一种多孔稳态Bi₄Si₃O₁₂块材的制备方法

一种多孔稳态Bi₄Si₃O₁₂块材的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种多孔稳态Bi4Si3O12块材的制备方法，将氧化铋溶于硝酸，加入正硅酸乙酯的无水乙醇溶液中，合理利用乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇等分散剂调制溶胶后，再经水浴、干燥制备出适合于直接压制成型的干凝胶粉体，经压制成型和热处理即可获得多孔稳态Bi4Si3O12块材；该方法工艺设备简单、周期短、成本低。
【专利说明】
_种多孔稳态B I 4S I 3θ?2块材的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明属于材料技术领域，特别涉及一种多孔稳态Bi4Si3O12块材的制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，在Bi2O3-S12系统中发现和研究的化合物晶相主要包括三种:Bi4Si3O1;^体、Bi12S12Q晶体和扮23丨05晶体，其中Bi4Si3O12晶体为一种稳定晶相，目前制备出Bi4Si3O12粉体的方法主要有固相法、熔盐法、溶胶-凝胶法及水热法等。多孔块体材料不仅利用细小的孔隙使材料本身保持了较高的比表面积，而且利用块体材料的优势，解决了粉体材料团聚的问题。制备多孔块体材料，传统方法是结合以上方法所得Bi4Si3O12粉体，再添加各种物质(如发泡剂、粘结剂等)，经成型和热处理获得多孔块体材料，传统方法周期长、工艺复杂，不利于Bi4Si3O12的推广应用。本专利开发了一种一步合成多孔Bi4Si3O12块材的方法。

【发明内容】

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多孔稳态扮45丨3012块材的制备方法，具有生产工艺简单、设备要求简单、周期短的特点。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0005 ] 一种多孔稳态B i4Si 3012块材的制备方法，包括如下步骤:
[0006](I)将分散剂溶于无水乙醇中，加入正硅酸乙酯搅拌溶解得到溶液A;
[0007](2)将氧化铋溶于硝酸中反应形成溶液B，将溶液B与溶液A混合，调节pH值至2?9获得溶JfeB ；
[0008](3)将溶胶B于80?85 °C下水浴3?5h至凝胶化，再在140?160 °C下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后进行研磨过筛得到干凝胶粉体；
[0009 ] (4)将过筛后的干粉直接干压成型，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料进行热处理得到多孔稳态Bi4Si3O12块材。
[0010]所述步骤(I)中，所述分散剂由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇和聚乙二醇组成。
[0011]所述溶液A中，分散剂各组份的浓度范围均为O?0.5mol/L。
[0012]所述正硅酸乙酯和氧化铋的用量满足Bi与Si的摩尔比为(1:1)?(1:4)，且Si离子与Bi离子之和与柠檬酸的摩尔比为I: (0.8?1.2)。
[0013]所述步骤(4)中，所述热处理是在ZnO粉体中进行埋烧，温度为700°C?800°C。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明提供的多孔稳态Bi4Si3O12块材的制备方法中，以乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇(如聚乙二醇400、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000)等作为分散剂直接进行络合发泡的凝胶化过程，通过控制各物质的浓度，特别是各分散剂的用量，干燥后所形成的中间粉体物质可直接成型成块状材料，在这个制备方法中，不仅利用分散剂使铋离子和硅离子均匀地存在于体系中，使多孔稳态Bi4Si3O12块材的结晶和复合过程更加均匀，而且减少造粒、陈腐的过程，使结晶过程与烧结一步完成，这都使制备周期缩短，成本降低。结合埋烧的热处理过程，利用有机物的发泡和分解燃烧过程形成多孔稳态Bi4Si3O12块材，可获得开孔的多孔稳态Bi4Si3O12 块材。
【具体实施方式】
[0015]下面结合实施例详细说明本发明的实施方式。
[0016]实施例1
[0017](I)量取50mL无水乙醇，称量一定量的分散剂(由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇组成，其中聚乙二醇又包括聚乙二醇400、聚乙二醇4000和聚乙二醇6000)加入其中，搅拌溶解，将正硅酸乙酯加入其中以形成溶液A，分散剂各组份的浓度控制在0.5mol/L。
[0018](2)将氧化铋溶于硝酸中反应形成溶液，硝酸以能完全溶解氧化铋为准，将其加入溶液A中，其中，B1:Si(摩尔比)= 1:1，Si离子与Bi离子之和:柠檬酸(摩尔比)= 1:0.8。用氨水(体积浓度25?28 % )调节pH值至2?9S卩获得溶胶B。
[0019](3)将溶胶B于80 °C下水浴3?5h至凝胶化，再在140 V下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后将粉体进行研磨过筛。
[0020](4)将过筛后的干粉直接干压成形，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料在ZnO粉体中进行埋烧即获得多孔稳态Bi4Si3O12块材，热处理温度为800°C。所得多孔稳态Bi4Si30i2块材中为开孔结构，晶粒尺寸约为150nm?500nm，间隙尺寸为10nm?300nm。
[0021]实施例2
[0022](I)量取50mL无水乙醇，称量一定量的分散剂(由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇组成)加入其中，搅拌溶解，将正硅酸乙酯加入其中以形成溶液A，分散剂各组份的浓度控制在0.5mol/L。
[0023](2)将氧化铋溶于硝酸中反应形成溶液，硝酸以能完全溶解氧化铋为准，将其加入溶液A中，其中，B1:Si(摩尔比)= l:4，Si离子与Bi离子之和:柠檬酸(摩尔比)=1:1.2。用氨水(体积浓度25?28 % )调节pH值至2?9S卩获得溶胶B。
[0024](3)将溶胶B于80 °C下水浴3?5h至凝胶化，再在140 V下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后将粉体进行研磨过筛。
[0025](4)将过筛后的干粉直接干压成形，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料在ZnO粉体中进行埋烧即获得多孔稳态Bi4Si3O12块材，热处理温度为700°C。所得多孔稳态Bi4Si30i2块材中为开孔结构，晶粒尺寸约为150nm?500nm，间隙尺寸为10nm?300nm。
[0026]实施例3
[0027](I)量取50mL无水乙醇，称量一定量的分散剂(由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇、聚乙二醇组成)加入其中，搅拌溶解，将正硅酸乙酯加入其中以形成溶液A，分散剂各组份的浓度控制在0.01、0.1、0.1、0.5、0.5、0.5mol/L。
[0028](2)将氧化铋溶于硝酸中反应形成溶液，硝酸以能完全溶解氧化铋为准，将其加入溶液A中，其中，B1:Si(摩尔比)= l:2，Si离子与Bi离子之和:柠檬酸(摩尔比)=1:1。用氨水(体积浓度25?28%)调节pH值至2?9即获得溶胶B。
[0029](3)将溶胶B于80 °C下水浴3?5h至凝胶化，再在150 V下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后将粉体进行研磨过筛。
[0030](4)将过筛后的干粉直接干压成形，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料在ZnO粉体中进行埋烧即获得多孔稳态Bi4Si3O12块材，热处理温度为700°C。所得多孔稳态Bi4Si30i2块材中为开孔结构，晶粒尺寸约为150nm?500nm，间隙尺寸为10nm?300nm。
【主权项】
1.一种多孔稳态财4313012块材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将分散剂溶于无水乙醇中，加入正硅酸乙酯搅拌溶解得到溶液A; (2)将氧化铋溶于硝酸中反应形成溶液B，将溶液B与溶液A混合，调节pH值至2?9获得溶胶B; (3)将溶胶B于80?850C下水浴3?5h至凝胶化，再在140?160 °C下干燥形成干凝胶，室温下自然晾干后进行研磨过筛得到干凝胶粉体； (4)将过筛后的干粉直接干压成型，形成块状坯体材料，最后将块状坯体材料进行热处理，得到多孔稳态Bi4Si3O12块材。2.根据权利要求1所述多孔稳态Bi4Si3O1^材的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中，所述分散剂由乙二胺四乙酸、柠檬酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、乙二醇和聚乙二醇组成。3.根据权利要求2所述多孔稳态扮4313012块材的制备方法，其特征在于，所述溶液A中，分散剂各组份的浓度范围均为O?0.5mol/L。4.根据权利要求2所述多孔稳态扮45丨3012块材的制备方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯和氧化祕的用量满足Bi与Si的摩尔比为(1:1)?(1:4)，且Si尚子与Bi尚子之和与梓檬酸的摩尔比为1:(0.8?1.2)。5.根据权利要求1所述多孔稳态Bi4Si3O1^材的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述热处理是在ZnO粉体中进行埋烧，温度为700°C?800°C。
【文档编号】C04B35/453GK105948806SQ201610292776
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】伍媛婷, 栗梦龙, 司楠, 王秀峰
【申请人】陕西科技大学