CN106430290B - 一种锡酸钇球形等级结构材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属无机非金属材料制备领域,尤其涉及一种锡酸钇球形等级结构材料制备方法,其以将乙酰丙酮钇和四氯化锡在甲醇溶液中充分溶解后,进行溶剂热反应,过滤、洗涤后,再经过干燥、煅烧冷却后即得锡酸钇球形等级结构材料。乙酰丙酮钇和四氯化锡的摩尔比为1:1;所述乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.01~0.2 mol/L。本发明工艺简便易行、产品纯度高、制备成本低,所得产品整体大球的尺寸为5~8 mm,纳米粒子的尺寸为10~20 nm。且产品的均一性、分散性都很好,且生产工艺简单,烧结温度低,易于应用于实际大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于无机非金属材料的制备技术领域,具体地说是涉及一种锡酸钇球形等级结构材料的制备方法。
背景技术
烧绿石结构 (pyrochlore)氧化物的化学结构式为A2B2O7,其中A和B为金属。烧绿石结构含有两种不同的金属阳离子配位多面体,由离子半径较大的金属离子占据A位形成八面体配位,离子半径较小的金属离子占据B位形成四面体配位,两种配位多面体相互穿插构成A2B2O7的晶体结构。由于A位原子和B位原子半径比可以在一定范围内变化,因此烧绿石结构化合物具有优异的光电磁等物理性质,而成为纳米材料领域最富有活力的研究对象。
锡基烧绿石结构材料更加特别,在一些重要的氧化反应过程,具有非常高的催化活性。优良的结构决定烧绿石型锡酸盐复合氧化物具有很多特殊的性质,如高热稳定性、高的结构稳定性、高的熔点以及优良的电子传输能力等。所以这类化合物在高温材料、离子导电性、铁电铁磁、以及光催化领域都有广泛的运用。
锡酸钇(Y2Sn2O7)的传统制备方法主要有固相法和共沉淀法。传统的高温固相合成法不仅浪费资源,产物易出现杂相、尺寸较大等缺点。共沉淀法易产生杂相,且比表面积小,影响其作为催化剂或催化剂载体的性能。在共沉淀制备工艺中,使用大量的沉淀剂,使得制备成本增加,所制备的锡酸钇纯度不高,造成致密度低、强度差等缺陷。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种工艺简单,目的产物收率高,制备成本低,产品纯度高的锡酸钇球形等级结构材料的制备方法。
为达到上述目的,本发明是这样实现的:
一种锡酸钇球形等级结构材料的制备方法,系将乙酰丙酮钇和四氯化锡在甲醇中充分溶解后,进行溶剂热反应,过滤、洗涤后,再经过干燥、煅烧冷却后即得目的产物。
作为一种优选方案,本发明所述乙酰丙酮钇和四氯化锡的摩尔比为1:1。所述乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.01~0.2 mol/L。
进一步地,本发明所述溶剂热反应温度在110~220 °C,反应时间为6~48小时。
更进一步地,本发明所述干燥时间为1~5小时,干燥温度为60~150°C,升温速率为2~10 °C/分钟。
更进一步地,本发明所述煅烧时间为2~8小时,煅烧温度为500~800 °C,升温速率为2~20 °C/分钟。
本发明利用溶剂热-煅烧两步法,成功的在低温条件下制备出了纯度较高的锡酸钇球形等级结构材料。
与现有技术相比,本发明具有如下特点。
(1)锡酸钇球形等级结构材料的制备工艺路线简单,制备成本低,操作容易控制,具有较高的生产效率,合成锡酸钇材料的形貌是球形等级结构材料,是由大量的纳米粒子组装成一个大球。大球的尺寸为5~8 mm,纳米粒子的尺寸为10~20 nm。目的产物收率高(99.0%~99.9%),可满足工业应用领域对锡酸钇球形等级结构材料产品的要求。
(2)目的产物锡酸钇球形等级结构材料,其纯度高(99.92%~99.98%),杂质含量低,分散性好(通过SEM图可以看出)。
(3)本发明制备的目的产物锡酸钇球形等级结构材料的禁带宽度为2.6~2.8 eV,可满足工业应用领域对锡酸钇材料产品的要求。
(4)本发明制备的目的产物锡酸钇球形等级结构材料用作光催化剂使用,60分钟降解率可达到(97.0%~99.4%),具有较高的催化活性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
图1为本发明所制备的锡酸钇球形等级结构材料的SEM形貌图。
图2为本发明所制备的锡酸钇球形等级结构材料的SEM形貌图。
图3为本发明所制备的锡酸钇球形等级结构材料的SEM形貌图。
图4为本发明所制备的锡酸钇球形等级结构材料的SEM形貌图。
图5为本发明所制备的锡酸钇球形等级结构材料的SEM形貌图。
图6为本发明所制备的锡酸钇球形等级结构材料的X射线衍射花样图。
图7为本发明所制备的锡酸钇球形等级结构材料的可见-紫外吸收光谱图。
图8为本发明所制备的锡酸钇球形等级结构材料的能带宽度图。
具体实施方式
本发明将乙酰丙酮钇和四氯化锡在甲醇中充分溶解后,进行溶剂热反应(温度在110~220 °C,时间为6~48小时),过滤、洗涤、干燥、煅烧冷却后即得目的产物(干燥时间为1~5小时,温度为60~120 °C,升温速率为2~10 °C/分钟。煅烧时间为2~8小时,温度为500~800°C,升温速率为2~20 °C/分钟)。
其制备步骤是。
(1)将乙酰丙酮钇和四氯化锡按照一定的摩尔比称量后,放入甲醇中充分溶解。将得到的混和溶液在一定温度下,进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在110~220 °C,溶剂热反应时间为6~48小时。
(2)溶剂热反应结束,自然冷却至室温后,将反应得到的产品过滤、洗涤后放入烘箱中,程序升温速率为2~10 °C/分钟,在60~120 °C条件下,干燥1~5 小时。
(3)上述干燥过后,将所得到的产品直接在马弗炉中煅烧,马弗炉中程序升温的升温速率范围在2~20 °C/min。煅烧时间为2~8小时,煅烧温度为500~800°C。自然冷却后即制得锡酸钇球形等级结构材料。
(4)利用所制备的锡酸钇球形等级结构材料作为光催化剂(0.1g/L),降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化实验中所用光源为500W汞灯。照射之前,含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中搅拌30分钟,达到吸附平衡后进行光照。用分光光度计测定甲基橙染料浓度变化。
参见图1~5所示,为本发明所制备的锡酸钇球形等级结构材料进行的扫描电镜(SEM)图,所得产品锡酸钇球形等级结构材料,材料的分散性好,大球的尺寸为5~8 mm,纳米粒子的尺寸为10~20 nm。图6为本发明所制备的锡酸钇球形等级结构材料的X射线衍射花样图,其PDF卡号为:20-1418。图7为本发明所制备的锡酸钇球形等级结构材料的可见紫外吸收光谱图,其吸收边在460 nm左右。图8为本发明所制备的锡酸钇球形等级结构材料的能带宽度图,禁带宽度约2.7 eV(图8)。
实施例1。
将乙酰丙酮钇和四氯化锡按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇(12C,99.95%)中搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.01 mol/L。将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在200 °C,溶剂热反应时间为24小时。溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5 °C/分钟,在120 °C条件下干燥5 小时。然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为8小时,煅烧温度为500 °C,升温速率为10 °C/分钟。自然冷却后即得到锡酸钇球形等级结构材料。大球的尺寸为5 mm,纳米粒子的尺寸为10 nm,禁带宽度为2.6 eV,其产品的收率为99.9%。产品纯度为99.95%,杂质碳含量小于0.05%。在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为97.0%。
实施例2 。
将乙酰丙酮钇和四氯化锡按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇(12C,99.95%)中搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.2 mol/L。将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在110 °C,溶剂热反应时间为48小时。溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5 °C/分钟,在120 °C条件下干燥1 小时。然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为2小时,煅烧温度为800 °C,升温速率为20 °C/分钟。自然冷却后即得到锡酸钇球形等级结构材料。大球的尺寸为8 mm,纳米粒子的尺寸为20 nm,禁带宽度为2.8 eV,其产品的收率为99.5%。产品纯度为99.92%,杂质碳含量小于0.08%。在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为99.0%。
实施例3。
将乙酰丙酮钇和四氯化锡按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇(12C,99.95%)中搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.1 mol/L。将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在200 °C,溶剂热反应时间为12小时。溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5 °C/分钟,在120 °C条件下干燥3 小时。然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为2小时,煅烧温度为600 °C,升温速率为10 °C/分钟。自然冷却后即得到锡酸钇球形等级结构材料。大球的尺寸为6 mm,纳米粒子的尺寸为15 nm,禁带宽度为2.7 eV,其产品的收率为99.9%。产品纯度99.98%,杂质碳含量小于0.02%。在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为99.0%。
实施例4。
将乙酰丙酮钇和四氯化锡按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇(12C,99.95%)中搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.02 mol/L。将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在220 °C,溶剂热反应时间为6小时。溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5 °C/分钟,在120 °C条件下干燥1小时。然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为2小时,煅烧温度为600 °C,升温速率为10 °C/分钟。自然冷却后即得到锡酸钇球形等级结构材料。大球的尺寸为7 mm,纳米粒子的尺寸为15nm,禁带宽度为2.8 eV,其产品的收率为99.8%。产品纯度为99.95%,杂质碳含量小于0.05%。在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为99.4%。
实施例5。
将乙酰丙酮钇和四氯化锡按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇(12C,99.95%)中搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.05 mol/L。将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在180 °C,溶剂热反应时间为24小时。溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5 °C/分钟,在100 °C条件下干燥2 小时。然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为8小时,煅烧温度为500 °C,升温速率为10 °C/分钟。自然冷却后即得到锡酸钇球形等级结构材料。大球的尺寸为7mm,纳米粒子的尺寸为18 nm,禁带宽度为2.7 eV,其产品的收率为99.6%。产品纯度为99.96%,杂质碳含量小于0.04%。在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为98.5%。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种锡酸钇球形等级结构材料的制备方法,其特征在于:将乙酰丙酮钇和四氯化锡按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇中搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.01mol/L;将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在200 ℃,溶剂热反应时间为24小时;溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5℃/分钟,在120 ℃条件下干燥5小时;然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为8小时,煅烧温度为500℃,升温速率为10℃/分钟;自然冷却后即得到锡酸钇球形等级结构材料;大球的尺寸为5μm,纳米粒子的尺寸为10nm,禁带宽度为2.6 eV,其产品的收率为99.9%,产品纯度为99.95%,杂质碳含量小于0.05%;在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为97.0%。
2.一种锡酸钇球形等级结构材料的制备方法,其特征在于:将乙酰丙酮钇和四氯化锡按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇中搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.2 mol/L;将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在110 ℃,溶剂热反应时间为48小时;溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5℃/分钟,在120 ℃条件下干燥1 小时;然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为2小时,煅烧温度为800℃,升温速率为20℃/分钟;自然冷却后即得到锡酸钇球形等级结构材料;大球的尺寸为8μm,纳米粒子的尺寸为20nm,禁带宽度为2.8eV,其产品的收率为99.5%,产品纯度为99.92%,杂质碳含量小于0.08%;在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为99.0%。
3.一种锡酸钇球形等级结构材料的制备方法,其特征在于:将乙酰丙酮钇和四氯化锡按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇中搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.1 mol/L;将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在200℃,溶剂热反应时间为12小时;溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5℃/分钟,在120 ℃条件下干燥3小时;然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为2小时,煅烧温度为600℃,升温速率为10 ℃/分钟;自然冷却后即得到锡酸钇球形等级结构材料;大球的尺寸为6μm,纳米粒子的尺寸为15nm,禁带宽度为2.7eV,其产品的收率为99.9%,产品纯度99.98%,杂质碳含量小于0.02%;在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为99.0%。
4.一种锡酸钇球形等级结构材料的制备方法,其特征在于:将乙酰丙酮钇和四氯化锡按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇中搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.02 mol/L;将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在220℃,溶剂热反应时间为6小时;溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5℃/分钟,在120 ℃条件下干燥1小时;然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为2小时,煅烧温度为600℃,升温速率为10℃/分钟;自然冷却后即得到锡酸钇球形等级结构材料;大球的尺寸为7μm,纳米粒子的尺寸为15 nm,禁带宽度为2.8eV,其产品的收率为99.8%,产品纯度为99.95%,杂质碳含量小于0.05%;在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为99.4%。
5.一种锡酸钇球形等级结构材料的制备方法,其特征在于:将乙酰丙酮钇和四氯化锡按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇中搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.05 mol/L;将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在180 ℃,溶剂热反应时间为24小时;溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5 ℃/分钟,在100 ℃条件下干燥2小时;然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为8小时,煅烧温度为500℃,升温速率为10 ℃/分钟;自然冷却后即得到锡酸钇球形等级结构材料;大球的尺寸为7μm,纳米粒子的尺寸为18 nm,禁带宽度为2.7eV,其产品的收率为99.6%,产品纯度为99.96%,杂质碳含量小于0.04%;在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为98.5%。
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