本发明属于无机非金属材料的制备技术领域,具体地说是涉及一种锰酸钇纳米材料的制备方法。
背景技术:
锰酸钇(YMnO3)具有六方相的晶体结构,是稀土锰氧化物系列材料中较具有代表性的材料。这类材料由于其铁电性,具有独特的电、光、磁、特性的稀土锰氧化物,是目前凝聚态物理学领域中的热点之一。其在铁电性、铁磁性、铁电存储器等方面有独树一帜的应用前景。近年来, 有关研究报道呈现快速增长趋势,主要关于铁电性能材料与器件的制备与表征,同时锰酸钇也是一种半导体光催化材料,具有光催化活性,可以有效的催化降解各种有机物。
锰酸钇制备的主要方法包括固相反应法、溶胶–凝胶法、水热法以及化学共沉淀法和微乳液法。固相反应法反应温度高(1000 °C),反应不易进行完全,经常有杂质出现;化学共沉淀法在热分析过程中易发生团聚;微乳液法制备工艺复杂,生产成本比较高;溶胶–凝胶法反应过程容不易控制,所得产物纯度比较不高,而且合成过程比较复杂且耗时等缺点。
技术实现要素:
本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种工艺简单,目的产物收率高,制备成本低,产品纯度高的锰酸钇纳米材料的制备方法。
为达到上述目的,本发明是这样实现的。
一种锰酸钇纳米材料的制备方法,系将乙酰丙酮钇和乙酰丙酮锰在甲醇中充分溶解后,进行溶剂热反应,过滤、洗涤后,再经过干燥、煅烧冷却后即得目的产物。
作为一种优选方案,本发明所述乙酰丙酮钇和乙酰丙酮锰的摩尔比为1:1;所述乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.01~0.2 mol/L。
进一步地,本发明所述溶剂热反应温度在110~220 °C,反应时间为6~48小时。
更进一步地,本发明所述干燥时间为1~5小时,干燥温度为60~150°C,升温速率为2~10 °C/分钟。
更进一步地,本发明所述煅烧时间为2~8小时,煅烧温度为500~800 °C,升温速率为2~20 °C/分钟。
本发明利用溶剂热-煅烧两步法,成功的在低温条件下制备出了纯度较高的锰酸钇纳米材料。
与现有技术相比,本发明具有如下特点。
(1)锰酸钇纳米材料的制备工艺路线简单,制备成本低,操作容易控制,具有较高的生产效率,合成锰酸钇纳米材料的尺寸为20~30 nm。目的产物收率高(99.0%~99.9%),可满足工业应用领域对锰酸钇纳米材料产品的要求。
(2)目的产物锰酸钇纳米材料,其纯度高(99.92%~99.98%),杂质含量低,分散性好(通过SEM图可以看出)。
(3)本发明制备的目的产物锰酸钇纳米材料用作光催化剂使用,60分钟降解率可达到(97.0%~99.0%),具有较高的催化活性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
图1为本发明所制备的锰酸钇纳米材料的SEM形貌图。
图2为本发明所制备的锰酸钇纳米材料的SEM形貌图。
图3为本发明所制备的锰酸钇纳米材料的SEM形貌图。
图4为本发明所制备的锰酸钇纳米材料的SEM形貌图。
图5为本发明所制备的锰酸钇纳米材料的SEM形貌图。
图6为本发明所制备的锰酸钇纳米材料的X射线衍射花样图。
具体实施方式
本发明将乙酰丙酮钇和乙酰丙酮锰在甲醇中充分溶解后,进行溶剂热反应(温度在110~220 °C,时间为6~48小时),过滤、洗涤、干燥、煅烧冷却后即得目的产物(干燥时间为1~5小时,温度为60~120 °C,升温速率为2~10 °C/分钟。煅烧时间为2~8小时,温度为500~800°C,升温速率为2~20 °C/分钟)。
其制备步骤是。
(1)将乙酰丙酮钇和乙酰丙酮锰按照一定的摩尔比称量后,放入甲醇中充分溶解。将得到的混和溶液在一定温度下,进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在110~220 °C,溶剂热反应时间为6~48小时。
(2)溶剂热反应结束,自然冷却至室温后,将反应得到的产品过滤、洗涤后放入烘箱中,程序升温速率为2~10 °C/分钟,在60~120 °C条件下,干燥1~5 小时。
(3)上述干燥过后,将所得到的产品直接在马弗炉中煅烧,马弗炉中程序升温的升温速率范围在2~20 °C/min。煅烧时间为2~8小时,煅烧温度为500~800°C。自然冷却后即制得锰酸钇纳米材料。
(4)利用所制备的锰酸钇纳米材料作为光催化剂(0.1g/L),降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化实验中所用光源为500W汞灯。照射之前,含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中搅拌30分钟,达到吸附平衡后进行光照。用分光光度计测定甲基橙染料浓度变化。
参见图1~5所示,为本发明所制备的锰酸钇纳米材料进行的扫描电镜(SEM)图,所得产品锰酸钇纳米材料,材料的分散性好,纳米粒子的尺寸为20~30 nm。图6为本发明所制备的锰酸钇纳米材料的X射线衍射花样图,其PDF卡号为:25-1079。
实施例1。
将乙酰丙酮钇和乙酰丙酮锰按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇(12C,99.95%)中充分搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.1 mol/L。将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在200 °C,溶剂热反应时间为12小时。溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5 °C/分钟,在120 °C条件下干燥5 小时。然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为8小时,煅烧温度为500 °C,升温速率为10 °C/分钟。自然冷却后即得到锰酸钇纳米材料。纳米粒子的尺寸为20 nm,其产品的收率为99.9%。产品纯度为99.98%,杂质碳含量小于0.02%。在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为99.0%。
实施例2。
将乙酰丙酮钇和乙酰丙酮锰按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇(12C,99.95%)中搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.01 mol/L。将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在110 °C,溶剂热反应时间为48小时。溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5 °C/分钟,在120 °C条件下干燥2 小时。然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为2小时,煅烧温度为800 °C,升温速率为10 °C/分钟。自然冷却后即得到锰酸钇纳米材料。纳米粒子的尺寸为30 nm,其产品的收率为99.8%。产品纯度为99.92%,杂质碳含量小于0.08%。在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为98.0%。
实施例3。
将乙酰丙酮钇和乙酰丙酮锰按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇(12C,99.95%)中搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.2 mol/L。将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在220 °C,溶剂热反应时间为6小时。溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5 °C/分钟,在120 °C条件下干燥5 小时。然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为4小时,煅烧温度为600 °C,升温速率为10 °C/分钟。自然冷却后即得到锰酸钇纳米材料。纳米粒子的尺寸为25 nm,其产品的收率为99.8%。产品纯度为99.97%,杂质碳含量小于0.03%。在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为97.0%。
实施例4。
将乙酰丙酮钇和乙酰丙酮锰按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇(12C,99.95%)中搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.05 mol/L。将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在180 °C,溶剂热反应时间为12小时。溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5 °C/分钟,在120 °C条件下干燥5 小时。然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为8小时,煅烧温度为600 °C,升温速率为10 °C/分钟。自然冷却后即得到锰酸钇纳米材料。纳米粒子的尺寸为25 nm,其产品的收率为99.0%。产品纯度为99.95%,杂质碳含量小于0.05%。在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为99.0%。
实施例5。
将乙酰丙酮钇和乙酰丙酮锰按照摩尔比为1:1,准确称量后放入甲醇(12C,99.95%)中搅拌溶解,乙酰丙酮钇的摩尔浓度为0.02 mol/L。将得到的混和溶液进行溶剂热反应,溶剂热反应温度在200 °C,溶剂热反应时间为24小时。溶剂热反应结束后,自然冷却至室温,将反应得到的产品过滤洗涤后放入烘箱中,程序升温速率5 °C/分钟,在120 °C条件下干燥5 小时。然后放在马弗炉中煅烧,煅烧时间为4小时,煅烧温度为600 °C,升温速率为10 °C/分钟。自然冷却后即得到锰酸钇纳米材料。纳米粒子的尺寸为20 nm,其产品的收率为99.0%。产品纯度为99.97%,杂质碳含量小于0.03%。在光催化评价催化活性的实验中,60分钟的降解率为97.0%。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。