一种颗粒球状钛酸镧的制备方法与流程

本发明的技术方案涉及镧的钛酸盐，具体地说是颗粒球状钛酸镧的制备方法。

背景技术：

钛酸镧化学式为latio3，属于abo3钙钛矿结构材料，其不仅可用于制作铁电栅场效应晶体管、铁电随机存取存储器等，在光催化和处理含有有毒有机物质的污水方面也有应用。

目前对于钛酸镧的研究较多，但大多合成方法并不简便。(b.madhavan,a.ashok,dielectricpropertiesofaandb-sitedopedlatio3-δperovskitessynthesisedbysol–gelmethod,jsol-gelscitechnol,2015,73,1-8)该文献报道了一种溶胶-凝胶的合成方法，该技术耗时长，工序繁琐。(i.a.mkhalid,visiblelightphotocatalyticsynthesisofanilinewithanau/latio3nanocomposites,journalofalloysandcompounds2015,631,298–302)该文献报道了一种利用超声制备钛酸镧的方法，该工艺操作复杂，需要保护气体。虽然已有的这些方法均可得到钛酸镧，但是目前还没有方法能够得到颗粒球状形貌的钛酸镧。

技术实现要素：

本发明的目的为针对当前钛酸镧合成过程存在的工艺复杂、条件苛刻和成本较高，或者钛酸镧合成过程需高温煅烧的缺点，提供一种颗粒球状钛酸镧的制备方法。该方法通过引入乙二醇来改变产物的生成环境，在醇-水体系中,采用混合溶剂热法制备颗粒球状钛酸镧。本发明方法工艺简单，成本低廉，成分均一，形貌新颖。

本发明的技术方案是：

一种颗粒球状钛酸镧制备方法，包括以下步骤：

(1)将钛源溶解于醇溶液中，制得浓度为0.04541-0.05677摩尔钛/升醇的钛源-醇混合液，待用；

(2)将镧源溶解于去离子水中，制得浓度为0.1150-0.2309摩尔镧/升水的镧源-水混合液，待用；

(3)在搅拌条件下，将步骤(2)中配制的10～20份镧源-水混合液加入到40～50份步骤(1)中的钛源-醇混合液中，搅拌后，再向溶液中加入氢氧化钠，磁力搅拌20～30分钟，得到第三混合液；其中，第三混合液中，氢氧化钠加入量为0.8-1摩尔/升；

(4)然后将步骤(3)中所得的第三混合液移到反应釜中，密闭后升温到180-220℃，反应3-48小时；

(5)将上步的反应釜静置至室温，移除上清液后，将沉淀加入到含100份0.2m的盐酸溶液的反应器中，搅拌20～30分钟后水洗，再经离心分离，60-100℃烘干，得到白色粉末为颗粒球状钛酸镧；

上述组分的份数均为体积份数，且各步骤中所用的体积单位相同。

所述步骤(1)中所述的钛源为钛酸丁酯，醇源为乙二醇。

所述步骤(2)中所述的镧源为六水合硝酸镧。

本发明的实质性特点为：

当前技术中，利用水热法，需要在碱性环境下加入同等量的镧源钛源，仅能得到的产物为化学式为la2ti2o7的钛酸镧，且其形貌为片状；相比于latio3钛酸镧见于报道的其它常见合成方法，如固态反应法，需要前驱体在高温下煅烧几个十几个小时才能形成，耗时长且耗能大；对溶胶-凝胶法，这种方法不能一步合成产物，工序繁琐，形成凝胶的过程时间较长，且之后也需要煅烧凝胶的步骤；还有如超声合成法，也需要多步反应才能得到样品，且反应过程需要在氮气等保护气氛下进行，对反应环境依赖性太强。而本发明专利关键之处在于乙二醇的加入,通过引入乙二醇来改变产物的生成环境，在醇-水体系中,采用混合溶剂热法制备颗粒球状钛酸镧，从而达到了控制其成分及形貌的目的。

本发明的有益效果是：

1.本发明方法所得到的颗粒球状钛酸镧是具有颗粒球状的钛酸镧，具体形貌如图2所示，所合成钛酸镧颗粒大小均匀，球状明显。如图1所示，产物为纯相钛酸镧，且衍射峰非常清晰、尖锐，说明钛酸镧结晶度很好。相对于以往纯水的合成体系，本发明在水热法中引入了乙二醇，改变了晶体形成和生长环境，并最终得到了此种独特形貌的产物，本发明所用原料价廉易得，且克服以往钛酸镧合成过程中，工艺复杂、条件苛刻和成本较高等缺点；以克服已有钛酸镧合成过程需高温煅烧的缺点。

2.本发明方法中，采用绿色、环保的醇-水制备体系，无需高温煅烧，无需保护气体，降低了生产成本，有利于无毒害规模化合成和环境保护。

3.本发明方法简单，利于批量生产。本专利采用绿色，简便的方法得到颗粒球状的钛酸镧。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为实施例1中颗粒球状钛酸镧粉末xrd谱图。

图2为实施例1中颗粒球状钛酸镧sem照片。

具体实施方式

实施例1

(1)将0.8ml钛酸丁酯(约0.0023mol)溶解于40ml乙二醇溶液中，搅拌均匀，待用；

(2)将1g(约0.0023mol)六水合硝酸镧溶解于20ml去离子水中，搅拌至完全溶解，待用；

(3)在搅拌条件下，将步骤(2)中配制的液体用50～60秒加入到步骤(1)中的反应器中，待溶液混合均匀后，再加入2.4g氢氧化钠，磁力搅拌30分钟；

(4)然后将步骤(3)中所得的混合物移到反应釜，密闭后升温到220℃，反应24小时；

(5)室温下原液静置，移除上清液后，将余下的沉淀部分加入到含100ml,0.2mol/l的盐酸溶液的反应器中，搅拌30分钟后水洗，再经离心分离，80℃烘干，得到白色粉末为颗粒球状钛酸镧约1.1g。

采用本发明所制备的颗粒球状钛酸镧，进行x射线衍射谱图分析如图1所示，图中的衍射峰表明产物为纯相钛酸镧，不含其它杂相，同时这些衍射峰清晰、尖锐，说明该钛酸镧的结晶度很好。通过透射电镜观察(如图2所示)，颗粒球状钛酸镧分布均匀，且颗粒尺寸均一，在几十到几百纳米左右。

实施例2

将实施例1中步骤(4)中的反应温度定为180℃，其他步骤同实施例1。得到产物同实施例1。

实施例3

将实施例1中步骤(4)中的反应温度定为200℃，其他步骤同实施例1。得到产物同实施例1。

实施例4

将实施例1中步骤(4)的反应时间调节为3h，其他步骤同实施例1。得到产物同实施例1。

实施例5

将实施例1中步骤(4)的反应时间调节为12h，其他步骤同实施例1。得到产物同实施例1。

实施例6

将实施例1中步骤(4)的反应时间调节为36h，其他步骤同实施例1。得到产物同实施例1。

实施例7

将实施例1中步骤(4)的反应时间调节为48h，其他步骤同实施例1。得到产物同实施例1。

实施例8

将实施例1中步骤(1)的乙二醇量定为45ml，步骤(2)的去离子水量定为15ml，其他步骤同实施例1。得到产物同实施例1。

实施例9

将实施例1中步骤(1)的乙二醇量定为50ml，步骤(2)的去离子水量定为10ml，其他步骤同实施例1。得到产物同实施例1。

实施例10

将实施例1中步骤(3)中的氢氧化钠量定为1.92g，其他步骤同实施例1。得到产物同实施例1。

实施例11

将实施例1中步骤(3)中的氢氧化钠量定为2.88g，其他步骤同实施例1。得到产物同实施例1。

实施例12

将实施例1中步骤(5)中的烘干温度定为60℃，其他步骤同实施例1。得到产物同实施例1。

实施例13

将实施例1中步骤(2)中的烘干温度定为100℃，其他步骤同实施例1。得到产物同实施例1。

本发明未尽事宜为公知技术。