一种酒石酸‑硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法与流程

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法。

背景技术：

稀土锆酸盐由于具有独特的晶体结构，具有高离子导电性和高熔点，该材料具有良好的化学稳定性，催化活性高，受到研究者们的广泛关注。在热障涂层、固体电解质、催化剂、放射性核废料的处理等方面得到了广泛的应用[徐强，潘伟，等.焦绿石型ln2zr2o7陶瓷的研究进展[j].稀有金属材料与工程，2005，(34)：1100-1104.]。

由于元素钇和另一元素铈是地球上含量较大的两种稀土元素，所以相比其他种稀土锆酸盐，对于锆酸钇(y2zr2o7)的应用研究，在原料获取上，具有一定的资源优势。锆酸钇在常温下呈缺陷萤石结构，属fm3m空间群，属立方晶系。在热障涂层、信息探测、荧光材料和光催化材料方面具有广泛应用[huili,etal.pressure-inducedstructuraltransitionofy2zr2o7[j].journalofalloysandcompounds,2016,660:446-449.]。

现有报道的锆酸钇制备方法主要为溶胶凝胶法、水热法和高温固相烧结法。如jovanímarc等[jovanímarc,sanzana,etal.newred-shadeenvironmental-friendlymultifunctionalpigmentbasedontbandfedopedy2zr2o7forceramicapplicationsandcoolroofcoatings[j].dyesandpigments,133(2016)33-40.]，linhuigao等[linhuigao,yuean,etal.hydrothermalsynthesisandphotoluminescencepropertiesofy2zr2o7:tb³⁺phosphors[j].journalofmaterialsscience,46(2011):1337-1340.]以及huili等[huili,qiangtao,etal.pressure-inducedstructuraltransitionofy2zr2o7[j].journalofalloysandcompounds,660(2016):446-449.]均采用以上提到的方法制得目标产物。以上的方法中，高温固相烧结法缺点在于合成温度高，生成产物尺寸较大，不能控制粒径，由于组分分布不均而存在不纯相，有化学计量损失；单纯的溶胶凝胶法的缺点在于反应物的生成温度较高，反应时间较长。水热法的优点在于克服了组分分布不均，存在化学计量损失的缺点，然而对于设备的要求较高，且反应时间较长。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法。此方法能够制备出尺寸较小的多孔块状y2zr2o7粉体。本发明工艺简单、能在较低温度快速合成高烧结活性的锆酸钇粉体。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法，包括以下步骤：

1)将y(no3)3·6h2o和zro(no3)2·h2o，混合后研磨，得到混合粉体；其中，y(no3)3·6h2o和zro(no3)2·h2o的摩尔比为1:1；

2)将酒石酸和乙二胺四乙酸混合，然后调节ph值至2～7，得到复合络合剂溶液；

3)将复合络合剂溶液搅拌后，逐滴滴加到装有混合粉体的研钵中，边加边研磨，滴加完成后，继续研磨均匀，得到糊状粘稠中间体；其中酒石酸与y(no3)3·6h2o的摩尔比为2︰1；

4)将糊状粘稠中间体干燥获得凝胶块；

5)将凝胶块高温加热得到蓬松块体，将蓬松块体在500℃～700℃下热处理1～3h，得到锆酸钇。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中按酒石酸︰乙二胺四乙酸＝(1～2)︰1的摩尔比进行混合。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中采用氨水调节ph值至2～7。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中搅拌的转速为350～500转/分钟，时间为6～12h。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中滴毕后研磨的时间为15～30min。

本发明进一步的改进在于，步骤4)中干燥的温度为60～80℃，时间为2～3h。

本发明进一步的改进在于，步骤5)中高温加热的温度为300～400℃时间为10～30min。

本发明进一步的改进在于，进行热处理前进行研磨。

与现有技术相比，本发明具有有益的效果：

本发明提供了一种合成温度低、工艺简单的新的合成方法—酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇。通过将催化活性组分和催化剂载体等与酒石酸混合均匀，放入一定温度的高温加热炉中，通过酒石酸燃烧放出的热量快速形成固体氧化物；复合络合剂能使前驱液在较宽的ph范围保持稳定，蒸发溶剂时更易得到溶胶而不出现沉淀；本发明所用方法制备的y2zr2o7粉体的优势在于：(1)反应是非爆炸式的氧化还原放热反应，在反应过程中体系放出大量的热，使合成温度明显降低，从而减少了锆酸钇粉体团聚，制得的产物呈多孔块状形貌，结晶度高，分散性；(2)因为高温烧结过程中产生的硬团聚会大大降低粉体的烧结活性，而酒石酸燃烧法能够促进粉体的低温烧结，有利于合成高烧结活性的锆酸钇粉体；(3)工艺简单，便捷，不需要特殊的设备，易操作，制备成本较低；(4)反应体系温和、可控，燃烧产物杂质极少，产物损失率少；(5)酒石酸燃烧时生成的co2可起到造孔和提高固体氧化物比表面积的作用，有利于粉体的光催化活性的提高。并且复合络合剂燃烧短时间释放的热量，能够促进材料的低温快速合成，相较现有高温固相法具有节能环保的优点。

附图说明

图1为本发明在实施例2的条件下制得的有孔块状y2zr2o7微晶的x射线衍射(xrd)图谱。

图2为本发明在实施例2条件下所制备的块状y2zr2o7微晶在1万放大倍率下的扫描电镜(sem)照片。

图3为本发明在实施例2条件下所制备的y2zr2o7在500w汞灯照射下光催化降解罗丹明b性能图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

实施例1

1)分别称取2mmol分析纯的y(no3)3·6h2o和zro(no3)2·h2o，置于玛瑙研钵中充分研磨，获得混合粉体。

2)按酒石酸︰edta＝1︰1的摩尔比，称取定量分析纯的酒石酸和乙二胺四乙酸(edta)，制备酒石酸浓度为0.2mol/l的复合络合剂，并以浓氨水调节复合络合剂ph＝7，得到复合络合剂溶液；其中，酒石酸与y(no3)3·6h2o的摩尔比为2︰1。

3)经过磁力搅拌器转速为350转/分钟搅拌12h后，将复合络合剂溶液逐滴滴加到装有混合粉体的研钵中，边加边研磨，滴加完成后，继续研磨15min，获得糊状粘稠中间体。

4)将所得的糊状粘稠中间体置于温度已经预热到60℃的烘箱中，干燥3h，蒸发水分，获得凝胶块。

5)将获得的凝胶块置于马弗炉中，在300℃的温度下处理10min，获得蓬松块体，然后在玛瑙研钵中研磨5min，然后置于预热到500℃温度的马弗炉中，热处理3h，即可得到目标产物锆酸钇(y2zr2o7)。

实施例2

1)分别称取3mmol分析纯的y(no3)3·6h2o和zro(no3)2·h2o，置于玛瑙研钵中充分研磨，获得混合粉体。

2)按酒石酸︰edta＝1︰1的摩尔比，称取定量分析纯的酒石酸和乙二胺四乙酸(edta)，制备酒石酸浓度为0.2mol/l的复合络合剂，并以浓氨水调节复合络合剂ph＝6，得到复合络合剂溶液；其中，酒石酸与y(no3)3·6h2o的摩尔比为2︰1。

3)经过磁力搅拌器转速为400转/分钟搅拌8h后，将复合络合剂溶液逐滴滴加到装有混合粉体的研钵中，边加边研磨，滴加完成后，继续研磨20min，获得糊状粘稠中间体。

4)将所得的糊状粘稠中间体置于温度已经预热到80℃的烘箱中，干燥2h，蒸发水分，获得凝胶块。

5)将获得的凝胶块置于马弗炉中，在350℃的温度下处理15min，获得蓬松块体，然后在玛瑙研钵中研磨5min，然后置于预热到600℃温度的马弗炉中，热处理2h，即可得到目标产物锆酸钇(y2zr2o7)。

从图1可以看出，本发明采用酒石酸-硝酸盐燃烧法成功制备出y2zr2o7(对比icdd卡片号：01-074-9311)。

从图2可以看出，采用酒石酸-硝酸盐燃烧法制备的y2zr2o7呈有孔大块形貌。

从图3可以看出，在500w汞灯照射的条件下，本专利所制备出的锆酸钇在2h对浓度为10mg/l的罗丹明b降解率可以达到76.8％，减去产物吸附和染料自降解作用后净降解率约为54％。

实施例3

1)分别称取5mmol分析纯的y(no3)3·6h2o和zro(no3)2·h2o，置于玛瑙研钵中充分研磨，获得混合粉体。

2)按酒石酸︰edta＝1︰2的摩尔比，称取定量分析纯的酒石酸和乙二胺四乙酸(edta)，制备酒石酸浓度为0.2mol/l的复合络合剂，并以浓氨水调节复合络合剂ph＝5，得到复合络合剂溶液；其中，酒石酸与y(no3)3·6h2o的摩尔比为2︰1。

3)经过磁力搅拌器转速为450转/分钟搅拌8h后，将复合络合剂溶液逐滴滴加到装有混合粉体的研钵中，边加边研磨，滴加完成后，继续研磨25min，获得糊状粘稠中间体。

4)将所得的糊状粘稠中间体置于温度已经预热到70℃的烘箱中，干燥3h，蒸发水分，获得凝胶块。

5)将获得的凝胶块置于马弗炉中，在400℃的温度下处理20min，获得蓬松块体，然后在玛瑙研钵中研磨5min，然后置于预热到650℃温度的马弗炉中，热处理2h，即可得到目标产物锆酸钇(y2zr2o7)。

实施例4

1)分别称取8mmol分析纯的y(no3)3·6h2o和zro(no3)2·h2o，置于玛瑙研钵中充分研磨，获得混合粉体。

2)按酒石酸︰edta＝1︰1.5的摩尔比，称取定量分析纯的酒石酸和乙二胺四乙酸(edta)，制备酒石酸浓度为0.2mol/l的复合络合剂，并以浓氨水调节复合络合剂ph＝2，得到复合络合剂溶液；其中，酒石酸与y(no3)3·6h2o的摩尔比为2︰1。

3)经过磁力搅拌器转速为500转/分钟搅拌6h后，将复合络合剂溶液逐滴滴加到装有混合粉体的研钵中，边加边研磨，滴加完成后，继续研磨30min，获得糊状粘稠中间体。

4)将所得的糊状粘稠中间体置于温度已经预热到80℃的烘箱中，干燥3h，蒸发水分，获得凝胶块。

5)将获得的凝胶块置于马弗炉中，在400℃的温度下处理30min，获得蓬松块体，然后在玛瑙研钵中研磨5min，然后置于预热到700℃温度的马弗炉中，热处理1h，即可得到目标产物锆酸钇(y2zr2o7)。

本发明具有以下优点：

1)此方法制得的产物呈多孔块状形貌，结晶度高，分散性好。

2)此方法不需要特殊设备，工艺简单易操作，制备成本较低。

3)此方法在酒石酸和edta复合络合剂燃烧时，释放的co2可以造孔，促进锆酸钇比表面积的扩大，有利于粉体的光催化活性的提高。

4)复合络合剂燃烧短时间释放的热量，能够促进材料的低温快速合成，相较现有高温固相法具有节能环保的优点。