CN116573663A - 一种稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法。将氨基磺酸加入去离子水中,搅拌至澄清,得到NH2SO3H溶液;然后将氧化钆、氧化镨和氧化铈加入所得NH2SO3H溶液中搅拌均匀,得到混合溶液;混合溶液转移至水浴锅中,持续搅拌升温,并调节pH值进行沉淀反应,反应后得到沉淀混合物;将沉淀混合物依次进行离心分离、洗涤和烘干,得到前驱体粉末;所得前驱体粉末进行煅烧,煅烧后得到Gd2O2S:Pr,Ce粉体。利用本发明制备稀土掺杂Gd2O2S粉体,能够解决现有沉淀法存在的原料成本高、分体易团聚、存在安全隐患的技术问题。
Description
一、技术领域:
本发明属于粉体材料制备技术领域,具体涉及一种稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法。
二、背景技术:
硫氧化钆(Gd2O2S)具有高熔点、宽禁带、良好的光吸收和传递能力、优异的化学稳定性和热稳定性等优点,同时通过稀土掺杂可以显著提高其荧光性能,在医用X射线成像系统、发光材料、无损检测等方面应用广泛。目前,稀土掺杂Gd2O2S粉体的制备方法主要有固相法和液相法两类。固相法一般分为助熔剂法和气体硫化法,其中助熔剂法是目前实际生产中应用较多的方法,已经工业化,但存在反应温度高、粉体粒径大、容易引入杂质等问题;而气体硫化法制备稀土掺杂Gd2O2S粉体的过程中会产生有毒气体H2S和SO2,有害人体健康且污染环境,不利于环保。液相法包括溶剂热法和沉淀法,其中溶剂热法可以制备纳米级粉体,但制备过程常用到许多有机试剂,后期需要分离去除,制备过程复杂,增加了成本;沉淀法是在溶液中通过调节pH值得到前驱体,前驱体在还原气氛下煅烧得到最终产物,可以实现分子水平上的均匀掺杂。
目前,沉淀法通常用硫酸和硫酸铵作为硫源。采用硫酸作为硫源制备的稀土掺杂Gd2O2S粉体容易团聚,影响后期陶瓷的制备,同时硫酸具有很强的腐蚀性,大批量制备过程存在安全隐患。采用硫酸铵作为硫源制备稀土掺杂Gd2O2S时,需要用价格昂贵的稀土硝酸盐作为原料,生产成本较高。
三、发明内容:
本发明要解决的技术问题是:针对目前沉淀法制备稀土掺杂Gd2O2S粉体时,存在原料成本高、粉体易团聚、存在安全隐患等问题,本发明提供一种采用氨基磺酸(NH2SO3H)作为硫源制备稀土掺杂Gd2O2S粉体的方法,即本发明提供一种稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法。利用本发明技术方案制备稀土掺杂Gd2O2S粉体,能够解决沉淀法存在的原料成本高、分体易团聚、存在安全隐患的技术问题。
为了解决上述问题,本发明采取的技术方案是:
本发明提供一种稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
a、将氨基磺酸NH2SO3H加入去离子水中,搅拌至澄清,得到NH2SO3H溶液;然后将氧化钆Gd2O3、氧化镨Pr6O11和氧化铈CeO2加入所得NH2SO3H溶液中进行搅拌,搅拌均匀得到混合溶液;
b、将步骤a所得混合溶液转移至水浴锅中,持续搅拌并升温至60~90℃,滴加氨水调节溶液pH值进行沉淀,反应1~5h得到沉淀混合物;
c、将步骤b所得沉淀混合物依次进行离心分离、洗涤和烘干,烘干后得到前驱体粉末;
d、将步骤c中所得前驱体粉末转入坩埚,然后置入电炉中,加热至700~1200℃条件下进行煅烧,煅烧后得到Gd2O2S:Pr,Ce粉体。
根据上述的稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,步骤a中所得NH2SO3H溶液的溶度为0.1~0.5mol/L;所述Gd2O3和NH2SO3H二者的摩尔比为1:6~10,所述Gd2O3、Pr6O11和CeO2三者之间加入的摩尔比为100:0.01~0.5:0.001~0.05。
根据上述的稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,步骤a中所述加入所得NH2SO3H溶液中进行搅拌时,其搅拌时间为5~30min。
根据上述的稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,步骤b中所述pH值为6~10。
根据上述的稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,步骤c中所述洗涤先用去离子水洗涤1~5次,然后用无水乙醇洗涤1~5次。
根据上述的稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,步骤c中所述烘干时,烘干温度为50~80℃、烘干时间为10~50h。
根据上述的稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,步骤d中所述煅烧在氢气气氛下进行,在煅烧温度下保温1~5h。
本发明的积极有益效果:
1、本发明采用NH2SO3H作为硫源,它可以溶解稀土氧化物,从而避免使用昂贵的稀土硝酸盐,降低制备成本(使用氧化钆比使用硝酸钆约可以降低1/3的成本)。
2、本发明使用的氨基磺酸NH2SO3H是一种无色、无味又无毒的固体强酸,水溶液具有与硫酸相同的强酸性质,但腐蚀性却比硫酸低很多,NH2SO3H在工业上常用作清洗剂、除草剂和甜味剂等,使用安全性高。
综上所述,利用本发明技术方案制备稀土掺杂Gd2O2S粉体,能够解决沉淀法存在的原料成本高、分体易团聚、存在安全隐患的技术问题。
四、附图说明:
图1本发明实施例1制备所得稀土掺杂硫氧化钆Gd2O2S:Pr,Ce粉体的XRD谱图;
由图1可以看出,Gd2O2S:Pr,Ce粉末具有很好的结晶性,无杂质相产生。
图2本发明实施例1制备所得Gd2O2S:Pr,Ce的扫描电子显微镜图;
由图2可以看出,本发明制备所得Gd2O2S:Pr,Ce粉末粒径小于100nm,而且分布均匀、团聚少,有利于提高后期烧结活性。
图3本发明实施例1制备所得Gd2O2S:Pr,Ce的激发光谱图;
由图3可以看出,本发明制备所得Gd2O2S:Pr,Ce粉体的主峰位于308nm,归因于Pr3+的4f-5d跃迁。
图4本发明实施例1制备所得Gd2O2S:Pr,Ce用308nm光源激发得到的发射光谱图;
由图4可以看出,所得粉体的主峰位于511nm,归因于Pr3+的3P0→3H4跃迁,可以和光电二极管(500-530nm)良好匹配。
五、具体实施方式:
以下结合实施例进一步阐述本发明,但并不限制本发明技术方案保护的范围。
实施例1:
本发明稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,其详细步骤如下:
a、将8.5746g的NH2SO3H加入500ml去离子水中,搅拌至澄清,得到NH2SO3H溶液;然后将4g的Gd2O3、0.0113g的Pr6O11和0.0001g的CeO2加入NH2SO3H溶液中,搅拌10min,得到混合溶液;
b、将步骤a中所得混合溶液转移至水浴锅中,持续搅拌并升温至80℃,滴加氨水调节溶液pH值为8进行沉淀,反应3h得到沉淀混合物;
c、将步骤b中所得沉淀混合物进行离心分离,用去离子水洗涤2次,然后用无水乙醇洗涤2次,接着在70℃条件下烘干24h,烘干后得到前驱体粉末;
d、将步骤c中所得前驱体粉末转入坩埚,然后置入电炉中,在氢气气氛、1000℃条件下进行煅烧、煅烧时间为2h,煅烧后得到Gd2O2S:Pr,Ce粉体。
实施例2:
本发明稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,其详细步骤如下:
a、将42.873g的NH2SO3H加入2L去离子水中,搅拌至澄清,得到NH2SO3H溶液;然后将20g的Gd2O3、0.0565g的Pr6O11和0.0005g的CeO2加入NH2SO3H溶液中,搅拌10min,得到混合溶液;
b、将步骤a中所得混合溶液转移至水浴锅中,持续搅拌并升温至80℃,滴加氨水调节溶液pH值为10进行沉淀,反应2h,得到沉淀混合物;
c、将步骤b中所得沉淀混合物进行离心分离,用去离子水洗涤2次,然后用无水乙醇洗涤2次,在70℃条件下烘干24h,烘干后得到前驱体粉末;
d、将步骤c中所得前驱体粉末转入坩埚,然后置入电炉中,在氢气气氛、1000℃条件下进行煅烧、煅烧时间为2h,煅烧后得到Gd2O2S:Pr,Ce粉体。
实施例3:
本发明稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,其详细步骤如下:
a、将8.5746g的NH2SO3H加入500ml去离子水中,搅拌至澄清,得到NH2SO3H溶液;然后将4g的Gd2O3、0.0113g的Pr6O11和0.0001g的CeO2加入NH2SO3H溶液中,搅拌10min,得到混合溶液;
b、将步骤a中所得混合溶液转移至水浴锅中,持续搅拌并升温至80℃,滴加氨水调节溶液pH值为7进行沉淀,反应1h得到沉淀混合物;
c、将步骤b中所得沉淀混合物进行离心分离,用去离子水洗涤2次,然后用无水乙醇洗涤2次,接着在70℃条件下烘干24h,烘干后得到前驱体粉末;
d、将步骤c中所得前驱体粉末转入坩埚,然后置入电炉中,在氢气气氛、700℃条件下进行煅烧、煅烧时间为2h,煅烧后得到Gd2O2S:Pr,Ce粉体。
实施例4:
本发明稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,其详细步骤如下:
a、将42.873g的NH2SO3H加入2L去离子水中,搅拌至澄清,得到NH2SO3H溶液;然后将20g的Gd2O3、0.0565g的Pr6O11和0.0005g的CeO2加入NH2SO3H溶液中,搅拌10min,得到混合溶液;
b、将步骤a中所得混合溶液转移至水浴锅中,持续搅拌并升温至80℃,滴加氨水调节溶液pH值为9进行沉淀,反应4h得到沉淀混合物;
c、将步骤b中所得沉淀混合物进行离心分离,用去离子水洗涤2次,然后用无水乙醇洗涤2次,接着在70℃条件下烘干24h,烘干后得到前驱体粉末;
d、将步骤c中所得前驱体粉末转入坩埚,然后置入电炉中,在氢气气氛、800℃条件下进行煅烧、煅烧时间为2h,煅烧后得到Gd2O2S:Pr,Ce粉体。
实施例5:
本发明稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,其详细步骤如下:
a、将214.365g的NH2SO3H加入2L去离子水中,搅拌至澄清,得到NH2SO3H溶液;然后将100g的Gd2O3、0.2825g的Pr6O11和0.0025g的CeO2加入NH2SO3H溶液中,搅拌10min,得到混合溶液;
b、将步骤a中所得混合溶液转移至水浴锅中,持续搅拌并升温至80℃,滴加氨水调节溶液pH值为8进行沉淀,反应3h得到沉淀混合物;
c、将步骤b中所得沉淀混合物进行离心分离,用去离子水洗涤2次,然后用无水乙醇洗涤2次,接着在70℃条件下烘干24h,烘干后得到前驱体粉末;
d、将步骤c中所得前驱体粉末转入坩埚,然后置入电炉中,在氢气气氛、900℃条件下进行煅烧、煅烧时间为2h,煅烧后得到Gd2O2S:Pr,Ce粉体。
实施例6:
本发明稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,具体步骤如下:
a、将42.873g的NH2SO3H加入2L去离子水中,搅拌至澄清,得到NH2SO3H溶液;然后将20g的Gd2O3、0.0565g的Pr6O11和0.0005g的CeO2加入NH2SO3H溶液中,搅拌20min,得到混合溶液;
b、将步骤a中所得混合溶液转移至水浴锅中,持续搅拌并升温至80℃,滴加氨水调节溶液pH值为8进行沉淀反应3h,得到沉淀混合物;
c、将步骤b中所得沉淀混合物进行离心分离,用去离子水洗涤2次,然后用无水乙醇洗涤2次,在70℃条件下烘干24h,烘干后得到前驱体粉末;
d、将步骤c中所得前驱体粉末转入坩埚,然后置入电炉中,在氢气气氛、800℃条件下进行煅烧、煅烧时间为2h,煅烧后得到Gd2O2S:Pr,Ce粉体。
Claims (7)
1.一种稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
a、将氨基磺酸NH2SO3H加入去离子水中,搅拌至澄清,得到NH2SO3H溶液;然后将氧化钆Gd2O3、氧化镨Pr6O11和氧化铈CeO2加入所得NH2SO3H溶液中进行搅拌,搅拌均匀得到混合溶液;
b、将步骤a所得混合溶液转移至水浴锅中,持续搅拌并升温至60~90℃,滴加氨水调节溶液pH值进行沉淀,反应1~5h得到沉淀混合物;
c、将步骤b所得沉淀混合物依次进行离心分离、洗涤和烘干,烘干后得到前驱体粉末;
d、将步骤c中所得前驱体粉末转入坩埚,然后置入电炉中,加热至700~1200℃条件下进行煅烧,煅烧后得到Gd2O2S:Pr,Ce粉体。
2.根据权利要求1所述的稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,其特征在于:步骤a中所得NH2SO3H溶液的溶度为0.1~0.5mol/L;所述Gd2O3和NH2SO3H二者的摩尔比为1:6~10,所述Gd2O3、Pr6O11和CeO2三者之间加入的摩尔比为100:0.01~0.5:0.001~0.05。
3.根据权利要求1所述的稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,其特征在于:步骤a中所述加入所得NH2SO3H溶液中进行搅拌时,其搅拌时间为5~30min。
4.根据权利要求1所述的稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,其特征在于:步骤b中所述pH值为6~10。
5.根据权利要求1所述的稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,其特征在于:步骤c中所述洗涤先用去离子水洗涤1~5次,然后用无水乙醇洗涤1~5次。
6.根据权利要求1所述的稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,其特征在于:步骤c中所述烘干时,烘干温度为50~80℃、烘干时间为10~50h。
7.根据权利要求1所述的稀土掺杂硫氧化钆粉体的制备方法,其特征在于:步骤d中所述煅烧在氢气气氛下进行,在煅烧温度下保温1~5h。
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