CN105924145A - 一种Bi12SiO20多孔材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Bi12SiO20多孔材料的制备方法，利用多种分散剂的复配，使硅离子和铋离子与有机物形成络合大分子结构，各物质均匀地存在于干凝胶中，结合合理的复配浓度，使干凝胶具有合适的粘度，将干凝胶直接压制成型后，经热处理即可获得Bi12SiO20多孔材料；该方法工艺简单、周期短、设备简单、成本低、所得多孔材料的孔隙尺寸及分布可控性高。

Description

一种Bi12SiO20多孔材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及一种Bi12SiO20多孔材料的制备方法。
背景技术
目前在Bi2O3-SiO2系统中发现和研究的化合物晶相主要包括有Bi12SiO20晶体、Bi4Si3O12晶体和Bi2SiO5晶体,其中前两种为稳定化合物。稳定相Bi12SiO20晶体具有压电、光电导、光折变、电光、声光、旋光等性能。多孔材料以其特殊的结构特点，在克服了纳米粉体团聚的问题的同时，使材料本身具有更优越的性能。目前制备多孔材料的方法主要是利用固相法、溶胶-凝胶法、沉淀法等合成粉体后，再利用发泡剂、粘结剂等与粉体进行复配，经成形后制备出多孔块体材料，这些方法的制备周期长且复杂，本专利即针对目前制备多孔材料制备方法的弊端，发明了一种制备周期短而有效的Bi12SiO20多孔材料制备方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种Bi12SiO20多孔材料的制备方法，具有生产工艺简单、设备要求简单、周期短的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种Bi12SiO20多孔材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将柠檬酸溶于氨水中得到柠檬酸溶液，量取2/3的柠檬酸溶液，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A备用；将硝酸铋溶于剩余柠檬酸溶液中形成溶液B；
(2)将分散剂加入溶液B中，加入无水乙醇搅拌溶解，在不断搅拌下将加入溶液A，之后调节pH值至1～3即获得溶胶C；
(3)将溶胶C于80～85℃下水浴1～2h至凝胶化，再在140～160℃下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后进行研磨过筛得到干凝胶粉体；
(4)将过筛后的干粉直接干压成型，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料进行热处理得到Bi12SiO20多孔材料。
所述步骤(1)中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准。
所述正硅酸乙酯和硝酸铋的用量满足Si与Bi的摩尔比为(1:12)～(1:9)，且Si离子与Bi离子之和与柠檬酸的摩尔比为1：(0.4～1.0)。
所述分散剂由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇和聚乙二醇组成。
所述分散剂加入溶液B后，分散剂各组份的浓度范围均为0～0.6mol/L。
所述无水乙醇的体积是氨水体积的1～3倍。
所述步骤(4)中，所述热处理是在ZnO粉体中进行埋烧，温度为550℃～650℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的Bi12SiO20多孔材料的制备方法中，既不含有造粒及陈腐的过程，也不存在预结晶的过程，不需要在造粒和压片时加入额外的发泡剂等物质，是利用湿法过程直接将分散剂(如乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇400、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000等)与反应物形成大分子络合结构，通过控制各物质的浓度，特别是各分散剂的用量，干燥后的粉体具有一定的粘度，可进行直接压制成型。此制备方法不仅制备工艺过程少、设备简单，而且结合了湿法过程，使铋离子和硅离子可以均匀地存在于络合大分子中，从而完成均匀的结晶过程，微孔的形成过程是均匀的，因此所得Bi12SiO20多孔材料的孔隙尺寸及分布可控性较好。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的实施方式。
实施例1
(1)将柠檬酸溶于氨水(体积浓度25％～28％)中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准，量取2/3的柠檬酸溶液，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A备用；将硝酸铋溶于剩余柠檬酸溶液中形成溶液B，其中，Si：Bi(摩尔比)＝1:12，Si离子与Bi离子之和：柠檬酸(摩尔比)＝1：0.4。
(2)称量一定量的分散剂(由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇组成，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，分散剂各组份的浓度控制在0.6mol/L，再加入无水乙醇搅拌溶解(无水乙醇的体积是氨水体积的3倍)，在不断搅拌下将溶液A加入其中，之后调节pH值至1～3即获得溶胶C。
(3)将溶胶C于80℃下水浴1～2h至凝胶化。再在140℃下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后将粉体进行研磨过筛。
(4)将过筛后的干粉直接干压成形，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料在ZnO粉体中进行埋烧即获得Bi12SiO20多孔材料，热处理温度为550℃。所得Bi12SiO20多孔材料中为开孔结构，晶粒尺寸约为300nm～750nm，间隙尺寸为150nm～300nm。
实施例2
(1)将柠檬酸溶于氨水(体积浓度25％～28％)中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准，量取2/3的柠檬酸溶液，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A备用；将硝酸铋溶于剩余柠檬酸溶液中形成溶液B，其中，Si：Bi(摩尔比)＝1:9的比例，Si离子与Bi离子之和：柠檬酸(摩尔比)＝1：1。
(2)称量一定量的分散剂(由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇组成。)加入溶液B中，分散剂各组份的浓度控制在0.6mol/L，再加入无水乙醇搅拌溶解(无水乙醇的体积是氨水体积的2倍)，在不断搅拌下将溶液A加入其中，之后调节pH值至1～3即获得溶胶C。
(3)将溶胶C于80℃下水浴1～2h至凝胶化。再在160℃下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后将粉体进行研磨过筛。
(4)将过筛后的干粉直接干压成形，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料在ZnO粉体中进行埋烧即获得Bi12SiO20多孔材料，热处理温度为650℃。所得Bi12SiO20多孔材料中为开孔结构，晶粒尺寸约为300nm～750nm，间隙尺寸为150nm～300nm。
实施例3
(1)将柠檬酸溶于氨水(体积浓度25％～28％)中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准，量取2/3的柠檬酸溶液，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A备用；将硝酸铋溶于剩余柠檬酸溶液中形成溶液B，其中，Si：Bi(摩尔比)＝1:10的比例，Si离子与Bi离子之和：柠檬酸(摩尔比)＝1：0.8。
(2)称量一定量的分散剂(由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇组成)加入溶液B中，分散剂各组份的浓度控制在0.01、0.1、0.1、0.5、0.5、0.6mol/L，再加入无水乙醇搅拌溶解(无水乙醇的体积与氨水体积相等)，在不断搅拌下将溶液A加入其中，之后调节pH值至1～3即获得溶胶C。
(3)将溶胶C于80℃下水浴1～2h至凝胶化。再在150℃下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后将粉体进行研磨过筛。
(4)将过筛后的干粉直接干压成形，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料在ZnO粉体中进行埋烧即获得Bi12SiO20多孔材料，热处理温度为600℃。所得Bi12SiO20多孔材料中为开孔结构，晶粒尺寸约为300nm～750nm，间隙尺寸为150nm～300nm。

Claims (7)

1.一种Bi12SiO20多孔材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将柠檬酸溶于氨水中得到柠檬酸溶液，量取2/3的柠檬酸溶液，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液A备用；将硝酸铋溶于剩余柠檬酸溶液中形成溶液B；
(2)将分散剂加入溶液B中，加入无水乙醇搅拌溶解，在不断搅拌下将加入溶液A，之后调节pH值至1～3即获得溶胶C；
(3)将溶胶C于80～85℃下水浴1～2h至凝胶化，再在140～160℃下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后进行研磨过筛得到干凝胶粉体；
(4)将过筛后的干粉直接干压成型，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料进行热处理得到Bi12SiO20多孔材料。
2.根据权利要求1所述Bi12SiO20多孔材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，氨水的量以能溶解柠檬酸为准。
3.根据权利要求1所述Bi12SiO20多孔材料的制备方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯和硝酸铋的用量满足Si与Bi的摩尔比为(1:12)～(1:9)，且Si离子与Bi离子之和与柠檬酸的摩尔比为1：(0.4～1.0)。
4.根据权利要求1所述Bi12SiO20多孔材料的制备方法，其特征在于，所述分散剂由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇和聚乙二醇组成。
5.根据权利要求4所述Bi12SiO20多孔材料的制备方法，其特征在于，所述分散剂加入溶液B后，分散剂各组份的浓度范围均为0～0.6mol/L。
6.根据权利要求1所述Bi12SiO20多孔材料的制备方法，其特征在于，所述无水乙醇的体积是氨水体积的1～3倍。
7.根据权利要求1所述Bi12SiO20多孔材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述热处理是在ZnO粉体中进行埋烧，温度为550℃～650℃。
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