CN115744988A - 钼酸铋复合纳米粉体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钼酸铋复合纳米材料的制备方法，包括如下步骤：以硝酸铋为原料溶于少量硝酸溶液，加入相同金属离子浓度的柠檬酸，并加0.5～2wt％的PEG6000作为分散剂，完全溶解后加去离子水，记为金属离子溶液A，恒温水浴中慢慢加热至70～90℃，同时机械搅拌，以七钼酸铵为原料溶于去离子水，然后分别加入相同浓度的柠檬酸、草酸，记作金属离子溶液B，移至滴液漏斗，缓慢滴加至溶液A中，继续保持恒温水浴温度不变，搅拌至出现凝胶，120℃干燥12小时，研磨30分钟，650～800℃，煅烧30～120分钟即可。本发明属于无机非金属材料制备工艺技术领域，具体是一种钼酸铋复合纳米粉体的制备方法，有效解决纳米粉体制备产率低下、生产成本较高的问题。
Description
技术领域
本发明属于无机非金属材料制备工艺技术领域，具体是指钼酸铋复合纳米粉体的制备方法。
背景技术
众所周知，氧化铋-氧化钼(Bi1-xMoxO3)材料具有优越的光、电、磁性能，特别是在有机合成催化和电子陶瓷工业(0＜x＜0.25)高科技领域已经得到广泛应用。通过最近四十年的研究发现，氧化铋-氧化钼会结合形成很多化合物，而且也以不同的物相存在。目前具体已知的可用作催化剂的钼酸铋主要有三种物相，包括α-钼酸铋(Bi2Mo3O12)、β-钼酸铋(Bi2Mo2O9)、γ-钼酸铋(Bi2MoO6)。α相是执行实际的催化功能相，γ相负责催化剂再氧化功能；这两相紧密接触时发挥的性能好于彼此独立的单相或两相移开时的性能总和。另外也认为α相和γ相之间由于协同作用形成了β相，构成了实际的优良催化剂。掺杂少量MoO3的δ-Bi2O3材料也是一种重要的固体电解质材料。当钼酸铋晶粒尺寸小到纳米尺度时，由于小尺寸效应、量子效应高界面体积比效应，使材料的反应活性大大增强，其催化性质、电学性质发生很大变化，可在较大程度上改善材料的性能。所以，本发明对提高钼酸铋材料体系的性能和探索发现新的钼酸铋体系等领域具有重要意义。
目前钼酸铋粉体的制备方法主要有溶胶凝胶、水热合成、固相反应法等，其中溶胶凝胶法成本比较低廉而且最具产业化生产，无污染。但是迄今为止还没有文献报道过能合成不同Bi/Mo的钼酸铋复合纳米粉体。由于氧化铋-氧化钼作为催化剂大量应用于烯烃氧化脱氢，水热合成效率比较低下远不能满足需求；固相反应合成能耗较大，不符合社会“低碳”的大方向，而且晶粒尺寸不容易控制。所以，研究探索一些工艺简单、效率较高、无污染且成本低廉的方法来制备钼酸铋复合纳米粉体具有很多的现实意义。本发明提供了这样一种新型的合成工艺制备不同Bi/Mo的钼酸铋复合纳米粉体。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种钼酸铋复合纳米粉体的制备方法，有效解决纳米粉体制备产率低下、生产成本较高的问题，是一种新型化学方法制备不同Bi/Mo的钼酸铋复合纳米粉体的方法。
为了实现上述功能，本发明采取的技术方案如下：一种钼酸铋复合纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：首先以硝酸铋Bi(NO3)3·5H2O为原料溶于少量硝酸溶液，配制成Bi3+金属离子浓度为0.1～2mol·L-1的溶液，然后加入相应Bi3+浓度的柠檬酸C6H5O7，并加0.5～2wt％的聚乙二醇PEG6000作为分散剂，记作金属离子溶液A。
步骤二：以七(仲)钼酸铵(NH4)6Mo7O24·4H2O为原料溶于去离子水，配制成与Bi3+浓度相对应的Mo3+金属离子浓度溶液，然后分别加入相同浓度的柠檬酸C6H5O7和草酸H2C2O4，配制成等体积的溶液，记作金属离子溶液B。
步骤三：将配制好的A溶液置于恒温水浴中慢慢加热至80℃，同时机械搅拌；将配制好的B溶液移至滴液漏斗，缓慢滴加至溶液A中，继续保持恒温水浴温度不变，搅拌至出现凝胶，最后取出凝胶。
步骤四：将上述凝胶进行干燥，干燥温度为120℃，干燥时间12小时(凝胶变为蓝色物体)；然后进行研磨30分钟，得到前驱粉体。
步骤五：最后进行煅烧，煅烧温度为500～800℃，煅烧时间30～120分钟，得到单一相的纳米粉体。
采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本方案通过溶胶凝胶法制备不同Bi/Mo的钼酸铋复合纳米粉体。在制备过程中，将Mo6+溶液滴加到加热的Bi3+溶液(80℃)，并快速搅拌，刚开始是无色透明溶液；随着反应进行，通过溶液中的螯合剂得到金属离子螯合物；螯合物中的水分不断挥发，最后得到凝胶；然后凝胶干燥12小时，温度的控制比较严格(120℃)，过高则凝胶自燃，由于晶粒细小导致凝胶部分产物流失，使得产物中的Bi/Mo偏离理论值。经过120℃的干燥后，得到蓬松的绿色粉末，然后研磨30分钟；然后马弗炉650℃-800℃(Bi/Mo不同煅烧温度不同)煅烧，主要是MoO3固溶到Bi2O3晶粒中，以及去除有机物。最后得到单一相的钼酸铋复合纳米粉体。
在粉体制备过程中，若金属离子浓度过高，粒子由于布朗运动而碰撞并团聚，形成更大的颗粒，最终形成颗粒的分散。此外，分散剂聚乙二醇(PEG6000)的适量加入，有利于阻碍颗粒长大，以及改善沉淀粒子的分散性。实验证明金属离子总浓度在0.1-2mol·L-1，分散剂的加入量为溶液总量的0.5％-2％。
具体实施方式
本实施例是用溶胶-凝胶法制备纳米1.3Bi2O3-MoO3粉体，其具体制备过程和步骤：
实施例：
步骤一：首先以硝酸铋Bi(NO3)3·5H2O为原料溶于少量硝酸溶液，配制成Bi3+金属离子浓度为0.26mol·L-1的溶液50ml，然后加入浓度为0.26mol·L-1的柠檬酸C6H5O7，并加质量分数为0.1％的聚乙二醇PEG6000作为分散剂，，待完全溶解后加去离子水，记为金属离子溶液A。
步骤二：以七(仲)钼酸铵(NH4)6Mo7O24·4H2O为原料溶于去离子水，配制成Mo3+金属离子浓度为0.1mol·L-1的溶液，然后分别加入相同浓度的柠檬酸C6H5O7、草酸H2C2O4，配制成等50ml的溶液，记作金属离子溶液B。
步骤三：将配制好的A溶液置于恒温水浴中慢慢加热至80℃，同时机械搅拌；将配制好的B溶液移至滴液漏斗，缓慢滴加至溶液A中，继续保持恒温水浴温度不变，搅拌至出现凝胶，最后取出凝胶。
步骤四：上述凝胶进行干燥，干燥温度为120℃，干燥时间12小时(凝胶变为蓝色物体)；然后进行研磨30分钟，得到前驱粉体。
步骤五：最后进行煅烧，煅烧温度为700℃，煅烧时间30分钟。
本发明实例中制得的产品经过X射线衍射仪，分析结果表明粉体为均一的单斜相Bi26Mo10O69，经谢乐公式计算粉体晶粒尺寸在31纳米左右。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.钼酸铋复合纳米粉体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：以硝酸铋为原料溶于少量硝酸溶液，配制成Bi3+金属离子浓度为0.1～2mol·L-1的溶液，然后加入相同金属离子浓度的柠檬酸，并加0.5～2wt％的PEG6000作为分散剂，待完全溶解后加去离子水，记为金属离子溶液A。
步骤二：按所需浓度比例，以七钼酸铵为原料溶于去离子水，然后分别加入相同浓度的柠檬酸、草酸，配制成等与A溶于等量的溶液，记作金属离子溶液B。
步骤三：将配制好的A溶液置于恒温水浴中慢慢加热至70～90℃，同时机械搅拌；将配制好的B溶液移至滴液漏斗，缓慢滴加至溶液A中，继续保持恒温水浴温度不变，搅拌至出现凝胶，最后取出凝胶。
步骤四：将上述凝胶进行干燥，干燥温度为120℃，干燥时间12小时，然后进行研磨30分钟，得到前驱粉体。
步骤五：最后进行煅烧，煅烧温度为650～800℃，煅烧时间30～120分钟。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 姚忠平 等主编， 哈尔滨工业大学出版社: "《应用界面化学》", vol. 1, 30 April 2020, pages: 304 - 305 * |
| 王洪涛 等编著， 合肥工业大学出版社: "《传感器与固体电解质》", vol. 1, 31 August 2020, pages: 93 * |
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