一种高效制备钨酸镉粉体的方法与流程

文档序号:11209922
一种高效制备钨酸镉粉体的方法与流程

本发明属于粉体制备技术领域,具体涉及对于利用溶液法制备钨酸镉粉体过程中,采用水溶性醇与水的混合物作为溶剂,提高抽滤环节效率的制备钨酸镉粉体的方法。



背景技术:

钨酸镉(CdWO4,简称CWO)作为一种闪烁晶体材料,具有在空气中不发生潮解、密度大(7.9g/cm3)、有效原子序数高、光输出值较高、余辉(Afterglow)较短以及能量分辨率较高等诸多优点,在工业CT、医用CT和石油测井等领域都具有十分广泛的应用前景。

制备钨酸镉粉体,既有其独特的应用价值,又可以为后期生长钨酸镉单晶提供原料,还可以较为高效地探究不同种类、不同浓度的离子掺杂对于钨酸镉晶体性能的影响。

在目前已有的报道之中,制备钨酸镉粉体,可以采用多种制备方法,但由于高温固体反应法等方法存在温度高,周期长,设备复杂,成本高等缺点,限制了钨酸镉的应用。

在传统的选用纯水作为反应的溶剂溶液法中,虽然一定程度上克服了温度较高、周期长、原料为固体混合、均匀性控制难度大等问题得到钨酸镉粉体,但是在具体实施过程中就能发现,由于溶剂能够被包裹在钨酸镉所形成的原子骨架当中,以至于在抽滤去除杂质的过程当中,使用纯水作为溶剂会使得反应所得溶胶的体积变大,这样就会给随后的抽滤过程造成许多不良影响,不仅会延长抽滤时间,还会占用更大的布氏漏斗容积。



技术实现要素:

针对在传统溶剂溶液方法中用纯水做溶剂,使反应所得的溶胶体积(本发明中的“溶胶体积”即是指两种溶液经过反应之后,静置10h以上,所沉积在烧杯底部的那部分溶胶体积)膨大,不利于随后进行的抽滤除杂过程的缺点,本发明的目的是提供一种高效制备钨酸镉粉体的方法,以改进溶液法制备钨酸镉粉体的传统方法。

在此,本发明提供一种高效制备钨酸镉粉体的方法,所述方法包括:

将含有Na2WO4·2H2O和可溶性镉盐且以水和水溶性醇的混合液作为反应溶剂的前驱体溶液于60~80℃搅拌(优选1~2小时),得到钨酸镉溶胶,其中水溶性醇和水的体积比为(1~10):2;

对所述钨酸镉溶胶进行抽滤、干燥得到颗粒状固体,将所述颗粒状固体于800~1000℃,优选800℃进行煅烧(优选1~5小时),得到所述钨酸镉粉体。

本发明中,选用Na2WO4·2H2O和可溶性镉盐为前驱物原料,相对于传统的选用纯水作为反应的溶剂溶液法,改用水溶性醇与纯水的混合物作为溶剂,以此能够较大地缩小钨酸镉溶胶的体积(与传统法相比相差约2~10倍),缩短抽滤时间,有效提高了抽滤效率,从而提高了制备钨酸镉粉末的效率。此外,本发明的方法反应温度低、操作简单、成分可控,并且能够制得纯度较高的钨酸镉粉体。

较佳地,Na2WO4与可溶性镉盐的化学计量比为1:1。

较佳地,前驱体溶液通过如下方法配制:

将Na2WO4·2H2O溶于水中,配置成浓度为0.5~1.0mol/L的Na2WO4水溶液;

将可溶性镉盐溶于水溶性醇中,配置成浓度为0.1~1.0mol/L的可溶性镉盐醇溶液;

按照Na2WO4与可溶性镉盐的化学计量比为1:1将Na2WO4水溶液与可溶性镉盐醇溶液混合得到前驱体溶液。

较佳地,所述可溶性镉盐可以采用硝酸镉或氯化镉。

较佳地,所述水溶性醇可以采用丙三醇或乙二醇。

较佳地,所述前驱体溶液中水溶性醇与水的体积比可以为(2~5):1。

较佳地,所述干燥的温度可以为30~50℃。

附图说明

图1:改进的溶液法制备钨酸镉粉体的实验流程图;

图2:不同煅烧温度下钨酸镉粉体的红外光谱。其中波数为1800nm-1~3000nm-1左右的范围内的吸收峰为仪器利用ATR反射模式测试时固有吸收峰;未经煅烧,或者煅烧温度为500℃时,在波数为2700~3300nm-1左右所出现了一个较宽的吸收峰,可以认为是有机物杂质残留,煅烧温度提高到800℃时,此吸收峰消失;

图3:不同煅烧温度下的钨酸镉粉体的XRD图谱,由图3可知,随着煅烧温度的升高,其衍射峰强度越高。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明,应理解,下述实施方式仅用于说明本发明,而非限制本发明。

本发明提供了一种高效制备钨酸镉粉体的方法,采用可溶性镉盐为镉源,以水溶性醇与纯水的混合物作为溶剂,将Na2WO4水溶液与可溶性镉盐醇溶液混合得到前驱体溶液,将所述前驱体溶液在一定温度下搅拌得到钨酸镉溶胶,并对钨酸镉溶胶进行抽滤、干燥得到颗粒状固体,将颗粒状固体经高温煅烧得到所述钨酸镉粉体。本发明通过使用水溶性醇与纯 水的混合物作为溶剂,提高了溶液法制备钨酸镉(CdWO4,简称CWO)粉体过程中抽滤环节效率,提高了制备钨酸镉粉末的效率。

以下,具体说明本发明的高效制备钨酸镉粉体的方法。

关于前驱体溶液的制备。本发明的前驱体溶液,包括Na2WO4水溶液和可溶性镉盐醇溶液。Na2WO4水溶液可以是由Na2WO4·2H2O溶于纯水中配置得到。Na2WO4水溶液的浓度可为0.5~1.0mol/L。Na2WO4水溶液的浓度过高,则溶质难以完全溶解;Na2WO4水溶液的浓度过低,会影响制备效率。

本发明中,采用可溶性镉盐为镉源,可溶性镉盐醇溶液可以由可溶性镉盐溶于水溶性醇得到。优选的,所述可溶性镉盐可以采用硝酸镉或氯化镉。更优选的,可溶性镉盐可以采用硝酸镉。

优选的,水溶性醇可以采用丙三醇或乙二醇。更优选的,水溶性醇可以采用丙三醇。可溶性镉盐醇溶液的浓度可为0.1~1.0mol/L。可溶性镉盐醇溶液的浓度过高,则溶质难以完全溶解;可溶性镉盐醇溶液的浓度过低,会影响制备效率。

在一个优选方案中,按照Na2WO4与可溶性镉盐的化学计量比为1:1将Na2WO4水溶液与可溶性镉盐醇溶液混合得到前驱体溶液。Na2WO4与可溶性镉盐的化学计量比超过该范围,则不能有效利用两种原料,造成成本的提高。

又,在一个优选方案中,所述前驱体溶液中水溶性醇与水的体积比可以为(1~10):2,优选(2~5):1。水溶性醇与水的体积比超出该范围,会不便于控制。

钨酸镉溶胶可由前驱体溶液在一定温度下搅拌得到。作为一个示例,例如将所述前驱体溶液于60~80℃搅拌1~2小时,得到钨酸镉溶胶。搅拌温度过高,可能会发生危险;搅拌温度过低,会不利于均匀性。搅拌时间过长,会影响制备效率;搅拌时间过短,会不利于均匀性。搅拌的仪器可以选用磁力恒温搅拌器。

与传统的溶液法制备钨酸镉粉体方法相比,本发明以水溶性醇与纯水的混合物作为溶剂得到的钨酸镉溶胶,推测是由于混合溶剂密度较纯水大,造成了溶液中钨酸镉原子骨架结构的空间被更大程度地压缩,所以这种溶胶体积相比传统制备方法能够较大地缩小钨酸镉溶胶的体积(与传统法相比相差约2~10倍)。

对这种体积缩小的钨酸镉溶胶进行抽滤除杂、干燥之后,可以得到颗粒状的固体样品。作为一个示例,干燥过程可以包括将钨酸镉溶胶置于恒温烘箱中,在30-50℃的温度下充分干燥。抽滤可以利用布氏漏斗与循环水真空泵所组成的抽滤设备来完成,不同功率的循环水真空泵和不同直径的布氏漏斗,会对抽滤时间产生影响。在一定范围内,循环水真空泵 的功率越高,布氏漏斗直径越大,抽滤时间越短。

由于水溶性醇与纯水的混合物作为溶剂可以使钨酸镉溶胶相比传统制备方法缩小了约2~10倍,抽滤时间与传统法相比缩短2~6倍,有效提高在制备过程中抽滤环节的效率,从而提高了制备钨酸镉粉末的效率。

将经抽滤、干燥后得到的颗粒状的固体样品在高温下进行煅烧,能够基本除去样品之中所存在的丙三醇的残留,得到较纯的钨酸镉粉体。作为一个示例,煅烧可以是将得到的颗粒状固体样品置于马弗炉中,在800~1000℃,优选800℃的高温下进行煅烧0.8~1.2h。煅烧温度过高,会使得氧化镉这一成分产生挥发;煅烧温度过低,会使得去除杂质不完全。煅烧时间过长,会提高成本、影响制备效率;煅烧时间过短,会使得去除杂质不完全。

本发明的优点是:相对于传统的选用纯水作为反应的溶剂溶液法,改用水溶性醇与纯水的混合物作为溶剂,以此能够较大地缩小钨酸镉溶胶的体积(与传统法相比相差约2~10倍),缩短抽滤时间,有效提高了抽滤效率,从而提高了制备钨酸镉粉末的效率。此外,本发明的方法反应温度低、操作简单、成分可控,并且能够制得纯度较高的钨酸镉粉体。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解,以下实施例只用于对本发明进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例,即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择,而并非要限定于下文示例的具体数值。

对比例1

1.1将一定量的Na2WO4·2H2O溶于纯水中,配置成浓度为0.5mol/L的Na2WO4水溶液;

1.2将一定量的Cd(NO3)2溶于足量纯水中,配置成浓度为1.0mol/L的Cd(NO3)2的水溶液;

1.3取10mL的Na2WO4水溶液和5mL的Cd(NO3)2的水溶液,相互混合均匀,利用磁力恒温搅拌器,在70℃的温度下搅拌1h之后,得到钨酸镉溶胶;

1.4、对钨酸镉溶胶利用布氏漏斗与循环水真空泵所组成的抽滤设备进行多次抽滤除杂操作,多次抽滤,一次抽滤所用时间约为60min,置于恒温烘箱中,在40℃的温度下充分干燥之后,得到颗粒状的固体样品;

1.5、将得到的颗粒状固体样品置于马弗炉中,在800℃的高温下煅烧1h,获得的钨酸镉粉体。

实施例1:

1.1将一定量的Na2WO4·2H2O溶于纯水中,配置成浓度为0.5mol/L的Na2WO4水溶液;

1.2将一定量的Cd(NO3)2溶于足量丙三醇中,配置成浓度为1.0mol/L的Cd(NO3)2的丙三醇溶液;

1.3取10mL的Na2WO4水溶液和和5mL的Cd(NO3)2的丙三醇溶液,相互混合均匀,利用磁力恒温搅拌器,在70℃的温度下搅拌1h之后,得到这种溶胶体积只有对比例1约1/2的钨酸镉溶胶;

1.4、对这种体积缩小的溶胶利用布氏漏斗与循环水真空泵所组成的抽滤设备进行抽滤除杂操作,多次抽滤,一次抽滤时间约为25min,然后置于恒温烘箱中,在40℃的温度下充分干燥之后,得到颗粒状的固体样品;

1.5、将得到的颗粒状固体样品置于马弗炉中,在800℃的高温下煅烧1h,能够基本除去样品之中所存在的丙三醇的残留,获得的钨酸镉粉体。

实施例2:

2.1将一定量的Na2WO4·2H2O溶于纯水中,配置成浓度为0.5mol/L的Na2WO4水溶液;

2.2将一定量的Cd(NO3)2溶于足量丙三醇中,配置成浓度为0.5mol/L的Cd(NO3)2的丙三醇溶液;

2.3取10mL的Na2WO4水溶液和和10mL的Cd(NO3)2的丙三醇溶液,相互混合均匀,利用磁力恒温搅拌器,在70℃的温度下搅拌1h之后,得到这种溶胶体积只有传统方法约1/3的钨酸镉溶胶;

2.4、对这种体积缩小的溶胶进行抽滤除杂操作,多次抽滤,一次抽滤时间约为20min,置于恒温烘箱中,在40℃的温度下充分干燥之后,得到颗粒状的固体样品;

2.5、将得到的颗粒状固体样品置于马弗炉中,在800℃的高温下煅烧1h,能够基本除去样品之中所存在的丙三醇的残留,获得的钨酸镉粉体。

实施例3:

3.1将一定量的Na2WO4·2H2O溶于纯水中,配置成浓度为1.0mol/L的Na2WO4水溶液;

3.2将一定量的Cd(NO3)2溶于足量丙三醇中,配置成浓度为0.5mol/L的Cd(NO3)2的丙三醇溶液;

3.3取5mL的Na2WO4水溶液和和10mL的Cd(NO3)2的丙三醇溶液,相互混合均匀,利用磁力恒温搅拌器,在70℃的温度下搅拌1h之后,得到这种溶胶体积只有传统方法约1/4的钨酸镉溶胶;

3.4、对这种体积缩小的溶胶进行抽滤除杂操作,多次抽滤,一次抽滤时间约为18min,置 于恒温烘箱中,在30℃的温度下充分干燥之后,得到颗粒状的固体样品;

3.5、将得到的颗粒状固体样品置于马弗炉中,在800℃的高温下煅烧1h,能够基本除去样品之中所存在的丙三醇的残留,获得的钨酸镉粉体。

实施例4:

4.1将一定量的Na2WO4·2H2O溶于纯水中,配置成浓度为1.0mol/L的Na2WO4水溶液;

4.2将一定量的Cd(NO3)2溶于足量丙三醇中,配置成浓度为0.25mol/L的Cd(NO3)2的丙三醇溶液;

4.3取5mL的Na2WO4水溶液和和20mL的Cd(NO3)2的丙三醇溶液,相互混合均匀,利用磁力恒温搅拌器,在70℃的温度下搅拌1h之后,得到这种溶胶体积只有传统方法约1/6的钨酸镉溶胶;

4.4、对这种体积缩小的溶胶进行抽滤除杂操作,多次抽滤,一次抽滤时间约15min,置于恒温烘箱中,在40℃的温度下充分干燥之后,得到颗粒状的固体样品;

4.5、将得到的颗粒状固体样品置于马弗炉中,在800℃的高温下煅烧1h,能够基本除去样品之中所存在的丙三醇的残留,获得的钨酸镉粉体。

实施例5:

5.1将一定量的Na2WO4·2H2O溶于纯水中,配置成浓度为1.0mol/L的Na2WO4水溶液;

5.2将一定量的Cd(NO3)2溶于足量丙三醇中,配置成浓度为0.2mol/L的Cd(NO3)2的丙三醇溶液;

5.3取5mL的Na2WO4水溶液和和25mL的Cd(NO3)2的丙三醇溶液,相互混合均匀,利用磁力恒温搅拌器,在70℃的温度下搅拌1h之后,得到这种溶胶体积只有传统方法约1/7的钨酸镉溶胶;

5.4、对这种体积缩小的溶胶进行抽滤除杂操作,多次抽滤,一次抽滤时间为13min,置于恒温烘箱中,在50℃的温度下充分干燥之后,得到颗粒状的固体样;

5.5、将得到的颗粒状固体样品置于马弗炉中,在800℃的高温下煅烧1h,能够基本除去样品之中所存在的丙三醇的残留,获得的钨酸镉粉体。

图2示出不同煅烧温度下钨酸镉粉体的红外光谱。其中波数为1800nm-1~3000nm-1左右的范围内的吸收峰为仪器利用ATR反射模式测试时所固有;在未经高温煅烧,或者煅烧温度较低(500℃时),在波数为2700~3700nm-1左右时出现了一个较宽的吸收峰,当煅烧温度达到800℃时,此部分吸收峰消失。图3示出不同煅烧温度下的钨酸镉粉体的XRD图谱,由图3可知,随着煅烧温度的升高,其衍射峰强度越高。

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