之一。
锡酸铅属于高温不稳定化合物，在800℃会发生分解，因此不能采用常规固相法制备。目前，制备纳米锡酸铅粉体的方法主要共沉淀法、溶胶-共沉淀法。例如，文献“纳米PbSnO3的制备及其燃烧催化性能的研究”，《无机化学学报》，2004，20(3):278-281；中国专利，一种制备纳米晶锡酸铅粉末的方法，CN1544333A。洪伟良等人在《无机化学学报》第20卷第3期278-281报道一种制备纳米PbSnO3的方法，该方法首先制备了SnO2沉淀，将SnO2沉淀加到浓氨水中转化成透明溶胶，然后加入聚乙二醇200做分散剂，再缓慢滴加Pb(AC)2溶液，生成白色沉淀，将白色沉淀静置老化6h，过滤洗涤，80℃干燥得到白色粉末，最后将白色粉末在马弗炉600℃煅烧2h。该方法反应步骤多，尤其是SnO2沉淀转化SnO2溶胶这一步比较难，且容易造成Sn4+流失，使得Pb元素和Sn元素比例很难控制在1:1，造成化学计量不准确，成分不均匀，重复性较差，还需要高温烧结，高温烧结容易造成晶粒长大且反应时间较长需达10h，还需加入大量表面活性剂，加大生产成本。现有这些方法对设备要求较高，工艺复杂，制备周期长，产品纯度较低，可重复性较差。
因此，为了实现规模化生产的目的，必须开发生产成本低、操作工艺简单、制备周期短的纳米锡酸铅粉体新工艺。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种反应周期短、反应温度低、大大降低能耗，并且操作简单、重复性好、适合大规模生产的微波水热/溶剂热制备纳米锡酸铅粉体的方法。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种微波水热/溶剂热制备纳米锡酸铅粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将铅盐和锡盐溶解于稀硝酸中，得到无色透明A液；所述的铅盐为硝酸铅或乙酸铅，所述的锡盐为四氯化锡；
（2）将碱源溶解于去离子水中得到B液；所述的碱源为氢氧化钾或氢氧化钠；
（3）室温下将B液缓慢滴加至A液中，调节pH=7，形成白色悬浊液，将白色悬浊液过滤并用去离子水洗涤数次，得到白色沉淀前驱体；
（4）将上述前驱体置于水热反应釜中，加入矿化剂或溶剂，水热反应釜的填充度控制在60%～80%；然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入MDS-10高通量超高压密闭微波消解仪中；选择温控模式进行反应，温控模式为：反应温度80℃～200℃，反应时间30min～60min，反应结束后自然冷却至室温；
（5）打开水热反应釜，将反应产物通过离心收集，经洗涤、干燥得到黄色纳米锡酸铅粉体。
按照本发明，一种优选的微波水热/溶剂热制备纳米锡酸铅粉体的制备方法，包括以下步骤：
1）将0.3312g（0.0010mol）的Pb（NO3）2和0.3501g（0.0010mol）的SnCl4溶解于质量浓度为3%的100ml稀硝酸溶液中得到A液；
2）将3.367g（0.0600mol）KOH溶解于50ml去离子水中得到B液；
3）室温下将B液缓慢滴加至A液，直至pH=7，继续反应1h，得到白色悬浊液，经过滤、离心、去离子水洗涤，得到白色沉淀前驱体；
4）将白色沉淀前驱体倒入水热反应釜中，加入2M的KOH矿化剂溶液20ml，水热反应釜的填充度控制在70%，然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入MDS-10高通量超高压密闭微波消解仪中；选择温控模式进行反应，温控模式为：反应温度为120℃，反应时间60min，反应结束后自然冷却至室温；
5）打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别用去离子水和无水乙醇洗涤后，于电热鼓风干燥箱在60℃干燥得到纳米锡酸铅粉体。
本发明的微波水热/溶剂热制备纳米锡酸铅粉体的制备方法，操作工艺简单、产率高、成本低，得到的粉体的粒径大小均匀，纯度高无其他杂质相，反应周期短、反应温度低、大大降低能耗，适合大规模生产。
附图说明
图1为实施例1所得产品的XRD图谱。
图2为实施例1所得产品的SEM图谱。
图3为实施例1所得产品的EDS图谱。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
下面的实施例是较优的例子，主要用于本领域技术人员更全面地理解本发明，但本发明不限于这些实施例。
在以下的实施例中，所用测试仪器为：
场发射扫描电镜（Quanta600FEG型），美国FEI公司产品；
X射线粉末衍射仪（D/MAX-2400型），日本理学公司产品。
离心机（Anke GL-20B型），上海安亭科学仪器厂产品。
MDS-10高通量超高压密闭微波消解仪，上海新仪微波化学科技有限公司产品。
实施例1：
1）将0.3312g（0.0010mol）的Pb（NO3）2和0.3501g（0.0010mol）的SnCl4溶解于质量浓度为3%的100ml稀硝酸溶液中得到A液，将3.367g（0.0600mol）的KOH溶解于50ml去离子水中得到B液；
2）室温下将B液缓慢滴加至A液中，直至pH=7，继续反应1h，得到白色悬浊液，经过滤、离心、去离子水洗涤，得到白色沉淀前驱体；
3）将白色沉淀前驱体倒入水热反应釜中，加入2M的KOH矿化剂溶液20ml，水热反应釜的填充度控制在70%，然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入MDS‐10高通量超高压密闭微波消解仪中；选择温控模式进行反应，温控模式为：反应温度120℃，，反应时间60min，反应结束后自然冷却至室温；
4）打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别用去离子水和无水乙醇洗涤后，于电热鼓风干燥箱在60℃干燥得到纳米锡酸铅粉体。
实施例2：
1）将0.3793g（0.0010mol）的Pb（AC）2和0.3501g（0.0010mol）的SnCl4溶解于质量浓度为3%的100ml稀硝酸溶液中，得到A液，将2.400g（0.0060mol）的NaOH溶解于50ml去离子水中得到B液；
2）室温下将B液缓慢滴加至A液中，直至pH=8，继续反应1h，得到白色悬浊液，经离心，去离子水洗涤得到白色沉淀前驱体；
3）将白色沉淀倒入水热反应釜中，加入3M的NaOH矿化剂溶液20ml，水热反应釜的填充度控制在60%，然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入MDS-10高通量超高压密闭微波消解仪中；选择温控模式进行反应，温控模式为：反应温度150℃，反应时间40min，反应结束后自然冷却至室温；
4）打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别用去离子水和无水乙醇洗涤后，于电热鼓风干燥箱在60℃干燥得到纳米锡酸铅粉体。
实施例3：
1）将0.4968g（0.0010mol）的Pb（AC）2和0.5259g（0.0010mol）的SnCl4溶解于质量浓度为5%的100ml稀硝酸溶液中得到A液，将3.600g（0.0900mol）NaOH溶解于50ml去离子水中得到B液；
2）室温下将B液缓慢滴加至A液，直至pH=8，继续反应1h，得到白色悬浊液，经离心，去离子水洗涤得到白色沉淀前驱体；
3）将白色沉淀倒入水热反应釜中，加入20ml无水乙醇，水热反应釜的填充度控制在80%，然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入MDS-10高通量超高压密闭微波消解仪中；选择温控模式进行反应，温控模式反应温度为180℃，反应30min，反应结束后自然冷却至室温；
4）打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别用去离子水和无水乙醇洗涤后，于电热鼓风干燥箱在60℃干燥得到纳米锡酸铅粉体。
从图1可以看出上述实施例制备的纳米锡酸铅粉体的XRD与文献报道一致，说明制备出来的纳米锡酸铅粉体为单一相的PbSnO3，无其它杂质相，产品纯度高。从图2可以看出，粒径较小，粒子大小均匀。从图3可以看出，原子的质量分数Pb：54.02％，Sn：30.86％，说明样品主要是由Sn和Pb两种元素组成，Sn和Pb原子百分数比约为l:1，完全符合PbSn03分子式的化学组成，样品纯度较高。其制备工艺简单，操作简便，样品纯度较高，不加入表面活性剂，为一种制备纳米锡酸铅粉体的新方法。

Claims (2)

1.一种微波水热-溶剂热制备纳米锡酸铅粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将铅盐和锡盐溶解于稀硝酸中，得到无色透明A液；所述的铅盐为硝酸铅或乙酸铅；所述的锡盐为四氯化锡；
（2）将碱源溶解于去离子水中得到B液；所述的碱源为氢氧化钾或氢氧化钠；
（3）室温下将B液缓慢滴加至A液中，调至pH=7，继续反应1h，形成白色悬浊液，将白色悬浊液过滤、离心、并用去离子水洗涤数次，得到白色沉淀前驱体；
（4）将得到的前驱体置于水热反应釜中，加入矿化剂或溶剂，水热反应釜的填充度控制在60%～80%；然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入MDS-10高通量超高压密闭微波消解仪中；选择温控模式进行反应，所述的温控模式为：反应温度为80℃～200℃，反应时间30min～60min，反应结束后自然冷却至室温；所述的矿化剂为KOH或NaOH，所述的溶剂为水或无水乙醇；
（5）打开反应釜将反应产物通过离心收集，经洗涤、干燥得到黄色纳米锡酸铅粉体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤:
1）将0.3312g（0.0010mol）的Pb（NO3）2和0.3501g（0.0010mol）的SnCl4溶解于质量浓度为3%的100ml稀硝酸溶液中得到A液；
2）将3.367g（0.0060mol）KOH溶解于50ml去离子水中得到B液，
3）室温下将B液缓慢滴加至A液中，直至pH=7，继续反应1h，得到白色悬浊液，将白色悬浊液过滤、离心、去离子水洗涤，得到白色沉淀前驱体；
4）将步骤3）得到的白色沉淀前驱体倒入水热反应釜中，加入2M的KOH矿化剂溶液20ml，水热反应釜的填充度控制在70%，然后密封水热反应釜，将水热反应釜放入MDS-10高通量超高压密闭微波消解仪中；选择温控模式进行反应，温控模式为：反应温度为120℃，反应时间60min，反应结束后自然冷却至室温；
5）打开水热反应釜，产物通过离心收集，然后分别用去离子水和无水乙醇洗涤后，于电热鼓风干燥箱在60℃干燥，得到黄色纳米锡酸铅粉体。
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