CN107082449B - 一种草酸二酰肼燃烧法制备锆酸钇的方法 - Google Patents

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Abstract

一种草酸二酰肼燃烧法制备锆酸钇的方法，将Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O加入到去离子水中，配制成溶液，将草酸二酰肼的水溶液采用逐滴加入的方式加入到溶液中，得到混合溶液；将混合溶液搅拌后，蒸发水分，加热后获得蓬松块体；将蓬松块体在500℃～700℃下热处理1～3h，得到锆酸钇。本发明工艺简单，便捷，易操作，制备成本较低；本发明能够促进粉体低温烧结，有利于合成高烧结活性的锆酸钇粉体；反应体系温和、可控，燃烧产物杂质极少，产物损失率少，并且草酸二酰肼燃烧短时间释放的热量，能够促进材料的低温快速合成，相较现有高温固相法具有节能环保的优点。

Description

一种草酸二酰肼燃烧法制备锆酸钇的方法
技术领域
本发明属于材料制备领域，具体涉及一种草酸二酰肼燃烧法制备锆酸钇的方法。
背景技术
近年来，Re2Zr2O7(Re＝稀土元素)型三元氧化物的引起了研究者们极大的关注。这类复合氧化物主要为烧绿石型结构(Fd3m空间群)或者缺陷萤石型结构(Fm3m空间群)。随着阳离子半径比的减少烧绿石型结构会逐渐的转变为缺陷萤石型结构。由于Y3+具有较小的尺寸，所以锆酸钇(Y2Zr2O7)为缺陷萤石型结构。
作为一类重要的功能材料，稀土锆酸盐由于具有低热导率、高热膨胀系数、高稳定性和适应缺陷的能力，它们的合成与性能研究引起了人们的极大关注。
由于具有较高的熔点，稀土锆酸盐一般采用固相法在较高温度下长时间反应获得。这种方法的缺点在于晶粒尺寸较大且难以控制，存在化学计量损失。近些年来，研究者们致力于采用软化学法如共沉淀法、溶胶凝胶法、无机溶胶凝胶法、水热法等制备稀土锆酸盐。
现有报道的锆酸钇制备方法主要为溶胶凝胶法、水热法和高温固相烧结法。如Jovaní Marc等[Jovaní Marc,Sanz Ana,et al.New red-shade environmental-friendlymultifunctional pigment based on Tb and Fe doped Y2Zr2O7for ceramicapplications and cool roof coatings[J].Dyes and Pigments,133(2016)33-40.]，Linhui Gao等[Linhui Gao,Yue An,et al.Hydrothermal synthesis andphotoluminescence properties of Y2Zr2O7:Tb3+phosphors[J].Journal of MaterialsScience,46(2011):1337-1340.]以及Hui Li等[Hui Li,Qiang Tao,et al.Pressure-induced structural transition of Y2Zr2O7[J].Journal of Alloys and Compounds,660(2016):446-449.]均采用以上提到的方法制得目标产物。以上的方法中，高温固相烧结法缺点在于合成温度高，生成产物尺寸较大，不能控制粒径，由于组分分布不均而存在不纯相，有化学计量损失；单纯的溶胶凝胶法的缺点在于反应物的生成温度较高，反应时间较长。水热法的优点在于克服了组分分布不均，存在化学计量损失的缺点，然而对于设备的要求较高，且反应时间较长。
发明内容
本发明的目的在于提出一种草酸二酰肼燃烧法制备锆酸钇的方法，此方法能够制备出高烧结活性、均匀性好、纯净的多孔块状Y2Zr2O7粉体。本发明工艺简单、重复性好、所需设备简单、产物纯度高，并且能在较低的温度下，生成高烧结活性的锆酸钇粉体。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种草酸二酰肼燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O加入到去离子水中，配制成溶液，其中，Y与Zr的摩尔比为1:1；
2)将草酸二酰肼的水溶液采用逐滴加入的方式加入到溶液中，得到混合溶液；其中，草酸二酰肼与Y(NO3)3·6H2O的摩尔比为(2～4)︰1；
3)将混合溶液搅拌后，蒸发水分，获得白色凝胶；
4)将白色凝胶高温加热后获得蓬松块体；
5)将蓬松块体在500℃～700℃下热处理1～3h，得到锆酸钇。
本发明进一步的改进在于，步骤1)中溶液中Y(NO3)3·6H2O的浓度为0.1～0.5mol/L。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中草酸二酰肼的水溶液的浓度为1～2mol/L。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中搅拌的转速为350～500转/分钟，时间为2～3h。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中蒸发水分的温度为60～80℃，时间为3～5h。
本发明进一步的改进在于，步骤4)中高温加热的温度为350～400℃，时间为5～15min。
本发明进一步的改进在于，进行热处理前进行研磨。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供了一种合成温度低、制备工艺简单的新的合成方法—草酸二酰肼燃烧法制备锆酸钇，利用草酸二酰肼(C2H6N4O2)与金属硝酸盐混合燃烧的方式制备锆酸钇，是一种采用软化学法低温合成稀土锆酸盐的方法。与其他络合剂一样，草酸二酰肼与金属硝酸盐混合，在达到燃烧点时，快速释放热量，促进氧化物的快速形成。在燃烧过程中，同时释放的CO2气体有利于造孔和提高固体氧化物比表面积，有利于粉体的光催化活性的提高。本发明所用方法制备的Y2Zr2O7粉体的优势在于：(1)是非爆炸式的氧化还原放热反应，燃烧产生大量的气体，且可自我维持，能够获得高比表面积的氧化物粉体，并且产物呈多孔块状形貌，结晶度高；(2)前期反应过程在溶液中进行，能够保证化学计量比的精确性和产物成分的均匀性，所得粉料粒度较细且分布均匀(可达亚微米级、甚至纳米级)，而且粉料无明显的硬团聚；(3)工艺简单，便捷，不需要特殊的设备，易操作，制备成本较低；(4)避免了高温烧结过程中产生的硬团聚会大大降低粉体的烧结活性，能够促进粉体低温烧结，有利于合成高烧结活性的锆酸钇粉体；(5)反应体系温和、可控，燃烧产物杂质极少，产物损失率少，并且草酸二酰肼燃烧短时间释放的热量，能够促进材料的低温快速合成，相较现有高温固相法具有节能环保的优点。
附图说明
图1为本发明在实例2的条件下制得的多孔块状Y2Zr2O7粉体的X射线衍射(XRD)图谱。
图2为本发明在实例2条件下所制备的多孔块状Y2Zr2O7粉体在1万放大倍率下的扫描电镜(SEM)照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
实施例1
1)将称取分析纯的Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O于烧杯中，用去离子水溶解，配制成Y离子浓度为0.1mol/L的溶液，其中，Y与Zr摩尔比为1:1。
2)以草酸二酰肼作为络合剂和燃烧剂，采用逐滴加入的方式将1mol/L草酸二酰肼的水溶液加入到搅拌均匀的溶液中，得到混合溶液；其中，草酸二酰肼与Y(NO3)3·6H2O的摩尔比为2︰1。
3)经过磁力搅拌器转速为350转/分钟下搅拌2h，得到稳定的混合溶液，将稳定的混合溶液放入恒温磁力搅拌中，控制温度为60℃，水浴5h后，蒸发多余水分，获得白色凝胶。
4)将所得的白色凝胶置于温度已经预热到350℃马弗炉中，反应10min，促使混合物燃烧，获得蓬松块体。
5)将获得的蓬松块体置于玛瑙研钵中研磨5min，然后置于马弗炉中，在500℃温度下热处理3h，即可得到目标产物锆酸钇(Y2Zr2O7)。
实施例2
1)将分析纯的Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O于烧杯中，用去离子水溶解，配制成Y离子浓度为0.2mol/L的溶液，其中Y与Zr摩尔比为1:1。
2)以草酸二酰肼作为络合剂和燃烧剂，采用逐滴加入的方式将1mol/L草酸二酰肼的水溶液加入到搅拌均匀的溶液中，得到混合溶液；其中，草酸二酰肼与Y(NO3)3·6H2O的摩尔比为3︰1。
3)经过磁力搅拌器转速为500转/分钟下搅拌2h，得到稳定的混合溶液，将稳定的混合溶液放入恒温磁力搅拌中，控制温度为80℃，水浴5h后，蒸发多余水分，获得白色凝胶。
4)将所得的白色凝胶置于温度已经预热到350℃马弗炉中，反应5min，促使混合物燃烧，获得蓬松块体。
5)将获得的蓬松块体置于玛瑙研钵中研磨5min，然后置于马弗炉中，在600℃温度下热处理2h，即可得到目标产物锆酸钇(Y2Zr2O7)。
从图1可以看出，本发明采用草酸二酰肼燃烧法成功制备出Y2Zr2O7(对比ICDD卡片号：01-074-9311)。
从图2可以看出，采用草酸二酰肼燃烧法制备的Y2Zr2O7呈有孔大块形貌。
实施例3
1)将分析纯的Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O于烧杯中，用去离子水溶解，配制成浓度为0.3mol/L的溶液，其中Y与Zr摩尔比为1:1。
2)以草酸二酰肼作为络合剂和燃烧剂，采用逐滴加入的方式将1.5mol/L草酸二酰肼的水溶液加入到搅拌均匀的溶液中，得到混合溶液；其中，草酸二酰肼与Y(NO3)3·6H2O的摩尔比为3︰1。
3)经过磁力搅拌器转速为400转/分下搅拌3h，得到稳定的混合溶液，将稳定的混合溶液放入恒温磁力搅拌中，控制温度为70℃，水浴4h后，蒸发多余水分，获得白色凝胶。
4)将所得的白色凝胶置于温度已经预热到400℃马弗炉中，反应15min，促使混合物燃烧，获得蓬松块体。
5)将获得的蓬松块体置于玛瑙研钵中研磨5min，然后置于马弗炉中，在700℃温度下热处理1h，即可得到目标产物锆酸钇(Y2Zr2O7)。
实施例4
1)将分析纯的Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O于烧杯中，用去离子水溶解，配制成浓度为0.5mol/L溶液，其中Y与Zr摩尔比为1:1。
2)以草酸二酰肼作为络合剂和燃烧剂，采用逐滴加入的方式将2mol/L草酸二酰肼的水溶液加入到搅拌均匀的溶液中，得到混合溶液；其中，草酸二酰肼与Y(NO3)3·6H2O的摩尔比为3︰1。
3)经过磁力搅拌器转速为450转/分钟下搅拌3h，得到稳定的混合溶液，将稳定的混合溶液放入恒温磁力搅拌中，控制温度为80℃，水浴3h后，蒸发多余水分，获得白色凝胶。
4)将所得的白色凝胶置于温度已经预热到400℃马弗炉中，反应15min，促使混合物燃烧，获得蓬松块体。
5)将获得的蓬松块体置于玛瑙研钵中研磨5min，然后置于马弗炉中，在650℃温度下热处理1h，即可得到目标产物锆酸钇(Y2Zr2O7)。
本发明具有以下优点：
1)此方法制得的产物呈多孔块状形貌，结晶度高。
2)此方法不需要特殊设备，工艺简单易操作，制备成本较低。
3)此方法在前期草酸二酰肼燃烧时，释放的CO2可以造孔，促进锆酸钇比表面积的扩大，有利于粉体的光催化活性的提高。
4)草酸二酰肼燃烧短时间释放的热量，能够促进材料的低温快速合成，相较现有高温固相法具有节能环保的优点。

Claims (4)

1.一种草酸二酰肼燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O加入到去离子水中，配制成溶液，其中，Y与Zr的摩尔比为1:1；
2)将草酸二酰肼的水溶液采用逐滴加入的方式加入到溶液中，得到混合溶液；其中，草酸二酰肼与Y(NO3)3·6H2O的摩尔比为(2～4)︰1；
3)将混合溶液搅拌后，蒸发水分，获得白色凝胶；
4)将白色凝胶高温加热后获得蓬松块体；
5)将蓬松块体在500℃～700℃下热处理1～3h，得到锆酸钇；
步骤2)中草酸二酰肼的水溶液的浓度为1～2mol/L；
步骤3)中搅拌的转速为350～500转/分钟，时间为2～3h；
步骤4)中高温加热的温度为350～400℃，时间为5～15min。
2.根据权利要求1所述的一种草酸二酰肼燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，步骤1)中溶液中Y(NO3)3·6H2O的浓度为0.1～0.5mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种草酸二酰肼燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，步骤3)中蒸发水分的温度为60～80℃，时间为3～5h。
4.根据权利要求1所述的一种草酸二酰肼燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，进行热处理前进行研磨。
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