一种溶胶-凝胶自蔓延燃烧制备CaIn₂O₄粉体的方法

专利名称：一种溶胶-凝胶自蔓延燃烧制备CaIn₂O₄粉体的方法
技术领域：
本发明涉及一种溶胶-凝胶自蔓延燃烧制备Caln204粉体的方法。(二) 背景技术利用Ti02半导体光催化剂光致分解有机污染物的技术一直以其强氧化 性和利用太阳光等特点吸引着众多学者。但是由于Ti02带隙较宽(Eg =3.2eV),仅能在占太阳光总能量4%的紫外光下表现出催化活性，因而极大 地限制了它的发展。Caln204是一种新型的半导体光催化剂，其带隙宽度仅为2.0eV，在可见 光的照射下就能够有效降解水体中的有机污染物，在环境净化方面取得了 较大突破，极具应用前景。目前所报道的Calri204光催化剂都是采用固相反 应法制备的，即将固体CaC03、 111203粉体混合后，1050。C高温灼烧12h后经 研磨获得。这种方法的缺点是固体粉末难以均匀混合，反应温度高、时间 长、不充分，所得产物颗粒较粗。(三) 发明内容本发明则是为了提供一种利用溶胶-凝胶自蔓延燃烧制备Caln204粉体 的方法，以解决现有固相反应法中反应物难以混合均匀及需要高温烧结的 问题。本发明釆用的技术法方案是一种溶胶-凝胶自蔓延燃烧制备Calri204粉体的方法，所述方法为以 含Ca(N03)2和In(N03)3的硝酸盐水溶液为反应起始溶液，緩慢滴加作为溶胶-凝胶螯合剂和自燃烧燃料的柠檬酸的水溶液，适当加热并搅拌，得到溶胶-凝胶前驱体。用硝酸或氨水调节溶胶-凝胶前驱体至pH值为2~3,加热水解此前驱体形成溶胶，溶胶干燥，得干凝胶，加热引燃干凝胶，经充分自蔓延燃烧得燃烧产物，燃烧产物于550 60(TC下热处理1 2h,研磨，得 到所述Caln204粉体，所述硝酸盐水溶液中Ca(N03)2和In(N03)3的物质的 量比为1: 2。调节溶胶-凝胶前驱体pH值为2 3,是为了控制水解，pH值 过小，水解速度慢，生产效率低；pH值过大，水解速度、胶体粘度过大， 容易导致自燃烧过程緩慢、不充分，且氧化还原反应也不能均匀进行，产 物成分不均一。由硝酸盐和柠檬酸形成的凝胶具有自蔓延燃烧特性，利用 溶胶-凝胶自蔓延燃烧法，不需要预烧， 一步即可得到所需的相，减少了预 烧过程中可能形成的硬团聚和晶粒长大，提高了粉体的活性。 具体的，所述方法包括(1) 将111 203加入浓硝酸中，40~501:下加热至111 203完全溶解，溶液澄 清透明，再加入CaC03得到含Ca"和In"的硝酸盐溶液(即含 Ca(N03)2和In(N03)3的硝酸盐水溶液)；所述浓硝酸为分析纯；所述 硝酸盐水溶液CaC03、 ln203、 HN03物质的量之比为1: 1: 8;(2) 往步骤(1)所得硝酸盐溶液緩慢滴加柠檬酸水溶液，40 5(TC加热 搅拌，得到溶胶-凝胶前驱体;柠檬酸水溶液中的柠檬酸与步骤(1) 所述的CaC03物质的量之比为2.22 11: 1;(3) 用硝酸或氨水调溶胶-凝胶前驱体pH值为2~3, 60 7(TC下水解，得 到溶胶，溶胶于60 7(TC下干燥，得干凝胶；(4) 40(TC加热引燃干凝胶，经充分自蔓延燃烧得燃烧产物，燃烧产物于 550 600。C热处理1 2h，研磨，得到所述Calri204粉体。与固相反应相比，溶胶-凝胶自蔓延燃烧法不需要很高的反应温度和长 的反应时间。这种方法巧妙地将溶胶-凝胶法和自蔓延燃烧法相结合，不需 要预烧， 一步即可得到所需的相，减少了预烧过程中可能形成的硬团聚和 晶粒的长大，提高了粉体的活性，制得的纳米材料组成均一、粒子尺寸细 小、比表面积大、反应活性高。本发明的有益效果主要体现在(1 )反应前驱体为溶液或粒子尺寸为纳 米量级的悬浮液，不同组分之间的分散性和均匀性好；(2)形成干凝胶的 粒子尺寸较小，可实现在较低的温度下烧结成相，有利于获得尺寸较小的 Caln204粉体，从而提高了粉体的光催化活性。(四)


图1为本发明主要工艺流程示意图。图2为本发明提供的方法制备的Caln204粉体光催化降解亚曱基兰的浓度-时 间图。图3为本发明提供的方法制备的Caln204粉体光催化降解亚曱基兰的浓度-时间图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围 并不〗义限于此实施例1:取0.555g Iri203溶于1.2ml分析纯浓丽03中，待111203充分溶解后加入 0.2g CaC03配成硝酸盐溶液。取4.62g柠檬酸(C6H807*H20 )于100mL蒸馏 水中充分溶解，緩慢加入到已配制硝酸盐溶液中，40 50。C加热搅拌，得到溶胶-凝胶前驱体；用氨水和硝酸调节pH值为3，加热至60。C水解，放置以 形成溶胶。溶胶形成后继续升温加热至7(TC,以形成干凝胶。400。C加热引 燃干凝胶，令其充分自蔓延燃烧。将自燃烧所得黑色产物60(TC灼烧2h,得 黄白色粉体。经研磨，即得Calri204光催化粉体。Caln204粉体光催化降解亚 曱基兰的情况，如图2所示。含有1.8g/1 Caln204粉体的亚曱基兰溶液 (Samplel )在自然光照条件下，于2小时内完全降解；而不含0&111204粉体 的亚曱基兰溶液(Blank)浓度仅由原来的10.1mg/l降至8mg/1。采用这种溶 胶-凝胶自蔓延燃烧的方法制备的Calri204粉体具有可见光催化分解有机物 的性能。实施例2:取0.555g In203溶于1.2ml分析纯浓HN03中，待111203充分溶解后加入 0.2g CaC03配成硝酸盐溶液。取0.92g柠檬酸(C6H807*H20 )于100mL蒸馏 水中充分溶解，配成柠檬酸溶液，緩慢加入到已配制硝酸盐溶液中，40~50°C 加热搅拌，得到溶胶-凝胶前驱体；。用氨水和硝酸调节pH值为3，加热至 65。C水解，放置以形成溶胶。溶胶形成后继续升温加热至70。C，以形成干 凝胶。400。C加热引燃干凝胶，令其充分自蔓延燃烧。将自燃烧所得黑色产 物550。C灼烧2h,得黄白色粉体。经研磨，即得Caln204粉体。0&111204粉体 光催化降解亚曱基兰的情况，如图3所示。含有1.8g/lCaln204粉体的亚甲基 兰溶液(Sample2 )在自然光照条件下，于150min内完全降解；而不含0&111204 粉体的亚曱基兰溶液(Blank)浓度仅由原来的10mg/l降至6mg/1。采用这种 溶胶-凝胶自蔓延燃烧的方法制备的Caln204粉体具有可见光催化分解有机 物的性能。
权利要求
1.一种溶胶-凝胶自蔓延燃烧制备CaIn2O4粉体的方法，所述方法为以含Ca(NO3)2和In(NO3)3的硝酸盐水溶液为反应起始溶液，滴加作为溶胶-凝胶螯合剂和自燃烧燃料的柠檬酸的水溶液，加热并搅拌，得到溶胶-凝胶前驱体，用氨水或HNO3调节溶胶-凝胶前驱体至pH值为1～3，加热水解所述前驱体形成溶胶，溶胶干燥，得干凝胶，加热引燃干凝胶，经充分自蔓延燃烧得燃烧产物，燃烧产物于550～600℃下热处理1～2h，研磨，得到所述CaIn2O4粉体；所述硝酸盐水溶液中Ca(NO3)2和In(NO3)3的物质的量比为1∶2。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述方法包括(1 )将111203加入浓硝酸中，40 50。C下加热至ln203完全溶解，再加入 CaCCM寻到含Ca(N03)2和In(N03)3的水溶液；(2) 往步骤(1)所得水溶液中滴加柠檬酸水溶液，40 50。C加热搅拌， 得到溶胶-凝胶前驱体；柠檬酸水溶液中的柠檬酸与步骤(1)所述 的CaC03物质的量之比为2.22~11: 1;(3) 用硝酸或氨水调溶胶-凝胶前驱体pH值为2~3, 60 7(TC下水解，得 到溶胶，溶胶于60 70。C下干燥，得干凝胶；(4) 400。C加热引燃干凝胶，经充分自蔓延燃烧得燃烧产物，燃烧产物 于550 600。C热处理l~2h，研磨，得到所述0&111204粉体。
全文摘要
本发明提供了一种溶胶-凝胶自蔓延燃烧制备CaIn₂O₄粉体的方法以含Ca(NO₃)₂和In(NO₃)₃的硝酸盐水溶液为反应起始溶液，缓慢滴加作为溶胶-凝胶螯合剂和自燃烧燃料的柠檬酸的水溶液，加热并搅拌得到溶胶-凝胶前驱体，用氨水或HNO₃调节溶胶-凝胶前驱体至pH值为2～3，加热水解形成溶胶，干燥，得干凝胶，加热引燃干凝胶，经充分自蔓延燃烧得燃烧产物，燃烧产物于550～600℃下热处理1～2h，研磨，得到所述CaIn₂O₄粉体。本发明的有益效果主要体现在(1)反应前驱体为溶液或粒子尺寸为纳米量级的悬浮液，不同组分之间的分散性和均匀性好；(2)形成干凝胶的粒子尺寸较小，可实现在较低的温度下烧结成相，有利于获得尺寸较小的CaIn₂O₄粉体，从而提高了粉体的光催化活性。
文档编号C01G15/00GK101214995SQ20071030806
公开日2008年7月9日 申请日期2007年12月31日 优先权日2007年12月31日
发明者梁 乔, 艳 周, 姜力强, 俭 张, 涓 李, 盛嘉伟, 郑精武, 胜 陈 申请人:浙江工业大学