專利名稱：一種鈦酸鍶多孔球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦酸鍶多孔球的制備方法，屬于無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦酸鍶是一種非常重要的ABO3型鈣鈦礦復(fù)雜氧化物，由于其優(yōu)良的介電性、半導(dǎo)性、溫度穩(wěn)定性以及耐高電壓強(qiáng)度，鈦酸鍶已成為制備多功能電子陶瓷的重要無機(jī)材料。同時(shí)，鈦酸鍶有和二氧化鈦相同的禁帶寬度(3.2eV)，近年來，在光催化、太陽能電池光電極、傳感器以及發(fā)光等領(lǐng)域引起了廣泛的研究興趣。多孔材料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)在分離、催化等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。多孔鈦酸鍶具有大的比表面積，有望提高相關(guān)方面的性能。
傳統(tǒng)的制備鈦酸鍶的方法是固相反應(yīng)法，這種方法雖然工藝簡單，但是用這種方法制備的粉料純度低，且由于需要高溫煅燒過程，容易導(dǎo)致非常嚴(yán)重的團(tuán)聚，難以控制顆粒尺寸和形貌。與此相比，液相法在控制粉體的尺寸和形貌上顯示出了巨大的優(yōu)勢，特別是表面活性劑輔助的水熱法，其操作簡單，設(shè)備要求低，成本低廉，已被眾多研究者采用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、易操作，成本低廉的制備鈦酸鍶多孔球的方法。
本發(fā)明的鈦酸鍶多孔球的制備方法，采用的是水熱合成法，具體步驟如下1)將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇，調(diào)節(jié)溶液中的Ti4+離子濃度為0.5～1.0mol/L；2)攪拌狀態(tài)下，向步驟1)制得的鈦酸四丁酯的乙醇溶液中加入2～3ml的質(zhì)量濃度30％的氨水溶液，沉淀，過濾，洗滌，得到鈦的羥基氧化物沉淀；3)將硝酸鍶溶于去離子水，形成硝酸鍶水溶液，調(diào)節(jié)溶液中鍶離子的濃度為1.5～3.0mol/L；4)將氫氧化鉀和聚乙烯醇分別溶于去離子水，配置濃度為2～5mol/L的氫氧化鉀水溶液和濃度為4～16g/L的聚乙烯醇水溶液；5)將鈦的羥基氧化物沉淀、硝酸鍶水溶液、氫氧化鉀水溶液和聚乙烯醇水溶液加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料體積達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的70％～90％，攪拌至少10分鐘，其中鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.1～0.2mol/L，鍶與鈦的摩爾比為3～6，氫氧化鉀的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.5～1.5mol/L，聚乙烯醇的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為1～4g/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；6)將步驟5)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在150～200℃下保溫2～6小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用0.5wt％的稀硝酸和去離子水反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過濾、烘干，得到鈦酸鍶多孔球。
本發(fā)明制備過程中，使用的反應(yīng)釜是聚四氟乙烯內(nèi)膽，不銹鋼套件密閉的反應(yīng)釜。
本發(fā)明制備過程中，所說的鈦酸四丁酯、硝酸鍶、氫氧化鉀、聚乙烯醇和無水乙醇的純度均不低于化學(xué)純。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明采用簡單的高分子表面活性劑輔助的水熱法制備了純度高、結(jié)晶穩(wěn)定性好、單分散、比表面積大的鈦酸鍶多孔球，且孔徑和比表面積可以通過改變工藝參數(shù)調(diào)節(jié)。本發(fā)明的水熱合成方法設(shè)備簡單，工藝條件容易控制，制備的成本低廉，易于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的鈦酸鍶多孔球在微電子器件、催化劑、太陽能電池、傳感器、發(fā)光材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明合成的鈦酸鍶多孔球的XRD圖譜；圖2是本發(fā)明合成的鈦酸鍶多孔球的掃描電鏡(SEM)照片；圖3是本發(fā)明合成的鈦酸鍶多孔球的N2吸附-脫附曲線。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實(shí)施例11)將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇，調(diào)節(jié)溶液中的Ti4+離子濃度為0.5mol/L；2)在攪拌狀態(tài)下，向鈦酸四丁酯的乙醇溶液中加入2ml的30wt％的氨水溶液，沉淀，過濾，用去離子水洗滌6次，得到鈦的羥基氧化物沉淀；3)將硝酸鍶溶于去離子水中，調(diào)節(jié)溶液中的Sr2+的離子濃度為1.5mol/L；4)將氫氧化鉀和聚乙烯醇分別溶于去離子水中，制得濃度為2mol/L的氫氧化鉀溶液和濃度為16g/L的聚乙烯醇溶液；5)將鈦的羥基氧化物沉淀，硝酸鍶水溶液、氫氧化鉀水溶液和聚乙烯醇的水溶液加入到反應(yīng)釜的內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的90％，攪拌10分鐘，其中鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.1mol/L，鍶與鈦的摩爾比為3，氫氧化鉀的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.5mol/L，聚乙烯醇的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為4g/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；6)將配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在200℃下保溫6小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用0.5wt％的稀硝酸和去離子水反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物6次，過濾、90℃烘干，得到平均粒徑為200nm的單分散鈦酸鍶多孔球。產(chǎn)物的比表面積為89.2m2/g，孔容為0.27cm3/g，平均孔徑為12.0nm。其XRD圖譜見圖1，掃描電鏡(SEM)照片見圖2，N2吸附-脫附曲線見圖3。
實(shí)施例21)將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇，調(diào)節(jié)溶液中的Ti4+離子濃度為0.5mol/L；2)攪拌狀態(tài)下，向鈦酸四丁酯的乙醇溶液中加入2ml的30wt％的氨水溶液，沉淀，過濾，用去離子水洗滌6次，得到鈦的羥基氧化物沉淀；3)將硝酸鍶溶于去離子水中，調(diào)節(jié)溶液中的Sr2+的離子濃度為3.0mol/L；4)將氫氧化鉀和聚乙烯醇分別溶于去離子水中，制得濃度為2mol/L的氫氧化鉀溶液和濃度為16g/L的聚乙烯醇溶液；5)將鈦的羥基氧化物沉淀，硝酸鍶水溶液、氫氧化鉀水溶液和聚乙烯醇的水溶液加入到反應(yīng)釜的內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的90％，攪拌10分鐘，其中鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.1mol/L，鍶與鈦的摩爾比為6，氫氧化鉀的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.5mol/L，聚乙烯醇的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為4g/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；6)將配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在200℃下保溫2小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用0.5wt％的稀硝酸和去離子水反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物6次，過濾、90℃烘干，得到平均粒徑為200nm的單分散鈦酸鍶多孔球。
實(shí)施例31)將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇，調(diào)節(jié)溶液中的Ti4+離子濃度為1.0mol/L；2)攪拌狀態(tài)下，向鈦酸四丁酯的乙醇溶液中加入3ml的30wt％的氨水溶液，沉淀，過濾，用去離子水洗滌6次，即得到鈦的羥基氧化物沉淀；3)將硝酸鍶溶于去離子水中，調(diào)節(jié)溶液中的Sr2+的離子濃度為3.0mol/L；4)將氫氧化鉀和聚乙烯醇分別溶于去離子水中，制得濃度為5mol/L的氫氧化鉀溶液和濃度為4g/L的聚乙烯醇溶液；5)將鈦的羥基氧化物沉淀，硝酸鍶水溶液、氫氧化鉀水溶液和聚乙烯醇的水溶液加入到反應(yīng)釜的內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的90％，攪拌10分鐘，其中鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.2mol/L，鍶與鈦的摩爾比為3，氫氧化鉀的摩爾體積分?jǐn)?shù)為1.5mol/L，聚乙烯醇的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為1g/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；6)將配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在150℃下保溫6小時(shí)進(jìn)行水熱處理，讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用0.5wt％的稀硝酸和去離子水反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物6次，過濾、90℃烘干，得到平均粒徑為200nm的單分散鈦酸鍶多孔球。
實(shí)施例41)將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇，調(diào)節(jié)溶液中的Ti4+離子濃度為0.8mol/L；2)攪拌狀態(tài)下，向鈦酸四丁酯的乙醇溶液中加入3ml的30wt％的氨水溶液，沉淀，過濾，用去離子水洗滌6次，即得到鈦的羥基氧化物沉淀；3)將硝酸鍶溶于去離子水中，調(diào)節(jié)溶液中的Sr2+的離子濃度為2.4mol/L；4)將氫氧化鉀和聚乙烯醇分別溶于去離子水中，制得濃度為2mol/L的氫氧化鉀溶液和濃度為10g/L的聚乙烯醇溶液；5)將鈦的羥基氧化物沉淀，硝酸鍶水溶液、氫氧化鉀水溶液和聚乙烯醇的水溶液加入到反應(yīng)釜的內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的70％，攪拌12分鐘，其中鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.2mol/L，鍶與鈦的摩爾比為3，氫氧化鉀的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.5mol/L，聚乙烯醇的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為2.5g/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；6)將配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在150℃下保溫6小時(shí)進(jìn)行水熱處理，讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用0.5wt％的稀硝酸和去離子水反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物6次，過濾、90℃烘干，得到平均粒徑為150nm的單分散鈦酸鍶多孔球。
權(quán)利要求
1.一種鈦酸鍶多孔球的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇，調(diào)節(jié)溶液中的Ti4+離子濃度為0.5～1.0mol/L；2)攪拌狀態(tài)下，向步驟1)制得的鈦酸四丁酯的乙醇溶液中加入2～3ml的質(zhì)量濃度30％的氨水溶液，沉淀，過濾，洗滌，得到鈦的羥基氧化物沉淀；3)將硝酸鍶溶于去離子水，形成硝酸鍶水溶液，調(diào)節(jié)溶液中鍶離子的濃度為1.5～3.0mol/L；4)將氫氧化鉀和聚乙烯醇分別溶于去離子水，配置濃度為2～5mol/L的氫氧化鉀水溶液和濃度為4～16g/L的聚乙烯醇水溶液；5)將鈦的羥基氧化物沉淀、硝酸鍶水溶液、氫氧化鉀水溶液和聚乙烯醇水溶液加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中，用去離子水調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)膽中的反應(yīng)物料體積達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的70％～90％，攪拌至少10分鐘，其中鈦的羥基氧化物的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.1～0.2mol/L，鍶與鈦的摩爾比為3～6，氫氧化鉀的摩爾體積分?jǐn)?shù)為0.5～1.5mol/L，聚乙烯醇的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為1～4g/L，摩爾體積分?jǐn)?shù)的體積基數(shù)為所有引入反應(yīng)釜內(nèi)膽中的物料體積；6)將步驟5)配置有反應(yīng)物料的反應(yīng)釜內(nèi)膽置于反應(yīng)釜中，密封，在150～200℃下保溫2～6小時(shí)進(jìn)行水熱處理，然后讓反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，卸釜后，用0.5wt％的稀硝酸和去離子水反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，過濾、烘干，得到鈦酸鍶多孔球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶多孔球的制備方法，其特征是反應(yīng)釜為聚四氟乙烯內(nèi)膽，不銹鋼套件密閉的反應(yīng)釜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鍶多孔球的制備方法，其特征是所說的鈦酸四丁酯、硝酸鍶、氫氧化鉀、聚乙烯醇和無水乙醇的純度均不低于化學(xué)純。
全文摘要
本發(fā)明公開的鈦酸鍶多孔球的制備方法，包括制備鈦的羥基氧化物沉淀和鍶的去離子水溶液作為反應(yīng)物料，加入適宜濃度的氫氧化鉀促進(jìn)晶化，并添加適宜濃度的聚乙烯醇表面活性劑控制形貌，于150～200℃下，水熱反應(yīng)得到單分散的鈦酸鍶多孔球。本發(fā)明工藝過程簡單，孔徑和比表面積易于控制，無污染，成本低，易于規(guī)?；a(chǎn)。制得的產(chǎn)品結(jié)晶質(zhì)量穩(wěn)定，粉體顆粒分散性好，比表面積大。在微電子器件、催化劑、太陽能電池、傳感器、發(fā)光材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C04B35/462GK101092244SQ200710069420
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月19日
發(fā)明者韓高榮, 魏曉, 徐剛, 翁文劍, 杜丕一, 趙高凌, 張溪文, 沈鴿 申請人:浙江大學(xué)