一种钒酸铅的制备方法与流程

本发明属于无机功能材料制备技术领域，具体来说是一种钒酸铅的制备方法。

背景技术：

钒酸盐晶体因多变的结构、形貌和性能，得到相关科研工作者大量关注以及深入的研究，取得了较为丰硕的成果。目前，各种钒酸盐已被合成，而且研究其性能，发现它们有着广阔的应用前景，如可用作有机物合成催化剂、光致变色材料、光致发光材料、光电装置和污水降解的光催化剂等。作为多功能材料，钒酸铅能够产生较大的自发极化，可用作反铁磁性的铁电材料。正因为钒酸铅材料的优异性能，并且现在也有一些文献报道了钒酸铅的相关结构和性能研究成果的合成方法(复合氢氧化物媒介法)，但是目前钒酸铅的合成方法依然比较复杂，产量低，不适合产业化生产。

公开号为“CN 104099633A”，名称为“一种利用阳离子膜电解法制备钼酸铜的方法”的中国专利，以铜片为阳极，以惰性电极为阴极，以Na₂MoO4.2H₂O溶液为阳极液，以pH范围为0～14的溶液为阴极液，采用阳离子膜电解钼酸钠溶液，将得到的产物清洗之后烘干，将烘干后的产物高温焙烧，得到纯净的钼酸铜晶体。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的钒酸铅制备过程中反应时间长，添加剂多和操作复杂、产量低，不能产业化生产等的技术问题，本发明的目的在于提供一种钒酸铅的制备方法，该方法反应时间短、易分离，阳极电解液单一无其他添加剂，产物无杂相，操作简单，易于工业化生产。

本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种钒酸铅的制备方法，具体步骤如下：

(1)以铅板为阳极，以惰性电极为阴极，以偏钒酸钠水溶液为阳极电解液，以盐酸溶液或氯化钠溶液为阴极液，在阳离子膜为隔膜的双室电解槽中，采用恒流电解的方式，通过控制电流密度、电解液浓度和温度制备出不同结构和粒径大小的钒酸铅；

(2)电解结束后，收集阳极上得到的产物，清洗、过滤、干燥，自然冷却至室温，最后在空气氛围下以2-5℃/min的升温速率升温至400-600℃，高温焙烧3-5h，即得纯度高、洁净度高的钒酸铅，其组成为Pb₂V₂O₇。

本发明中，步骤(1)中，所述偏钒酸钠的浓度为0.1mol/L-0.3mol/L。

本发明中，步骤(1)中，所述阴极液的浓度为0.1mol/L-0.3mol/L。

本发明中，步骤(1)中，利用恒温水浴控制电解温度为20-70℃。

本发明中，步骤(1)中，控制阳极电流密度为10-50mA/cm²。

本发明中，步骤(1)中，所述惰性电极为玻碳电极或钛网。

本发明中，步骤(2)中，干燥温度为60-90℃，干燥时间为2-4h。

本发明制备方法得到的钒酸铅的粒径在1-5μm之间，形貌为球形纳米颗粒、纳米片层交织结构或花簇结构。

和现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的一种钒酸铅的制备方法，其采用阳离子膜电解法制备，通过控制电流密度、电解液浓度和温度制备出不同结构和粒径大小的钒酸铅(温度提高，电流密度增加，得到的产物的结构从球形纳米颗粒变成纳米片层交织结构、再变成花簇结构)。制备过程简单且易于操作，阳极电解液成分单一、无其他添加剂，产物无杂相，易于工业化生产；另一方面，产物为微纳米级别的固体粉末，静置即可沉淀下来，易于水洗与分离。因此本发明的制备方法具有最终所得的钒酸铅产物纯度高，无杂相的特点，将产物进行高温煅烧后可得钒酸铅，经X射线衍射表征为Pb₂V₂O₇。

进一步，本发明一种钒酸铅的制备方法，仅需一步电解即可制备出钒酸铅，因此其制备过程工艺简单，容易操作，投资小，合成量大，可直接应用于工业化生产。

附图说明

图1、本发明实施例1中得到的钒酸铅的SEM图。

图2、本发明实施例1中得到的钒酸铅高倍率的SEM图。

图3、本发明实施例2中得到的钒酸铅的SEM图。

图4、本发明实施例3中得到的钒酸铅的SEM图。

图5、本发明实施例中得到的钒酸铅的EDS图。

图6、本发明实施例中得到的钒酸铅的XRD图。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。

实施例1

一种钒酸铅的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)、以铅板为阳极，以玻碳电极为阴极，以0.1mol/L偏钒酸钠的水溶液为阳极液，以0.1mol/L盐酸溶液为阴极液，在阳离子膜为隔膜的双室电解槽中，控制在温度为70℃的条件下进行恒流电解，电流密度为10mA/cm²；

(2)、电解完后，将在阳极上得到的产物用去离子水边清洗边过滤，并且将过滤后的滤饼控制温度为80℃干燥4h，干燥完毕后自然冷却至室温，干燥完毕后在空气氛围下以2℃/min的升温速率升温至500℃进行高温焙烧3h，焙烧完后自然冷却至室温，即得纯净的钒酸铅。

采用日立S-3400N型扫描电子显微镜对上述所得的钒酸铅进行形貌表征，其SEM图如图1和图2所示，从图1和图2中可以看出，所制备的产物形貌为球形颗粒结构，粒径大小约为100nm。

实施例2

一种钒酸铅的制备方法，具体步骤如下：

(1)、以铅板为阳极，以玻碳电极为阴极，以0.2mol/L偏钒酸钠的水溶液为阳极液，以0.2mol/L氯化钠溶液为阴极液，在阳离子膜为隔膜的双室电解槽中，控制在温度为50℃的条件下进行恒流电解，电流密度为30mA/cm²；

(2)、电解完后，将在阳极上得到的产物用去离子水边清洗边过滤，并且将过滤后的滤饼控制温度为90℃干燥4h，干燥完毕后自然冷却至室温，干燥完毕后在空气氛围下以5℃/min的升温速率升温至600℃进行高温焙烧3h，焙烧完后自然冷却至室温，即得纯净的钒酸铅。

采用日立S-3400N型扫描电子显微镜对上述所得的钒酸铅进行形貌表征，其SEM图如图3所示，从图3可以看出，所制备的产物形貌为纳米片层交织结构。。

实施例3

一种钒酸铅的制备方法，具体步骤如下：

(1)、以铅为阳极，以玻碳电极为阴极，以0.3mol/L偏钒酸钠的水溶液为阳极液，以0.3mol/L盐酸溶液为阴极液，在阳离子膜为隔膜的双室电解槽中，控制在温度为20℃的条件下进行恒流电解，电流密度为50mA/cm²；

(2)、电解完后，将在阳极上得到的产物用去离子水边清洗边过滤，并且将过滤后的滤饼控制温度为80℃干燥4h，干燥完毕后自然冷却至室温，干燥完毕后在空气氛围下以5℃/min的升温速率升温至400℃进行高温焙烧5h，焙烧完后自然冷却至室温，即得纯净的钒酸铅。

采用日立S-3400N型扫描电子显微镜对上述所得的钒酸铅进行形貌表征，其SEM图如图4所示，从图4中可以看出，所制备的产物形貌为花簇结构。

采用德国布鲁克ALX公司的4010型X射线探测仪对上述所得的焦钒酸锌进行测定， 其EDS图如图5所示，从图5中可以看出，得到产物中只有Pb、V、O、C四种元素，由此表明了本发明采用电解法制备钒酸铅的方法所得的钒酸铅较为纯净；

采用德国布鲁克AXS公司的D8Advance型X-射线衍射仪对上述所得的钒酸铅进行测定，其XRD图如图6所示，从图6中可以看出，得到的产物为Pb₂V₂O₇，其对应PDF卡片为47-1735。

综上所述，本发明的一种钒酸铅的制备方法，通过控制电解液浓度、温度和电流密度；可以得到不同结构和粒径大小的钒酸铅，为拓展其应用奠定基础。

以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。