專利名稱：氧化鉍納米粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鉍納米粉體的制備方法，屬無(wú)機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化鉍系的材料具有優(yōu)越的光、電、磁性能，在電子陶瓷工業(yè)、有機(jī)合成催化等高科技領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)氧化鉍也是醫(yī)藥行業(yè)的重要原料。氧化鉍有α、β、γ、δ四種物相，多種晶體結(jié)構(gòu)使其具有豐富的性能，氧化鉍的這種獨(dú)特性吸引了人們對(duì)這種材料的關(guān)注。穩(wěn)定的δ相氧化鉍材料也是一種重要的固體電解質(zhì)材料，在氧化鉍中摻雜適合的金屬氧化物可以得到離子電導(dǎo)性能很高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的δ相固溶體。當(dāng)氧化鉍晶粒小到納米尺寸時(shí)，由于小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、高界面體積比效應(yīng)，使得材料的反應(yīng)活性大大增強(qiáng)，其力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)發(fā)生很大變化，可在較大程度上改善材料的性能。因此，制備氧化鉍納米粉體對(duì)提高該體系材料的性能和開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。
目前氧化鉍粉體的制備方法有化學(xué)法和物理法。常用的化學(xué)法有沉淀法、溶膠凝膠法、自然燒合成法、液霧燃燒法、固相反應(yīng)法等，其中沉淀法一直是一種成本低廉并易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)的制備方法。但是，迄今為止文獻(xiàn)報(bào)道的化學(xué)沉淀法制得的氧化鉍多為微米級(jí)和亞微米級(jí)的粉體。并且，由于鉍離子水解產(chǎn)生多種產(chǎn)物，用一般的化學(xué)沉淀法要制備純凈的單一相氧化鉍納米粉體比較困難，同時(shí)粉體粒度均勻性和尺寸很難控制。至于物理法例如球磨法現(xiàn)已不大使用，因其能耗大，且質(zhì)量不夠理想。因此，研究和探索其他工藝比較簡(jiǎn)單、成本相對(duì)低廉的工藝方法來(lái)制備單一相的氧化鉍納米粉體具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。本發(fā)明提供了一種新型化學(xué)方法來(lái)制備氧化鉍單一相納米粉體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型化學(xué)方法來(lái)制備氧化鉍納米粉體。
本發(fā)明一種氧化鉍納米粉體的制備方法，其特征在于具有以下的制備過(guò)程和步驟a.將硝酸鉍按所需濃度稱量后，配制成金屬離子Bi3+濃度為0.5～2.0moll/L的水溶液；b.按醇-水重量比例為5∶1～7∶1配置醇-水溶液；在醇-水溶液中加入氨水使pH值達(dá)到8.5～12，并加入醇-水溶液總量0.5～2.0wt％的聚乙二醇PEG6000作為分散劑；c.在室溫條件下，將1份硝酸鉍水溶液緩慢滴入8～12份醇-水溶液中，并進(jìn)行機(jī)械攪拌；滴定完成后繼續(xù)攪拌1～2小時(shí)，靜置片刻后過(guò)濾，得沉淀物質(zhì)；d.將上述沉淀物質(zhì)用去離子水反復(fù)清洗至無(wú)硝酸根離子；隨后將其放入無(wú)水乙醇中，在超聲池中分散20～60分鐘；分散后的沉淀物質(zhì)用無(wú)水乙醇抽濾2～3次；e.將抽濾后的沉淀物質(zhì)陳化12～16小時(shí)；然后進(jìn)行干燥、煅燒；干燥溫度為80℃，干燥時(shí)間為24小時(shí)；煅燒溫度為300～500℃，煅燒時(shí)間為0.5～2.0小時(shí)；煅燒后的粉體待其自然冷卻后，得到單一相的氧化鉍納米粉體。
本發(fā)明的氧化鉍納米粉體的制備方法是采用化學(xué)液相法。首先在配制好的一定比例的醇-水溶液中，加入氨水控制其pH值。因Bi(OH)3的溶度積為4.3×10-31，由此可確定Bi(OH)3完全生成沉淀所需pH值應(yīng)大于等于8.5。在正向滴定過(guò)程中，即將氨水滴定到硝酸鉍水溶液中時(shí)，隨著pH值增加，在水解過(guò)程中會(huì)依次出現(xiàn)BiONO3、Bi(OH)3、BiOOH、Bi2O3一系列沉淀。由于在正向滴定過(guò)程中首先出現(xiàn)BiONO3沉淀產(chǎn)物，其溶解度很小，使進(jìn)一步反應(yīng)很難反應(yīng)完全，最終得到的沉淀是上述沉淀的混合物。而采用反向滴定法，即將硝酸鉍水溶液滴定到pH值在8.5～12左右的醇-水溶液中，這樣解決了因反應(yīng)次序不同而造成的產(chǎn)物不均勻現(xiàn)象，也可避免生成硝酸鉍體系的中間產(chǎn)物。
在制備過(guò)程中，若金屬離子濃度過(guò)高，則當(dāng)一次沉淀粒子形成以后，一次沉淀粒子的相互碰撞機(jī)會(huì)很大，這些粒子由于布郎運(yùn)動(dòng)而相碰撞并聚結(jié)，形成二次粒子。形成的二次粒子同樣也有很大機(jī)會(huì)相互碰撞而聚結(jié)，形成更大的顆粒，使沉淀粒子團(tuán)聚變大，影響了最終粉體粒度。但是，金屬離子濃度過(guò)低，顯然納米粉體的產(chǎn)量會(huì)太低，對(duì)于大規(guī)模制備而言不夠經(jīng)濟(jì)。金屬Bi3+離子在醇-水溶液中發(fā)生水解反應(yīng)時(shí)，由于醇-水溶液的表面張力比水小，可減少沉淀粒子的團(tuán)聚，也有利于改善沉淀粒子的分散性。隨著醇-水比例增加，沉淀粒子的粒度減小，分散性提高。當(dāng)醇-水比例大于或等于7∶1，所得粉體的粒徑不再有明顯改變。此外，適量聚乙二醇PEG 6000分散劑的加入也有利于減少沉淀粒子的團(tuán)聚和改善沉淀粒子的分散性。實(shí)驗(yàn)證明，較為適宜的醇-水比為5∶1～7∶1，硝酸鉍水溶液濃度為0.5～2.0mol/L，PEG6000分散劑的加入量為醇-水溶液總量的0.5～2.0wt％。
取出的沉淀用去離子水清洗后，由于沉淀物顆粒表面存在大量活性羥基，極易導(dǎo)致“硬團(tuán)聚”體的產(chǎn)生。因此，在用去離子水清洗后，再用表面張力小、脫水作用強(qiáng)的無(wú)水乙醇對(duì)沉淀物進(jìn)行分散和抽濾，可以除去沉淀物中吸附的大量水分子；而乙醇的表面張力比水小。干燥過(guò)程中，由于毛細(xì)管力的作用而導(dǎo)致粒子團(tuán)聚的因素大大削弱。另一方面，在乙醇揮發(fā)過(guò)程中，顆粒之間不易產(chǎn)生氫鍵鍵合，從而達(dá)到消除團(tuán)聚的目的。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。
實(shí)施例1本實(shí)施例氧化鉍納米粉體的制備方法的步驟如下(1)、將硝酸鉍按所需濃度稱量，配制成金屬離子Bi3+總濃度為1mol/L的水溶液。
(2)、按醇-水重量比例為5∶1配置醇-水溶液；在醇-水溶液中加入氨水使pH值達(dá)到12，并加入醇-水溶液總量1wt％的聚乙二醇PEG6000作為分散劑。
(3)、在室溫條件下，將1份硝酸鉍水溶液緩慢滴入10份醇-水溶液中，并進(jìn)機(jī)械攪拌；滴定完成后繼續(xù)攪拌2小時(shí)，靜置片刻后過(guò)濾，得沉淀物質(zhì)。
(4)、將上述沉淀物質(zhì)用去離子水反復(fù)清洗至無(wú)硝酸根離子；隨后將其放入無(wú)水乙醇中，在超聲池中分散30分鐘；分散后的沉淀物質(zhì)用無(wú)水乙醇抽濾2次。
(5)、將抽濾后的沉淀物質(zhì)陳化14小時(shí)，然后進(jìn)行干燥、煅燒；干燥溫度為80℃，干燥時(shí)間為24小時(shí)；煅燒溫度為500℃，煅燒時(shí)間為2小時(shí)；煅燒后的粉體待其自然冷卻后，即得到分散性良好的氧化鉍納米粉體。
本發(fā)明實(shí)施例中制得的氧化鉍納米粉體，經(jīng)透射電子顯微鏡觀察分析，結(jié)果表明粉體的分散性良好，粉體平均粒度為30nm左右；經(jīng)X射線衍射分析結(jié)果表明，氧化鉍納米粉體為單一的α相。
權(quán)利要求
1.一種氧化鉍納米粉體的制備方法，其特征在于具有以下的制備過(guò)程和步驟a.將硝酸鉍按所需濃度稱量后，配制成金屬離子Bi3+濃度為0.5～2.0moll/L的水溶液；b.按醇-水重量比例為5∶1～7∶1配置醇-水溶液；在醇-水溶液中加入氨水使pH值達(dá)到8.5～12，并加入醇-水溶液總量0.5～2.0wt％的聚乙二醇PEG 6000作為分散劑；c.在室溫條件下，將1份硝酸鉍水溶液緩慢滴入8～12份醇-水溶液中，并進(jìn)行機(jī)械攪拌；滴定完成后繼續(xù)攪拌1～2小時(shí)，靜置片刻后過(guò)濾，得沉淀物質(zhì)；d.將上述沉淀物質(zhì)用去離子水反復(fù)清洗至無(wú)硝酸根離子；隨后將其放入無(wú)水乙醇中，在超聲池中分散20～60分鐘；分散后的沉淀物質(zhì)用無(wú)水乙醇抽濾2～3次；e.將抽濾后的沉淀物質(zhì)陳化12～16小時(shí)；然后進(jìn)行干燥、煅燒；干燥溫度為80℃，干燥時(shí)間為24小時(shí)；煅燒溫度為300～500℃，煅燒時(shí)間為0.5～2.0小時(shí)；煅燒后的粉體待其自然冷卻后，即得到單一相的氧化鉍納米粉體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鉍納米粉體的制備方法，屬無(wú)機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法采用新型化學(xué)液相沉淀方法。本發(fā)明是將硝酸鉍溶液反向滴定到過(guò)量堿性醇－水溶液中獲得沉淀，然后經(jīng)去離子水清洗，無(wú)水乙醇分散和抽濾；然后再經(jīng)干燥、煅燒，制得高純、超細(xì)的氧化鉍粉體。本發(fā)明方法制備的氧化鉍納米粉體分散性良好，粉體平均粒度為30nm左右，其晶相為單一的α相。
文檔編號(hào)C01G29/00GK1850621SQ200610026978
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者甄強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海大學(xué)