CN106044854A - 一种亚微米级三氧化二钒粉体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种亚微米级三氧化二钒粉体的制备方法，主要包括以下步骤：(1)配制草酸溶液；(2)将草酸溶液加热，加入五氧化二钒粉体，搅拌下反应，直至完全溶解，得到草酸氧钒溶液；(3)向草酸氧钒溶液中缓慢加入氨水，搅拌下反应，产生沉淀；(4)沉淀过滤后烘干，得到高活性前驱体；(5)前驱体置于惰性气氛中焙烧，得到亚微米级三氧化二钒粉体。本发明方法得到的三氧化二钒粉体产品纯度高，物相单一；颗粒类球状，大小均匀，粒度小于1μm，在亚微米级别，颗粒表面活性高，有利于进一步加工使用。且本发明工艺简单，易于操作，成本低，无需在氢气或其它还原气氛下进行，安全性高，三废处理量少，易于工业化生产。

Description

一种亚微米级三氧化二钒粉体的制备方法
技术领域
本发明属于化工材料技术领域，特别涉及一种亚微米级三氧化二钒粉体的制备方法。
背景技术
V2O3有两个与温度有关的相变。在约160K发生低温反铁磁绝缘相(AFI)到高温顺磁金属相(PM)的一级相变，电阻率变化呈负温度系数(NTC)特性，单晶电阻率突变达7个数量级。在约350K到540K的范围发生低温顺磁金属相(PM)到高温顺磁金属相(PM)的二级相变，电阻率变化呈正温度系数(PTC)特性，同时磁化率，光透射率和反射率也产生突变。
V2O3材料具有优异的光、电、磁性质，不但可以作为热电开关、磁开关、光开关、时间开关，而且在气敏传感器、全息存储材料、电热致变色显示材料、非线性电阻材料等方面具有广泛的应用。
V2O3粉体的制备方法有采用石墨或碳与五氧化二钒混合，高温下还原得到三氧化二钒粉体，但得到的粉体颗粒粗大，且物相不纯，容易生成其它低价氧化钒相；也有在H2气氛或其它还原气氛中还原V2O5粉体或分解钒的前驱体NH4VO3、VOCl2、氧钒(IV)碱式碳酸铵来制备三氧化二钒粉体，但采用氢气等还原气作为还原剂时，存在着爆炸的安全隐患，对反应设备及操作控制要求较高；在N2气氛中700℃热分解含肼钒盐可制得10～40μm V2O3粉体，该方法反应条件温和，但前驱体较难获得。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种亚微米级三氧化二钒粉体的制备方法。
一种亚微米级三氧化二钒粉体的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制草酸溶液；
(2)将草酸溶液加热至40～100℃，加入五氧化二钒粉体，搅拌下反应，直至完全溶解，得到草酸氧钒溶液；反应温度的高低直接影响反应速度的快慢；
(3)向草酸氧钒溶液中缓慢加入质量浓度为1％～28％，优选为10％～20％的氨水，搅拌下反应，产生沉淀；
(4)沉淀过滤后在80～200℃烘干，得到前驱体；
(5)前驱体置于惰性气氛中焙烧，焙烧温度为600～1100℃，优选为750～1000℃；时间为0.2～6h，优选为0.5～3h；得到亚微米级三氧化二钒粉体。
步骤(3)中，所述草酸氧钒溶液中若含有不溶物杂质，需先过滤去除不溶物杂质，再加入氨水。
步骤(1)中，所述草酸溶液为草酸水溶液，浓度为0.1～13mol/L，优选为5～10mol/L。
步骤(2)中，加入五氧化二钒与草酸的质量比为1:(1～6)；考虑五氧化二钒的完全反应程度和节约草酸的使用量，加入五氧化二钒与草酸的质量比优选为1:(2～5)。反应过程中会放热并产生大量气体，需控制五氧化二钒的加入速度。
步骤(3)中，加入氨水的终点为pH＝8～14，优选为pH＝8～10。
步骤(4)中，为在80～200℃烘干24～96h，保证前驱体烘干以便后续操作。
步骤(5)中，所述惰性气体为氩气或氮气。
本发明制备三氧化二钒的原理为：采用草酸溶液将五氧化二钒还原为草酸氧钒溶液，然后加入氨水使其沉淀得到高活性的前驱体，前驱体在高温惰性气氛下焙烧进一步还原得到亚微米级三氧化二钒粉体。
本发明的有益效果为：
(1)设备原料简单，廉价易得，成本低；工艺简单，易于操作，无需在氢气或其它还原气氛下进行，安全性高，三废处理量少，易于工业化生产。
(2)工艺过程没有引入其它金属杂质元素，产品纯度高，物相单一。
(3)本发明方法得到的三氧化二钒粉体颗粒类球状，大小均匀，粒度小于1μm，在亚微米级别，颗粒表面活性高，有利于进一步加工使用。
(4)本发明方法还可以用于三氧化二钒的共沉淀掺杂，以改变三氧化二钒的相变温度等特性，相比于固相掺杂，该法掺杂更加均匀。
附图说明
图1为本发明一种亚微米级三氧化二钒粉体的制备工艺流程；
图2为实施例3制备得到的三氧化二钒粉体的XRD谱图；
图3为实施例3制备得到的三氧化二钒粉体的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
实施例1：
采用分析纯草酸和去离子水配制5mol/L的草酸溶液1L，加热至70℃，加入100g五氧化二钒粉体(纯度4N)，搅拌反应使之完全溶解；待溶液冷却后过滤，除去不溶杂质；滤液中加入10wt％浓度氨水产生沉淀至pH＝8～9；沉淀物过滤后放入烘箱中100℃烘干36h，得到的高活性前驱体置于氩气气氛中于800℃焙烧1h，氩气气氛下降温冷却至室温，得到黑色的三氧化二钒粉体产品，颗粒类球状，大小均匀，粒度小于1μm，在亚微米级别。ICP-AES分析产品纯度大于99.8％。
实施例2：
采用化学纯草酸和去离子水配制8mol/L的草酸溶液1L，加热至80℃，加入200g五氧化二钒粉体(纯度4N)，搅拌反应使之完全溶解；待溶液冷却后过滤，除去不溶杂质；滤液中加入15wt％浓度氨水沉淀至pH＝9左右；沉淀物过滤后放入烘箱中120℃烘干48h，得到的前驱体置于氩气气氛中于900℃焙烧1.5h，氩气气氛下降温冷却至室温，得到黑色的三氧化二钒粉体产品，颗粒类球状，大小均匀，粒度小于1μm，在亚微米级别。ICP-AES分析产品纯度大于99.5％。
实施例3：
采用优级纯草酸和去离子水配制10mol/L的草酸溶液2L，加热至90℃，加入400g五氧化二钒粉体(纯度4N)，搅拌反应使之完全溶解；待溶液冷却后过滤，除去不溶杂质；滤液中加入20wt％浓度氨水沉淀至pH＝10左右；沉淀物过滤后放入烘箱中120℃烘干72h，得到的前驱体置于氩气气氛中于950℃焙烧2h，氩气气氛下降温冷却至室温，得到黑色的三氧化二钒粉体产品。ICP-AES分析产品纯度大于99.9％。粉体的XRD谱图如图2所示，衍射峰尖锐，无杂峰。粉体的扫描电镜照片如图3所示，颗粒类球状，大小均匀，粒度小于1μm，在亚微米级别。
实施例4：
采用分析纯草酸和去离子水配制6mol/L的草酸溶液10L，加热至60℃，加入1000g五氧化二钒粉体(纯度4N)，搅拌反应使之完全溶解；待溶液冷却后过滤，除去不溶杂质；滤液中加入25wt％浓度氨水沉淀至pH＝10左右；沉淀物过滤后放入烘箱中150℃烘干96h，得到的前驱体置于氩气气氛中于1000℃焙烧3h，氩气气氛下降温冷却至室温，得到黑色的三氧化二钒粉体产品，颗粒类球状，大小均匀，粒度小于1μm，在亚微米级别。ICP-AES分析产品纯度大于99.3％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何简单变换，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种亚微米级三氧化二钒粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制草酸溶液；
(2)将草酸溶液加热至40～100℃，加入五氧化二钒粉体，搅拌下反应，直至完全溶解，得到草酸氧钒溶液；
(3)向草酸氧钒溶液中缓慢加入质量浓度为1％～28％的氨水，搅拌下反应，产生沉淀；
(4)沉淀过滤后在80～200℃烘干，得到前驱体；
(5)前驱体置于惰性气氛中焙烧，焙烧温度为600～1100℃，时间为0.2～6h，得到亚微米级三氧化二钒粉体。
2.根据权利要求1所述的一种亚微米级三氧化二钒粉体的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述草酸氧钒溶液中若含有不溶物杂质，需先过滤去除不溶物杂质，再加入氨水。
3.根据权利要求1所述的一种亚微米级三氧化二钒粉体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述草酸溶液为草酸水溶液，浓度为0.1～13mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种亚微米级三氧化二钒粉体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，加入五氧化二钒与草酸的质量比为1:(1～6)。
5.根据权利要求1所述的一种亚微米级三氧化二钒粉体的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，加入氨水的终点为pH＝8～14。
6.根据权利要求1所述的一种亚微米级三氧化二钒粉体的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述惰性气体为氩气或氮气。
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