一种多孔Bi₁₂SiO₂₀块材的制备方法

一种多孔Bi₁₂SiO₂₀块材的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种多孔Bi12SiO20块材的制备方法，以氧化铋和正硅酸乙酯为原料，无水乙醇和去离子水为溶剂，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、聚乙二醇等作为分散剂配制出前驱体溶液，再经凝胶化、干燥、干压和热处理过程获得多孔Bi12SiO20块材；该方法工艺步骤少、设备工艺简单、成本低，所得多孔材料中孔隙分布均匀。
【专利说明】
_种多孔B i 12S i O2Q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Bi12S12Q块材的制备方法。
【背景技术】
[0002]含铋氧化物具有独特的的光电、声光、铁电、电导、压电性能，可以用来制造电子陶瓷、高温超导体、高选择性催化剂、光变色玻璃等，广泛的应用于工业、国防、生物、信息、医学等各个领域，Bi2O3-S12系统就是含铋氧化物中十分重要的一个体系，而Bi12S120是Bi2O3-S12系统中重要的一种稳定相晶体。目前制备多孔材料的方法主要是利用湿法(如水热法、溶胶-凝胶法等)合成粉体材料后，再在粉体中混入复配的有机物(如发泡剂)，经制成形、热处理后获得多孔块体材料。这种方法不仅周期长，所得多孔材料中的孔隙分布也不够均匀，针对这个问题，本专利提出了一种周期短、工艺简单而成本低的一步制备法。应用这种方法，不仅大大缩短了制备周期，而且可使铋离子和硅离子均匀存在于体系中以利于获得纯相1^123；[020。

【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Bi12S12Q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B i 12S i 020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得到溶液A;
[0007](2)量取2/3的溶液A，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液B备用；将硝酸铋溶于剩余溶液A中形成溶液C;
[0008](3)将溶液B和溶液C混合，搅拌均匀后形成前驱体溶液，将前驱体溶液于80?85°C下水浴I?2.5h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Bi12S12Q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?1.0mol/L。
[0012]所述正硅酸乙酯和氧化铋的用量满足Si与Bi的摩尔比为(1:12)?(1:8)，且Si离子与Bi^子之和与梓檬酸的摩尔比为I: (0.5?1.2) ο
[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550°C?650°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Bi12S12Q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、聚乙二醇等作为分散剂，采用特定的溶胶配制过程，使离子更均匀地存在于凝胶中，凝胶化后，直接经过干燥、压块、热处理等过程获得多孔Bi12S12Q块材。此过程中通过控制各物质的浓度，特别是各分散剂的种类和用量，配制出适合直接成型的干凝胶粉体，此方法中，利用凝胶化过程，使硅离子和铋离子均匀稳定地存在于凝胶粉体中，使晶粒形成过程和多孔结构形成过程合二为一，这不仅缩短了制备周期，而且利用凝胶化过程，使晶体结晶过程变得更加均匀，晶体颗粒粒径和分布更均匀，从而使多孔结构中孔隙大小及分布更加均匀。
【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]一种多孔Bi12S12Q块材的制备方法，包括如下步骤:
[0018](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，搅拌溶解形成溶液A，分散剂各组份的浓度控制在lmol/L。
[0019](2)量取2/3的溶液A，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液B备用；将硝酸铋溶于剩余溶液A中形成溶液C，其中，S1:Bi(摩尔比)= 1:12的比例，(Si离子+Bi离子):柠檬酸(摩尔比)=1: 0.5 ο
[°02°] (3)将溶液B和溶液C混合，搅拌均匀后形成前驱体溶液，用氨水(体积浓度25?28 % )调节pH值至I?2 S卩获得溶胶B ο将溶胶于85 °C下水浴I?2.5h至凝胶化，再在140 °C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。
[0021](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Bi12S12Q块材，热处理温度为550 °C。所得多孔Bi12S120块材中为开孔结构，晶粒尺寸约为400nm?800nm，间隙尺寸为10nm?300nmo
[0022]实施例2
[0023]一种多孔Bi12S12Q块材的制备方法，包括如下步骤:
[0024](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，搅拌溶解形成溶液A，分散剂各组份的浓度控制在lmol/L。
[0025](2)量取2/3的溶液A，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液B备用；将硝酸铋溶于剩余溶液A中形成溶液C，其中，S1: Bi (摩尔比)=1:8的比例，(Si离子+Bi离子):柠檬酸(摩尔比)= 1:1.2。
[0026](3)将溶液B和溶液C混合，搅拌均匀后形成前驱体溶液，用氨水(体积浓度25?28 % )调节pH值至I?2 S卩获得溶胶B ο将溶胶于85 °C下水浴I?2.5h至凝胶化，再在160 °C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。
[0027](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Bi12S12Q块材，热处理温度为650 °C。所得多孔Bi12S120块材中为开孔结构，晶粒尺寸约为400nm?800nm，间隙尺寸为10nm?300nmo
[0028]实施例3
[0029]一种多孔Bi12S12Q块材的制备方法，包括如下步骤:
[0030](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、0.7、1.011101/1。
[0031](2)量取2/3的溶液A，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液B备用；将硝酸铋溶于剩余溶液A中形成溶液C，其中，S1:Bi (摩尔比)=1:10的比例，(Si离子+Bi离子):柠檬酸(摩尔比)=1:1O
[0032](3)将溶液B和溶液C混合，搅拌均匀后形成前驱体溶液，用氨水(体积浓度25?28 % )调节pH值至I?2 S卩获得溶胶B ο将溶胶于80 °C下水浴I?2.5h至凝胶化，再在150 °C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。
[0033](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Bi12S12Q块材，热处理温度为600 °C。所得多孔Bi12S120块材中为开孔结构，晶粒尺寸约为400nm?800nm，间隙尺寸为10nm?300nmo
【主权项】
1.一种多孔Bi12S12O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得到溶液A; (2)量取2/3的溶液A，将正硅酸乙酯溶于其中形成溶液B备用；将硝酸铋溶于剩余溶液A中形成溶液C; (3)将溶液B和溶液C混合，搅拌均匀后形成前驱体溶液，将前驱体溶液于80?85°C下水浴I?2.5h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Bii2S12Q块材。2.根据权利要求1所述多孔Bi12S12Q块材的制备方法，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Bi12S12O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?1.0mo I/L。4.根据权利要求2所述多孔Bi12S12Q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Si与Bi的摩尔比为(I: 12)?(I:8)，且Si^子与Bi^子之和与梓檬酸的摩尔比为1:(0.5?1.2)。5.根据权利要求1所述多孔Bi12S12Q块材的制备方法，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550 °C?650 °C。
【文档编号】C04B38/06GK105948807SQ201610292946
【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, 张娟娟, 王众
【申请人】陕西科技大学