水熱合成花狀磷酸鋱的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種稀土磷酸鹽材料的制備方法，屬于功能材料合成技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在元素周期表中，鋱(Tb)位于IIIB族，原子序數(shù)為65，屬于重稀土元素。除此之外，原子序數(shù)57到71的元素，它們和鋱一起被稱為鑭系元素。鑭系元素與同族的釔(Y)和鈧(Sc)統(tǒng)稱為稀土元素。稀土元素具有特殊的電子層結(jié)構(gòu)(4--14?°?),它們的外層電子基本相同，內(nèi)層4f電子能級(jí)又很相近，且4f是一個(gè)未充滿的殼層，電子軌道全空、半充滿和全充滿電子的離子具有光學(xué)惰性，為穩(wěn)定態(tài)，因其外層電子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使其具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)。
[0003]稀土磷酸鹽因具有良好的熱穩(wěn)定性、水中溶解度極小以及高的折射系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于發(fā)光材料、陶瓷材料、催化劑、合金材料和潤(rùn)滑材料等領(lǐng)域。磷酸鋱(TbPO4)，常被用作摻雜其它稀土離子的良好基質(zhì)。以納米磷酸鋱為基質(zhì)的發(fā)光材料具有穩(wěn)定性好、熱容大、在真空紫外光的激發(fā)下具有高效率的特點(diǎn)，同時(shí)由于材料顆粒尺寸小于激發(fā)或發(fā)射光波波長(zhǎng)，因此光場(chǎng)在微粒范圍內(nèi)可近似為均勻，能顯著提高陰極射線管和等離子顯示器清晰度。同時(shí)，磷酸鋱熔點(diǎn)高，與一些氧化物復(fù)合，如Al2O3，可制備耐高溫、抗氧化、電絕緣性好的可加工復(fù)合陶瓷。另外，磷酸鋱還被廣泛用于合金材料、催化材料。因此研宄可控的磷釔礦結(jié)構(gòu)的磷酸鋱具有重要的意義。
[0004]目前合成稀土磷酸鹽主要有溶膠凝膠法、水熱法、沉淀法、固相法、燃燒法和微波法等方法，其中以水熱合成法比較普遍。已有大量研宄表明PH是控制稀土磷酸鹽納米材料晶形晶貌最重要的因素之一，然而目前采用水溶液合成稀土磷酸鹽的方法，均只是在初始水溶液中調(diào)節(jié)了 PH，沒(méi)有緩沖pH，缺少了漸變物理化學(xué)條件對(duì)其晶形晶貌的控制，存在結(jié)晶程度不是很高、尺寸不是很均勻、可控性不強(qiáng)的問(wèn)題。在自然界中，熱液成因的稀土磷酸鹽礦物形成的地質(zhì)流體通常具有一定的CO2分壓，在熱水溶液中CO2可以緩沖溶液的pH。本發(fā)明通過(guò)充分利用CO2分壓緩沖溶液pH的特征，水熱合成純度高、尺寸均勾、結(jié)晶程度好、可控性強(qiáng)的花狀磷酸鋱功能材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種充分利用CO2分壓緩沖溶液pH值的特征，水熱合成純度高、尺寸均勻、結(jié)晶程度好、可控性強(qiáng)的花狀磷酸鋱的方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種富CO2水熱合成花狀磷酸鋱的方法，室溫下，分別配制Tb3+鹽和PO 43+鹽溶液；將上述兩種溶液按照體積比為1:1加入反應(yīng)釜中，一邊加入一邊攪拌，并持續(xù)攪拌30 min至I h ;向反應(yīng)釜中通CO2氣體或者加入干冰，控制釜內(nèi)壓力為1_10Mpa，密封高壓反應(yīng)釜；加熱高壓反應(yīng)釜，設(shè)定反應(yīng)溫度為100-200 °C，持續(xù)時(shí)間12 h~2 d，然后自然冷卻高壓反應(yīng)釜至室溫；對(duì)反應(yīng)后的產(chǎn)物過(guò)濾，并先后用去離子水和無(wú)水乙醇各洗滌、離心兩次；將洗滌、離心后的產(chǎn)物在50 °C?100 °C干燥6 h以上，即可得到最終純凈產(chǎn)物。
[0007]所述的Tb3+鹽和PO 43+鹽分別為常用的可溶性Tb 3+鹽和可溶性PO 43+鹽。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
(I)本發(fā)明充分利用0)2分壓緩沖溶液的pH值，水熱合成的花狀磷酸鋱純度高、尺寸均勻、結(jié)晶程度好、可控性強(qiáng)。
[0009](2)本發(fā)明制備過(guò)程中沒(méi)有添加表面活性劑、分散劑、包覆劑等不可循環(huán)使用的有機(jī)物，環(huán)境友好。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為實(shí)施例3合成的磷酸鋱的XRD圖；
圖2為實(shí)施例3合成的磷酸鋱的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1
稱取一定質(zhì)量的硝酸鋱[Tb(NO3)3.6Η20]和磷酸氫二銨[(NH4)2HPO4L分別用去離子水配成濃度為0.36mol/L的硝酸鋱的水溶液和磷酸氫二銨的水溶液。將硝酸鋱溶液和磷酸氫二銨溶液按照體積比為1:1加入反應(yīng)釜中，一邊加入一邊攪拌，控制反應(yīng)釜的初始填充度為70%，并且持續(xù)攪拌30 min至I h。向高壓反應(yīng)釜充入I MPa 二氧化碳?xì)怏w，封閉高壓反應(yīng)釜。加熱高壓反應(yīng)釜，控制反應(yīng)溫度為180 °C，持續(xù)時(shí)間2天，然后高壓反應(yīng)釜自然冷卻至室溫。反應(yīng)釜泄壓后對(duì)產(chǎn)物過(guò)濾、離心，并先后分別用去離子水和無(wú)水乙醇交替各洗滌兩次，最后讓產(chǎn)物在70 °C環(huán)境下干燥12 ho
[0012]實(shí)施例2
稱取一定質(zhì)量的硝酸鋱[Tb(NO3)3.6Η20]和磷酸氫二銨[(NH4)2HPO4L分別用去離子水配成濃度為0.36mol/L的硝酸鋱的水溶液和磷酸氫二銨的水溶液。將硝酸鋱溶液和磷酸氫二銨溶液按照體積比為1:1加入反應(yīng)釜中，一邊加入一邊攪拌，控制反應(yīng)釜的初始填充度為70%，并且持續(xù)攪拌30 min至I h。向高壓反應(yīng)釜充入5 MPa 二氧化碳?xì)怏w，封閉高壓反應(yīng)釜。加熱高壓反應(yīng)釜，控制反應(yīng)溫度為180 °C，持續(xù)時(shí)間2天，然后高壓反應(yīng)釜自然冷卻至室溫。反應(yīng)釜泄壓后對(duì)產(chǎn)物過(guò)濾、離心，并先后分別用去離子水和無(wú)水乙醇交替各洗滌兩次，最后讓產(chǎn)物在70 °C環(huán)境下干燥12 ho
[0013]實(shí)施例3
稱取一定質(zhì)量的硝酸鋱[Tb(NO3)3.6Η20]和磷酸氫二銨[(NH4)2HPO4L分別用去離子水配成濃度為0.36mol/L的硝酸鋱的水溶液和磷酸氫二銨的水溶液。將硝酸鋱溶液和磷酸氫二銨溶液按照體積比為1:1加入反應(yīng)釜中，一邊加入一邊攪拌，控制反應(yīng)釜的初始填充度為70%，并且持續(xù)攪拌30 min至I h。向高壓反應(yīng)Il加入干冰(固體二氧化碳)，控制反應(yīng)釜內(nèi)壓力為10 Mpa，封閉高壓反應(yīng)釜。加熱高壓反應(yīng)釜，控制反應(yīng)溫度為180 °C，持續(xù)時(shí)間2天，然后高壓反應(yīng)釜自然冷卻至室溫。反應(yīng)釜泄壓后對(duì)產(chǎn)物過(guò)濾、離心，并先后分別用去離子水和無(wú)水乙醇交替各洗滌兩次，最后讓產(chǎn)物在70 °C環(huán)境下干燥12 KXRD表征圖顯示合成的產(chǎn)物為純的磷酸鋱。SEM表征圖顯示合成的花狀磷酸鋱尺寸均勻、結(jié)晶程度好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種富CO 2水熱合成花狀磷酸鋱的方法，其特征在于:室溫下，分別配制Tb 3+鹽和PO43+鹽溶液；將上述兩種溶液按照體積比為1:1加入反應(yīng)釜中，一邊加入一邊攪拌，并持續(xù)攪拌30 min至I h ;向反應(yīng)釜中通CO2氣體或者加入干冰，控制釜內(nèi)壓力為1_10 Mpa，密封高壓反應(yīng)釜；加熱高壓反應(yīng)釜，設(shè)定反應(yīng)溫度為100-200 °C，持續(xù)時(shí)間12 h-2 d，然后自然冷卻高壓反應(yīng)釜至室溫；對(duì)反應(yīng)后的產(chǎn)物過(guò)濾，并先后用去離子水和無(wú)水乙醇各洗滌、離心兩次；將洗滌、離心后的產(chǎn)物在50 °C?100 °C干燥6 h以上，即可得到最終純凈產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富0)2水熱合成花狀磷酸鋱的方法，其特征在于:所述的Tb3+鹽和PO 43+鹽分別為常用的可溶性Tb 3+鹽和可溶性PO 43+鹽。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種富CO2水熱合成花狀磷酸鋱的方法，其特征在于：室溫下，分別配制Tb3+鹽和PO43+鹽溶液；將上述兩種溶液按照體積比為1:1加入反應(yīng)釜中，一邊加入一邊攪拌，并持續(xù)攪拌30 min至1 h；向反應(yīng)釜中通CO2氣體或者加入干冰，控制釜內(nèi)壓力為1-10 Mpa，密封高壓反應(yīng)釜；加熱高壓反應(yīng)釜，設(shè)定反應(yīng)溫度為100-200℃，持續(xù)時(shí)間12 h-2 d，然后自然冷卻高壓反應(yīng)釜至室溫；對(duì)反應(yīng)后的產(chǎn)物過(guò)濾，并先后用去離子水和無(wú)水乙醇各洗滌、離心兩次；將洗滌、離心后的產(chǎn)物在50 ℃～100℃干燥6h以上,即可得到最終純凈產(chǎn)物。
【IPC分類】C01B25-37
【公開(kāi)號(hào)】CN104528680
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410809990
【發(fā)明人】陳柱, 周麗, 李和平, 李肅寧, 張為
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月24日