本發(fā)明屬于材料制備領域，具體涉及一種燃燒法制備鋯酸釔(y2zr2o7)微晶的新方法。

背景技術：

在過去的幾十年中，用于污水、廢氣和有機污染物等降解的半導體光催化材料引起了人們極大的關注[yupingtong,panpanxue,etal.preparationandcharacterizationofy2zr2o7nanocrystalsandtheirphotocatalyticproperties[j].materialsscienceandengineering:b,2008,150(3):194-198.]。而稀土鋯酸鹽(ln2zr2o7，ln＝鑭系元素，鈧sc，釔y)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，具有良好的光催化活性，這為研究者們尋找理想的光催化材料擴大了潛力材料的范圍。

由于元素釔和另一元素鈰是地球上含量較大的兩種稀土元素，所以相比其他種稀土鋯酸鹽，對于鋯酸釔(y2zr2o7)的研究，具有一定的資源優(yōu)勢。鋯酸釔在常溫下呈缺陷態(tài)螢石結構，屬fm3m空間群，屬立方晶系。在熱障涂層、信息探測、熒光材料和光催化材料方面具有廣泛應用[huili,etal.pressure-inducedstructuraltransitionofy2zr2o7[j].journalofalloysandcompounds,2016,660:446-449.]。

現(xiàn)有報道的鋯酸釔制備方法主要為溶膠凝膠法、水熱法和高溫固相燒結法。如jovanímarc等[jovanímarc,sanzana,etal.newred-shadeenvironmental-friendlymultifunctionalpigmentbasedontbandfedopedy2zr2o7forceramicapplicationsandcoolroofcoatings[j].dyesandpigments,133(2016)33-40.]，linhuigao等[linhuigao,yuean,etal.hydrothermalsynthesisandphotoluminescencepropertiesofy2zr2o7:tb³⁺phosphors[j].journalofmaterialsscience,46(2011):1337-1340.]以及huili等[huili,qiangtao,etal.pressure-inducedstructuraltransitionofy2zr2o7[j].journalofalloysandcompounds,660(2016):446-449.]均采用以上提到的方法制得目標產(chǎn)物。以上的方法中，高溫固相燒結法缺點在于合成溫度高，生成產(chǎn)物尺寸較大，不能控制粒徑，由于組分分布不均而存在不純相，有化學計量損失；單純的溶膠凝膠法的缺點在于反應物的生成溫度較高，反應時間較長。水熱法的優(yōu)點在于克服了組分分布不均，存在化學計量損失的缺點，然而對于設備的要求較高，且反應時間較長。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種硝酸鹽-尿素燃燒法制備鋯酸釔的方法，本發(fā)明工藝簡單、能在較低溫度快速合成高燒結活性的鋯酸釔粉體，此方法能夠制備出尺寸較小的多孔塊狀y2zr2o7粉體，且具有較優(yōu)的光催化性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種硝酸鹽-尿素燃燒法制備鋯酸釔粉體的方法，包括以下步驟：

1)將y(no3)3·6h2o溶于水中，得到溶液a，將zr(no3)4·5h2o溶于去離子水中，得到溶液b，然后將溶液a和溶液b混合均勻，得到混合溶液，其中，混合溶液中y與zr的摩爾比為1:1；

2)將尿素溶液逐滴加入到混合溶液中，調(diào)節(jié)ph值為2-6，得到混合液；

3)將混合液室溫下攪拌后超聲，得到白色凝膠；

4)將白色凝膠高溫加熱，得到蓬松塊體；

5)將蓬松塊體在500℃～700℃熱處理1～3h，得到鋯酸釔粉體。

本發(fā)明進一步的改進在于，步驟1)中溶液a的濃度0.025～0.5mol/l；溶液b的濃度0.025～0.5mol/l。

本發(fā)明進一步的改進在于，步驟1)中混合液中y(no3)3·6h2o的濃度0.0125～0.25mol/l。

本發(fā)明進一步的改進在于，步驟2)中采用氨水調(diào)節(jié)ph值為2～6。

本發(fā)明進一步的改進在于，步驟2)中尿素與y(no3)3·6h2o的摩爾比為(5～9)：1。

本發(fā)明進一步的改進在于，步驟2)中尿素溶液的濃度為1～2mol/l。

本發(fā)明進一步的改進在于，步驟3)中室溫下攪拌的轉速為350～500轉/分鐘，時間為1～2h。

本發(fā)明進一步的改進在于，步驟3)中超聲的溫度為60℃～80℃，超聲頻率為40khz，超聲功率為1500w，超聲時間為5h。

本發(fā)明進一步的改進在于，步驟4)中加熱燃燒的溫度為280～500℃，時間為10～20min。

本發(fā)明進一步的改進在于，進行熱處理前進行研磨。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的有益效果：

本發(fā)明提供了一種合成溫度低、制備工藝簡單的新的合成方法—硝酸鹽-尿素燃燒法制備鋯酸釔。本發(fā)明采用尿素燃燒法，將催化活性組分和催化劑載體等與廉價尿素混合均勻，放入一定溫度的高溫加熱爐中，通過尿素燃燒放出的熱量快速形成固體氧化物，制備方法簡單，本發(fā)明所用方法制備的y2zr2o7粉體的優(yōu)勢在于：(1)反應是非爆炸式的氧化還原放熱反應，采用尿素燃燒時生成的co2還可起到造孔和提高固體氧化物比表面積的作用，有利于粉體的光催化活性的提高；(2)前期反應過程在溶液中進行，能夠保證化學計量比的精確性和產(chǎn)物成分的均勻性，所得粉料粒度較細且分布均勻(可達亞微米級、甚至納米級)，并且具有多孔塊狀形貌，結晶度高，分散性好；(3)避免了高溫燒結過程中產(chǎn)生的硬團聚會大大降低粉體的燒結活性，尿素燃燒法能能夠促進粉體低溫燒結，有利于合成高燒結活性的鋯酸釔粉體；(4)工藝簡單，便捷，不需要特殊的設備工藝簡單易操作，制備成本較低；(5)反應體系溫和、可控，燃燒產(chǎn)物雜質(zhì)極少，產(chǎn)物損失率少，并且尿素燃燒短時間釋放的熱量，能夠促進材料的低溫快速合成，相較現(xiàn)有高溫固相法具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明在實例2的條件下制得的塊狀y2zr2o7的x射線衍射(xrd)圖譜。

圖2為本發(fā)明在實例2條件下所制備的多孔塊狀y2zr2o7在5萬放大倍率下的掃描電鏡(sem)照片。

圖3為本發(fā)明在實施例2條件下所制備y2zr2o7在500w汞燈照射下光催化降解羅丹明b性能圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細描述。

實施例1

1)分別稱量分析純的y(no3)3·6h2o和zr(no3)4·5h2o于燒杯中，并分別用去離子水溶解，得到y(tǒng)(no3)3·6h2o濃度為0.025mol/l的溶液a和zr(no3)4·5h2o濃度為0.025mol/l溶液b，將溶液a和溶液b混合，得到y(tǒng)(no3)3·6h2o濃度為0.0125mol/l的混合溶液，其中，混合溶液中y與zr的摩爾比為1:1；

2)以尿素作為燃燒劑，采用逐滴加入的方式將1mol/l的尿素溶液加入到攪拌均勻的混合溶液中，其中保持尿素︰y＝5：1的摩爾比，再緩慢滴加濃氨水調(diào)節(jié)其ph＝6，得到混合液。

3)將混合液經(jīng)過磁力攪拌器在轉速為350轉/分鐘下攪拌0.5h，得到穩(wěn)定的透明溶膠液，將穩(wěn)定的透明溶膠液放入超聲儀中，控制溫度為80℃，超聲頻率為40khz，超聲功率為1500w，超聲5h后，獲得白色凝膠。

4)將所得的白色凝膠置于溫度已經(jīng)預熱到280℃電爐中，反應20min，促使混合物燃燒，獲得蓬松塊體。

5)將獲得的蓬松塊體置于瑪瑙研缽中研磨5min，然后置于馬弗爐中，在500℃溫度下熱處理3h，即可得到目標產(chǎn)物鋯酸釔(y2zr2o7)。

實施例2

1)分別稱量分析純的y(no3)3·6h2o和zr(no3)4·5h2o于燒杯中，并分別用去離子水溶解，得到溶液a和溶液b，將溶液a和溶液b混合，得到y(tǒng)(no3)3·6h2o濃度為0.2mol/l的混合溶液，其中，混合溶液中y與zr的摩爾比為1:1；

2)以尿素作為燃燒劑，采用逐滴加入的方式將2mol/l的尿素溶液加入到攪拌均勻的混合溶液中，其中保持尿素︰y＝6：1的摩爾比，再緩慢滴加濃氨水調(diào)節(jié)其ph至5的范圍，得到混合液。

3)將混合液經(jīng)過磁力攪拌器在轉速為400轉/分鐘下攪拌1h，得到穩(wěn)定的透明溶膠液，將穩(wěn)定的透明溶膠液放入超聲儀中，控制溫度為60℃，超聲頻率為40khz，超聲功率為1500w，超聲5h后，獲得白色凝膠。

4)將所得的白色凝膠置于溫度已經(jīng)預熱到350℃電爐中，反應15min，促使混合物燃燒，獲得蓬松塊體。

5)將獲得的蓬松塊體置于瑪瑙研缽中研磨5min，然后置于馬弗爐中，在600℃溫度下熱處理2h，即可得到目標產(chǎn)物鋯酸釔(y2zr2o7)。

從圖1可以看出，本發(fā)明采用硝酸鹽-尿素燃燒法成功制備出y2zr2o7(對比icdd卡片號：01-074-9311)。

從圖2可以看出，采用硝酸鹽-尿素燃燒法制備的y2zr2o7呈有孔大塊形貌。

從圖3可以看出，在500w汞燈照射的條件下，本專利所制備出的鋯酸釔在2h對濃度為10mg/l的羅丹明b降解率可以達到88％，減去產(chǎn)物吸附和染料自降解作用后凈降解率約為69％。

實施例3

1)分別稱量分析純的y(no3)3·6h2o和zr(no3)4·5h2o于燒杯中，并分別用去離子水溶解，得到溶液a和溶液b，將溶液a和溶液b混合，得到y(tǒng)(no3)3·6h2o濃度為0.1mol/l的混合溶液，其中，混合溶液中y與zr的摩爾比為1:1；

2)以尿素作為燃燒劑，采用逐滴加入的方式將1mol/l的尿素溶液加入到攪拌均勻的混合溶液中，其中保持尿素︰y＝7：1的摩爾比，再緩慢滴加濃氨水調(diào)節(jié)其ph＝4的范圍，得到混合液。

3)將混合液經(jīng)過磁力攪拌器在轉速為450轉/分鐘下攪拌1h，得到穩(wěn)定的透明溶膠液，將穩(wěn)定的透明溶膠液放入超聲儀中，控制溫度為60℃，超聲頻率為40khz，超聲功率為1500w，超聲5h后，獲得白色凝膠。

4)將所得的白色凝膠置于溫度已經(jīng)預熱到350℃電爐中，反應10min，促使混合物燃燒，獲得蓬松塊體。

5)將獲得的蓬松塊體置于瑪瑙研缽中研磨5min，然后置于馬弗爐中，在700℃溫度下熱處理1h，即可得到目標產(chǎn)物鋯酸釔(y2zr2o7)。

實施例4

1)分別稱量分析純的y(no3)3·6h2o和zr(no3)4·5h2o于燒杯中，并分別用去離子水溶解，得到溶液a和溶液b，將溶液a和溶液b混合，得到y(tǒng)(no3)3·6h2o濃度為0.25mol/l的混合溶液，其中，混合溶液中y與zr的摩爾比為1:1；

2)以尿素作為燃燒劑，采用逐滴加入的方式將2mol/l的尿素溶液加入到攪拌均勻的混合溶液中，其中保持尿素︰y＝9：1的摩爾比，再緩慢滴加濃氨水調(diào)節(jié)其ph＝5的范圍，得到混合液。

3)將混合液經(jīng)過磁力攪拌器在轉速為500轉/分鐘下攪拌2h，得到穩(wěn)定的透明溶膠液，將穩(wěn)定的透明溶膠液放入超聲儀中，控制溫度為70℃，超聲頻率為40khz，超聲功率為1500w，超聲5h后，獲得白色凝膠。

4)將所得的白色凝膠置于溫度已經(jīng)預熱到400℃電爐中，反應20min，促使混合物燃燒，獲得蓬松塊體。

5)將獲得的蓬松塊體置于瑪瑙研缽中研磨5min，然后置于馬弗爐中，在650℃溫度下熱處理2h，即可得到目標產(chǎn)物鋯酸釔(y2zr2o7)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1)此方法制得的產(chǎn)物呈多孔塊狀形貌，結晶度高，分散性好。

2)此方法不需要特殊設備，工藝簡單易操作，制備成本較低。

3)此方法在前期尿素燃燒時，釋放的co2可以造孔，促進鋯酸釔比表面積的擴大，有利于粉體的光催化活性的提高。

4)尿素燃燒短時間釋放的熱量，能夠促進材料的低溫快速合成，相較現(xiàn)有高溫固相法具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點。