一種多孔穩(wěn)態(tài)Bi₄Si₃O₁₂塊材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si3O12塊材的制備方法，將氧化鉍溶于硝酸，加入正硅酸乙酯的無水乙醇溶液中，合理利用乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇等分散劑調(diào)制溶膠后，再經(jīng)水浴、干燥制備出適合于直接壓制成型的干凝膠粉體，經(jīng)壓制成型和熱處理即可獲得多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si3O12塊材；該方法工藝設(shè)備簡單、周期短、成本低。
【專利說明】
_種多孔穩(wěn)態(tài)B I 4S I 3θ?2塊材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si3O12塊材的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在Bi2O3-S12系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)和研究的化合物晶相主要包括三種:Bi4Si3O1;^體、Bi12S12Q晶體和扮23丨05晶體，其中Bi4Si3O12晶體為一種穩(wěn)定晶相，目前制備出Bi4Si3O12粉體的方法主要有固相法、熔鹽法、溶膠-凝膠法及水熱法等。多孔塊體材料不僅利用細(xì)小的孔隙使材料本身保持了較高的比表面積，而且利用塊體材料的優(yōu)勢(shì)，解決了粉體材料團(tuán)聚的問題。制備多孔塊體材料，傳統(tǒng)方法是結(jié)合以上方法所得Bi4Si3O12粉體，再添加各種物質(zhì)(如發(fā)泡劑、粘結(jié)劑等)，經(jīng)成型和熱處理獲得多孔塊體材料，傳統(tǒng)方法周期長、工藝復(fù)雜，不利于Bi4Si3O12的推廣應(yīng)用。本專利開發(fā)了一種一步合成多孔Bi4Si3O12塊材的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種多孔穩(wěn)態(tài)扮45丨3012塊材的制備方法，具有生產(chǎn)工藝簡單、設(shè)備要求簡單、周期短的特點(diǎn)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005 ] 一種多孔穩(wěn)態(tài)B i4Si 3012塊材的制備方法，包括如下步驟:
[0006](I)將分散劑溶于無水乙醇中，加入正硅酸乙酯攪拌溶解得到溶液A;
[0007](2)將氧化鉍溶于硝酸中反應(yīng)形成溶液B，將溶液B與溶液A混合，調(diào)節(jié)pH值至2?9獲得溶JfeB ；
[0008](3)將溶膠B于80?85 °C下水浴3?5h至凝膠化，再在140?160 °C下干燥形成干凝膠，室溫下自然晾干后進(jìn)行研磨過篩得到干凝膠粉體；
[0009 ] (4)將過篩后的干粉直接干壓成型，形成塊狀坯體材料，最后將塊狀坯體材料進(jìn)行熱處理得到多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si3O12塊材。
[0010]所述步驟(I)中，所述分散劑由乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇和聚乙二醇組成。
[0011]所述溶液A中，分散劑各組份的濃度范圍均為O?0.5mol/L。
[0012]所述正硅酸乙酯和氧化鉍的用量滿足Bi與Si的摩爾比為(1:1)?(1:4)，且Si離子與Bi離子之和與檸檬酸的摩爾比為I: (0.8?1.2)。
[0013]所述步驟(4)中，所述熱處理是在ZnO粉體中進(jìn)行埋燒，溫度為700°C?800°C。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si3O12塊材的制備方法中，以乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇(如聚乙二醇400、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000)等作為分散劑直接進(jìn)行絡(luò)合發(fā)泡的凝膠化過程，通過控制各物質(zhì)的濃度，特別是各分散劑的用量，干燥后所形成的中間粉體物質(zhì)可直接成型成塊狀材料，在這個(gè)制備方法中，不僅利用分散劑使鉍離子和硅離子均勻地存在于體系中，使多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si3O12塊材的結(jié)晶和復(fù)合過程更加均勻，而且減少造粒、陳腐的過程，使結(jié)晶過程與燒結(jié)一步完成，這都使制備周期縮短，成本降低。結(jié)合埋燒的熱處理過程，利用有機(jī)物的發(fā)泡和分解燃燒過程形成多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si3O12塊材，可獲得開孔的多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si3O12 塊材。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0016]實(shí)施例1
[0017](I)量取50mL無水乙醇，稱量一定量的分散劑(由乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇組成，其中聚乙二醇又包括聚乙二醇400、聚乙二醇4000和聚乙二醇6000)加入其中，攪拌溶解，將正硅酸乙酯加入其中以形成溶液A，分散劑各組份的濃度控制在0.5mol/L。
[0018](2)將氧化鉍溶于硝酸中反應(yīng)形成溶液，硝酸以能完全溶解氧化鉍為準(zhǔn)，將其加入溶液A中，其中，B1:Si(摩爾比)= 1:1，Si離子與Bi離子之和:檸檬酸(摩爾比)= 1:0.8。用氨水(體積濃度25?28 % )調(diào)節(jié)pH值至2?9S卩獲得溶膠B。
[0019](3)將溶膠B于80 °C下水浴3?5h至凝膠化，再在140 V下干燥形成干凝膠，室溫下自然晾干后將粉體進(jìn)行研磨過篩。
[0020](4)將過篩后的干粉直接干壓成形，形成塊狀坯體材料，最后將塊狀坯體材料在ZnO粉體中進(jìn)行埋燒即獲得多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si3O12塊材，熱處理溫度為800°C。所得多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si30i2塊材中為開孔結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸約為150nm?500nm，間隙尺寸為10nm?300nm。
[0021]實(shí)施例2
[0022](I)量取50mL無水乙醇，稱量一定量的分散劑(由乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇組成)加入其中，攪拌溶解，將正硅酸乙酯加入其中以形成溶液A，分散劑各組份的濃度控制在0.5mol/L。
[0023](2)將氧化鉍溶于硝酸中反應(yīng)形成溶液，硝酸以能完全溶解氧化鉍為準(zhǔn)，將其加入溶液A中，其中，B1:Si(摩爾比)= l:4，Si離子與Bi離子之和:檸檬酸(摩爾比)=1:1.2。用氨水(體積濃度25?28 % )調(diào)節(jié)pH值至2?9S卩獲得溶膠B。
[0024](3)將溶膠B于80 °C下水浴3?5h至凝膠化，再在140 V下干燥形成干凝膠，室溫下自然晾干后將粉體進(jìn)行研磨過篩。
[0025](4)將過篩后的干粉直接干壓成形，形成塊狀坯體材料，最后將塊狀坯體材料在ZnO粉體中進(jìn)行埋燒即獲得多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si3O12塊材，熱處理溫度為700°C。所得多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si30i2塊材中為開孔結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸約為150nm?500nm，間隙尺寸為10nm?300nm。
[0026]實(shí)施例3
[0027](I)量取50mL無水乙醇，稱量一定量的分散劑(由乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇組成)加入其中，攪拌溶解，將正硅酸乙酯加入其中以形成溶液A，分散劑各組份的濃度控制在0.01、0.1、0.1、0.5、0.5、0.5mol/L。
[0028](2)將氧化鉍溶于硝酸中反應(yīng)形成溶液，硝酸以能完全溶解氧化鉍為準(zhǔn)，將其加入溶液A中，其中，B1:Si(摩爾比)= l:2，Si離子與Bi離子之和:檸檬酸(摩爾比)=1:1。用氨水(體積濃度25?28%)調(diào)節(jié)pH值至2?9即獲得溶膠B。
[0029](3)將溶膠B于80 °C下水浴3?5h至凝膠化，再在150 V下干燥形成干凝膠，室溫下自然晾干后將粉體進(jìn)行研磨過篩。
[0030](4)將過篩后的干粉直接干壓成形，形成塊狀坯體材料，最后將塊狀坯體材料在ZnO粉體中進(jìn)行埋燒即獲得多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si3O12塊材，熱處理溫度為700°C。所得多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si30i2塊材中為開孔結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸約為150nm?500nm，間隙尺寸為10nm?300nm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多孔穩(wěn)態(tài)財(cái)4313012塊材的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將分散劑溶于無水乙醇中，加入正硅酸乙酯攪拌溶解得到溶液A; (2)將氧化鉍溶于硝酸中反應(yīng)形成溶液B，將溶液B與溶液A混合，調(diào)節(jié)pH值至2?9獲得溶膠B; (3)將溶膠B于80?850C下水浴3?5h至凝膠化，再在140?160 °C下干燥形成干凝膠，室溫下自然晾干后進(jìn)行研磨過篩得到干凝膠粉體； (4)將過篩后的干粉直接干壓成型，形成塊狀坯體材料，最后將塊狀坯體材料進(jìn)行熱處理，得到多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si3O12塊材。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si3O1^材的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述分散劑由乙二胺四乙酸、檸檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇和聚乙二醇組成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述多孔穩(wěn)態(tài)扮4313012塊材的制備方法，其特征在于，所述溶液A中，分散劑各組份的濃度范圍均為O?0.5mol/L。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述多孔穩(wěn)態(tài)扮45丨3012塊材的制備方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯和氧化祕(mì)的用量滿足Bi與Si的摩爾比為(1:1)?(1:4)，且Si尚子與Bi尚子之和與梓檬酸的摩爾比為1:(0.8?1.2)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述多孔穩(wěn)態(tài)Bi4Si3O1^材的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，所述熱處理是在ZnO粉體中進(jìn)行埋燒，溫度為700°C?800°C。
【文檔編號(hào)】C04B35/453GK105948806SQ201610292776
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月5日
【發(fā)明人】伍媛婷, 栗夢(mèng)龍, 司楠, 王秀峰
【申請(qǐng)人】陜西科技大學(xué)