CN112499680B - 一种球形纳米三氧化二锑的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纳米新材料制备技术领域，具体涉及一种球形纳米三氧化二锑的制备方法，具体方法如下：1）将干燥的乙二醇锑粉末加入无水乙醇溶液中，超声分散，得到A溶液，备用；2）在烧杯中加入一定量超纯水，水浴加热，并用酸性介质调节pH至弱酸性，得到B溶液；3）将A溶液迅速倒入B溶液，搅拌均匀，充分反应，反应温度保持恒定；4）反应完成后，停止加热，静置沉淀，倒去上清液，经冷水清洗、离心干燥，最终获得球形纳米三氧化二锑粉末。本发明方法的原材料和制备工艺简单，无须在高压釜中长时间反应和高温煅烧，缩短了生产时间，降低了制备成本和能源损耗。此外，本发明方法采用弱酸性体系取代强碱体系，降低了生产设备的耐腐蚀要求和改善了生产环境。本发明方法所制备的球形纳米三氧化二锑分散性好、粒径为20‑100nm、结构稳定，可应用于锂电池、纤维、电子陶瓷等领域。

Description

一种球形纳米三氧化二锑的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米新材料制备技术领域，具体涉及一种球形纳米三氧化二锑的制备方法。
背景技术
三氧化二锑是添加型阻燃剂，由于它与卤素阻燃剂协同时有着非常好的阻燃性。广泛用于涂料、橡胶、纺织织物、塑料制品等材料的阻燃，并且在无机阻燃剂中有着非常重要的地位。近年来，三氧化二锑被发现具有较高的质子电导率和光催化效率，可作为半导体材料和光催化剂应用制造湿度传感材料、光学材料和透明薄膜等功能材料。此外，在各种金属氧化物纳米材料中，三氧化二锑由于其由于高理论容量（Sb2O3，1103 mAh•g-1）及其低电位可以有效避免锂枝晶的出现，被认为是锂离子电池中最有应用前景的负极电极材料。然而，三氧化二锑颗粒较大的粒径和较低的力学性能限制了其在诸多领域的应用。因此，为了克服上述问题，目前研究的工作主要集中在合成最小尺寸、形状为球形、分散性良好的三氧化二锑纳米粒子上。
为了得到分散性好的球形纳米三氧化二锑，研究人员在此方面提出了很多制备方法。到目前为止，国内外已有报道的球形纳米三氧化二锑制备方法主要集中在以下几个方面：[文献 1： Chin H S, et al. Journal of Materials Science, 2011, 46(15):5129-5139; 文献 2：Jha A K, et al. Biochemical Engineering Journal, 2009, 43(3):303-306; 文献 3: Zeng D W, et al. Materials Science and Engineering: A, 2004,A366:332-337 ]。即采用高压釜长时间反应、高温煅烧、强碱体系醇盐水解、高频感应激光热沉积等方法，制备获得球形纳米三氧化二锑。尽管这些方法取得了较大的进展，但仍存在以下问题：如原材料种类多、制备工艺过程复杂、耗时长、耗能高、成本高、强碱体系对设备耐腐蚀要求高、高频感应激光热沉积对生产环境要求严格且产量低等。因此，开发原材料和制备工艺简单、成本低、耗时短、节能、高效、易实现工业化生产的球形纳米三氧化二锑制备技术具有十分重要的实际意义。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明提出了一种球形纳米三氧化二锑的制备方法，在原材料和制备工艺简单、成本低、耗时短、装备简易、高效、易实现工业化生产的同时获得分散性好、粒径为 20-100nm、结构稳定的球形纳米三氧化二锑。具体技术方案如下：
该方法包括以下步骤：
（1）将干燥的乙二醇锑粉末加入无水乙醇溶液中，超声分散，得到 A 溶液， 备用；
（2）在容器中加入一定量超纯水，水浴加热，并用酸性介质调节 pH 至弱酸性，得到 B 溶液；
（3）将 A 溶液迅速倒入 B 溶液，搅拌均匀，充分反应，反应温度保持恒定；
（4）反应完成后，停止加热，放置沉淀，倒去上清液，经冷水清洗、离心干燥，最终获得球形纳米三氧化二锑粉末。
进一步的，步骤（2）所述水浴加热的温度为 50-80℃，所述酸性介质选自磷酸、硫酸、盐酸、乙酸中的一种或几种；所述弱酸性为 pH=4-6。
进一步的，步骤（3）所述反应时间为 3-5min；所述反应温度为 60-80℃。
进一步的，步骤（4）所述沉淀时间为1-2h；所述冷水选自20-25℃的去离子水、纯水、超纯水中的一种或几种；所述清洗为清洗 2-4 遍；所述球形纳米三氧化二锑粉末粒径为 20-100nm，呈规则球形。
进一步的，所述步骤（1）中乙二醇锑粉末与无水乙醇的添加质量比为：M乙二醇锑：M无水乙醇＜1：5。
进一步的，所述步骤（3）中A溶液与B溶液添加的体积比为VA溶液：VB溶液＜1：3；搅拌方式为人工搅拌、机械搅拌或磁力搅拌中的一种。
进一步的，机械搅拌为斜叶桨式搅拌、框式搅拌、平叶圆盘涡轮式搅拌或推进式搅拌中的一种。
本发明方法的反应机理：乙二醇锑（Sb2(OCH2CH2O)3）在水中会发生水解反应，反应方程式：
Sb2(OCH2CH2O)3+3H2O=Sb2O3↓+3(CH2OH)2。
当Sb2(OCH2CH2O)3发生水解时，三氧化二锑开始形核结晶并呈现出纳米级规则球状晶核，在酸性环境下，H+离子的存在会促进乙二醇锑的水解，从而促使更多的纳米级球形三氧化二锑晶核形成，同时抑制三氧化二锑晶核的长大。此外，由于三氧化二锑粒子本身带有负电荷，带负电荷的三氧化二锑粒子之间会产生排斥力，进一步抑制三氧化二锑的长大，通过调整控制反应系统溶液pH及反应浓度等相关因素，最终获得球形纳米级三氧化二锑。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：原材料和制备工艺简单，无须在高压釜中长时间反应和高温煅烧，缩短了生产时间，降低了制备成本和能源损耗。此外，本发明方法采用弱酸性体系取代强碱体系，降低了生产设备的耐腐蚀要求和改善了生产环境。本发明方法所制备的球形纳米三氧化二锑分散性好、大小均匀、结构稳定，可应用于锂电池、纤维、电子陶瓷等领域。
附图说明
图 1 为实施例 1 制备的球形纳米三氧化二锑的 SEM 形貌图。
图 2 为实施例 2 制备的球形纳米三氧化二锑的 SEM 形貌图。
图 3 为实施例 3 制备的球形纳米三氧化二锑的 SEM 形貌图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例 1
将 3.8g 干燥的乙二醇锑加入 50ml 无水乙醇溶液中，利用超声清洗仪超声分散20min，得到 A 溶液，备用。在烧杯中加入 200ml 超纯水，水浴加热至 80℃，用磷酸调节pH 至pH=6，得到 B溶液。将A溶液迅速倒入B 溶液，搅拌均匀，搅拌速率为800r/min，反应温度控制在 80℃（温度变化≤±3℃），充分反应 3min。反应完成后，停止加热，静置，沉淀1h，倒去上清液，用 20℃超纯水清洗 3 遍，离心干燥，最终获得球形纳米三氧化二锑粉末。
实施例 2
将 3.8g 干燥的乙二醇锑加入 50ml 无水乙醇溶液中，利用超声清洗仪超声分散20min，得到 A 溶液，备用。在烧杯中加入 200ml 超纯水，水浴加热至 70℃，用磷酸调节pH 至pH=4，得到 B 溶液。将A溶液迅速倒入 B 溶液，搅拌均匀，搅拌速率为800r/min，反应温度控制在 70℃（温度变化≤±3℃），充分反应 5min。反应完成后，停止加热，静置，沉淀1h，倒去上清液，用 20℃超纯水清洗 3 遍，离心干燥，最终获得球形纳米三氧化二锑粉末。
实施例 3
将 3.8g 干燥的乙二醇锑加入 50ml 无水乙醇溶液中，利用超声清洗仪超声分散20min，得到 A 溶液，备用。在烧杯中加入 200ml 超纯水，水浴加热至 60℃，用磷酸调节pH 至pH=6，得到 B 溶液。将A溶液迅速倒入 B 溶液，搅拌均匀，搅拌速率为800r/min，反应温度控制在 60℃（温度变化≤±3℃），充分反应 5min。反应完成后，停止加热，静置，沉淀1h，倒去上清液，用 20℃超纯水清洗 3 遍，离心干燥，最终获得球形纳米三氧化二锑粉末。
相比于现有技术中的煅烧法获得的纳米三氧化二锑粉末，由上述实施例所获得纳米三氧化二锑粉末的SEM图即图1-3可知：本发明方法所制备的球形纳米三氧化二锑呈规则正球形，尺寸大小均匀，粒径为 20-100nm，具有高分散性和稳定的晶体结构。本发明方法所制备的球形纳米三氧化二锑尺寸小、球形、分散性好，可作为半导体材料、光催化剂、负极材料等，广泛的应用于各领用中，是一种非常有潜力纳米新材料。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种球形纳米三氧化二锑的制备方法，其特征在于：该方法由以下步骤组成：
（1）将干燥的乙二醇锑粉末加入无水乙醇溶液中，超声分散，得到 A 溶液，
备用；
（2）在容器中加入一定量超纯水，水浴加热，并用酸性介质调节 pH 至弱酸性 pH=4-6，得到 B 溶液；
（3）将 A 溶液迅速倒入 B 溶液，搅拌均匀，充分反应 3-5min，反应温度保持恒定 60-80℃；
（4）反应完成后，停止加热，放置沉淀，倒去上清液，经冷水清洗、离心干燥，最终获得球形纳米三氧化二锑粉末。
2.根据权利要求 1 中所述的一种球形纳米三氧化二锑的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述水浴加热的温度为 50-80℃，所述酸性介质选自磷酸、硫酸、盐酸、乙酸中的一种或几种。
3.根据权利要求 1 中所述的一种球形纳米三氧化二锑的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述沉淀时间为1-2h；所述冷水选自20-25℃的去离子水、纯水、超纯水中的一种或几种；所述清洗为清洗 2-4 遍；所述球形纳米三氧化二锑粉末粒径为 20-100nm，呈规则球形。
4.根据权利要求1中所述的一种球形纳米三氧化二锑的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中乙二醇锑粉末与无水乙醇的添加质量比为：M乙二醇锑：M无水乙醇＜1：5。
5.根据权利要求1中所述的一种球形纳米三氧化二锑的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中A溶液与B溶液添加的体积比为VA溶液：VB溶液＜1：3；搅拌方式为人工搅拌、机械搅拌或磁力搅拌中的一种。
6.根据权利要求5中所述的一种球形纳米三氧化二锑的制备方法，其特征在于：机械搅拌为斜叶桨式搅拌、框式搅拌、平叶圆盘涡轮式搅拌或推进式搅拌中的一种。
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