一种纳米级氢氧化铟及其制备方法与流程

1.本发明涉及氢氧化铟合成制备技术领域，更具体地说，是涉及一种纳米级氢氧化铟及其制备方法。


背景技术：

2.纳米材料一直是材料领域研究的热点，由于其独特的结构和形貌，表现出优良的物理和化学性能。纳米级氢氧化铟广泛应用于玻璃、陶瓷、碱性电池、ito等领域，特别是研究和合成具有特殊形貌和规则结构的纳米级氢氧化铟，无论在科研还是生产上均具有重要的意义。
3.目前，纳米级氢氧化铟的制备方法主要有中和沉淀法、溶胶
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凝胶法、电解法等，但是由于合成的氢氧化铟粒子的尺寸较小且结构不完整，容易导致严重的团聚结块；而特殊形貌和规则结构的纳米级氢氧化铟的合成，难度更高。如公开号为cn101654278a的中国专利公开了一种氢氧化铟纳米块的合成方法，利用生物分子——脯氨酸作为添加剂，硝酸铟和氢氧化钠作为原料，将反应的初始液置于水热釜内进行高温高压熟化，得到了氢氧化铟纳米块；但是，该技术方案采用生物试剂作为添加剂，不仅会降低氢氧化铟的纯度，而且规模化生产时会造成大量的有机废水。而公开号为cn106732517a的中国专利公开了一种具有规则立方体结构的氢氧化铟光催化剂的制备方法，将氯化铟和尿素进行充分混合后，再采用水热法进行高温高压反应，控制水热的温度180℃～220℃和时间12h～72h，合成出了立方体结构的氢氧化铟；但是，该技术方案制备得到的产品尺寸分布不均且粒径大于1μm，并且通过其实施例的记载可知，其水热反应温度高、时间长，反应体系中铟含量较低导致产能很低，不适合大规模生产。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纳米级氢氧化铟及其制备方法，本发明提供的制备方法不使用添加剂，反应条件温和，既提高了产品的纯度，也适合工业化生产，并且产品形貌结构完整、尺寸分布均一且流动性良好。
5.本发明提供了一种纳米级氢氧化铟的制备方法，包括以下步骤：
6.a)在氢氧化铟浆料中加入含铟溶液，使加入的铟离子与氢氧化铟的质量比为0.01％～1％，并调节体系的ph为4～8，然后进行水热反应；再将得到的产物经过离心、洗涤和干燥，得到纳米级氢氧化铟。
7.优选的，步骤a)中所述氢氧化铟浆料的制备方法选自中和沉淀法或电解法。
8.优选的，所述中和沉淀法的过程具体为：
9.首先配置体积1l～2l 0.8mol/l～1mol/l的硝酸铟溶液和体积1.5l～2.5l浓度为6wt％～8wt％稀氨水；再向4l～6l烧杯加入0.5l～1.5l纯水，开启加热并保温在50℃～70℃，同时打开搅拌桨，向烧杯中同时滴加硝酸铟和稀氨水，控制溶液的ph值为6～7，控制硝酸铟的滴加速度，使其在1.5h～2.5h内全部加入；滴加结束后，继续陈化反应3h～5h，得到
氢氧化铟浆料。
10.优选的，所述电解法的过程具体为：
11.将阳极、阴极同时安装在一个电解室内，保持阳极与阴极之间的电极间距为20mm～40mm；然后，向电解室内加入ph值为2～4、浓度为2.5mol/l～3mol/l的硝酸铵水溶液，再加热电解室至60℃～70℃，开启电源，设定电流密度为450a/m2～550a/m2，持续电解14h～16h，得到氢氧化铟浆料。
12.优选的，步骤a)中所述氢氧化铟浆料的浓度为10g/l～200g/l。
13.优选的，步骤a)中所述氢氧化铟浆料的d50小于1微米。
14.优选的，步骤a)中所述含铟溶液选自硝酸铟溶液、硫酸铟溶液和氯化铟溶液中的一种或多种。
15.优选的，步骤a)中所述调节体系的ph所用的ph调节剂选自硝酸、硫酸、盐酸、氢氧化钠溶液或氨水。
16.优选的，步骤a)中所述水热反应的温度为150℃～200℃，时间为1h～5h。
17.本发明还提供了一种纳米级氢氧化铟，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成。
18.本发明提供了一种纳米级氢氧化铟及其制备方法；该制备方法包括以下步骤：a)在氢氧化铟浆料中加入含铟溶液，使加入的铟离子与氢氧化铟的质量比为0.01％～1％，并调节体系的ph为4～8，然后进行水热反应；再将得到的产物经过离心、洗涤和干燥，得到纳米级氢氧化铟。与现有技术相比，本发明提供的制备方法采用水热法处理氢氧化铟浆料，通过控制反应体系中铟离子的含量和ph值的变化，合成出纳米级立方体形貌的氢氧化铟，产品形貌结构完整、尺寸分布均一且流动性良好；同时，不使用添加剂，反应条件温和，既提高了产品的纯度，也适合工业化生产，具有较高的经济价值。
19.同时，本发明提供的制备方法工艺简单、易操作，条件控制方便，更重要的是，有效降低水热法合成立方结构纳米级氢氧化铟的温度和时间；不仅对系统的研究氢氧化铟的合成具有重要的意义，而且适合规模化生产。
附图说明
20.图1为本发明实施例提供的整体技术方案的工艺流程图；
21.图2为本发明实施例1提供的纳米级氢氧化铟的扫描电镜图；
22.图3为本发明实施例1提供的纳米级氢氧化铟的粒度分布；
23.图4为对比例1提供的纳米级氢氧化铟的扫描电镜图；
24.图5为对比例1提供的纳米级氢氧化铟的粒度分布；
25.图6为本发明实施例2提供的纳米级氢氧化铟的扫描电镜图；
26.图7为本发明实施例2提供的纳米级氢氧化铟的粒度分布；
27.图8为对比例2提供的纳米级氢氧化铟的扫描电镜图；
28.图9为对比例2提供的纳米级氢氧化铟的粒度分布。
具体实施方式
29.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.本发明提供了一种纳米级氢氧化铟的制备方法，包括以下步骤：
31.a)在氢氧化铟浆料中加入含铟溶液，使加入的铟离子与氢氧化铟的质量比为0.01％～1％，并调节体系的ph为4～8，然后进行水热反应；再将得到的产物经过离心、洗涤和干燥，得到纳米级氢氧化铟。
32.本发明首先在氢氧化铟浆料中加入含铟溶液，使加入的铟离子与氢氧化铟的质量比为0.01％～1％，并调节体系的ph为4～8，得到反应原料混合物。在本发明中，所述氢氧化铟浆料的制备方法优选选自中和沉淀法或电解法。
33.在本发明一个优选的实施例中，所述氢氧化铟浆料的制备方法为中和沉淀法；所述中和沉淀法的过程优选具体为：
34.首先配置体积1l～2l 0.8mol/l～1mol/l的硝酸铟溶液和体积1.5l～2.5l浓度为6wt％～8wt％稀氨水；再向4l～6l烧杯加入0.5l～1.5l纯水，开启加热并保温在50℃～70℃，同时打开搅拌桨，向烧杯中同时滴加硝酸铟和稀氨水，控制溶液的ph值为6～7，控制硝酸铟的滴加速度，使其在1.5h～2.5h内全部加入；滴加结束后，继续陈化反应3h～5h，得到氢氧化铟浆料；
35.更优选为：
36.首先配置体积1.5l0.9mol/l的硝酸铟溶液和体积2l浓度为7wt％稀氨水；再向5l烧杯加入1l纯水，开启加热并保温在60℃，同时打开搅拌桨，向烧杯中同时滴加硝酸铟和稀氨水，控制溶液的ph值为6.5，控制硝酸铟的滴加速度，使其在2h内全部加入；滴加结束后，继续陈化反应4h，得到氢氧化铟浆料。
37.在本发明另一个优选的实施例中，所述氢氧化铟浆料的制备方法为电解法；所述电解法的过程具体为：
38.将阳极、阴极同时安装在一个电解室内，保持阳极与阴极之间的电极间距为20mm～40mm；然后，向电解室内加入ph值为2～4、浓度为2.5mol/l～3mol/l的硝酸铵水溶液，再加热电解室至60℃～70℃，开启电源，设定电流密度为450a/m2～550a/m2，持续电解14h～16h，得到氢氧化铟浆料；
39.更优选为：
40.将阳极、阴极同时安装在一个电解室内，保持阳极与阴极之间的电极间距为30mm；然后，向电解室内加入ph值为3、浓度为2.8mol/l的硝酸铵水溶液，再加热电解室至65℃，开启电源，设定电流密度为500a/m2，持续电解15h，得到氢氧化铟浆料。在本发明中，所述电解室的尺寸优选为1000mm
×
500mm
×
150mm。
41.在本发明中，所述氢氧化铟浆料的浓度优选为10g/l～200g/l，更优选为50g/l～150g/l。
42.在本发明中，所述氢氧化铟浆料的d50优选小于1微米。
43.在本发明中，所述含铟溶液优选选自硝酸铟溶液、硫酸铟溶液和氯化铟溶液中的一种或多种，更优选为硝酸铟溶液。本发明对所述含铟溶液的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述硝酸铟溶液、硫酸铟溶液和氯化铟溶液的市售商品即可。
44.在本发明中，在氢氧化铟浆料中加入含铟溶液，使加入的铟离子与氢氧化铟的质量比为0.01％～1％，优选为0.2％～0.7％。
45.在本发明中，所述调节体系的ph所用的ph调节剂优选选自硝酸、硫酸、盐酸、氢氧化钠溶液或氨水。本发明对所述ph调节剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述硝酸、硫酸、盐酸、氢氧化钠溶液和氨水的市售商品即可。在本发明中，所述调节体系的ph为4～8，优选为6～6.5。
46.得到所述反应原料混合物后，本发明将得到的反应原料混合物进行水热反应；再将得到的产物经过离心、洗涤和干燥，得到纳米级氢氧化铟。本发明对所述水热反应的装置没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的高压水热反应釜即可。
47.在本发明中，所述水热反应的温度优选为150℃～200℃，更优选为150℃～160℃；所述水热反应的时间优选为1h～5h，更优选为3h。由此可知，本发明提供的制备方法能够有效降低水热法合成立方结构纳米级氢氧化铟的温度和时间。
48.本发明对所述离心、洗涤和干燥的过程没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的处理水热反应产物的离心、洗涤和干燥的技术方案即可。
49.本发明实施例提供的整体技术方案的工艺流程图参见图1所示。本发明提供的制备方法工艺简单、易操作，条件控制方便，更重要的是，有效降低水热法合成立方结构纳米级氢氧化铟的温度和时间，是一种高效地合成纳米级立方体氢氧化铟的水热法；并且，本发明详细且全面地揭示了影响水热法熟化处理一定尺寸的氢氧化铟的因素，控制反应体系中的ph值或游离铟含量，可以有效降低水热法熟化处理的温度和时间；因此，本发明不仅对系统的研究氢氧化铟的合成具有重要的意义，而且适合大规模的生产，具有较高的经济价值。
50.本发明还提供了一种纳米级氢氧化铟，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成。本发明主要采用水热法熟化d50小于1μm的氢氧化铟浆料，通过控制反应体系中游离态铟的含量及ph值的变化，从而实现在较低的温度下合成出规则立方体结构的纳米级氢氧化铟颗粒，并且立方体结构的纳米级氢氧化铟颗粒具有较高的流动性和均一的尺寸。
51.本发明提供了一种纳米级氢氧化铟及其制备方法；该制备方法包括以下步骤：a)在氢氧化铟浆料中加入含铟溶液，使加入的铟离子与氢氧化铟的质量比为0.01％～1％，并调节体系的ph为4～8，然后进行水热反应；再将得到的产物经过离心、洗涤和干燥，得到纳米级氢氧化铟。与现有技术相比，本发明提供的制备方法采用水热法处理氢氧化铟浆料，通过控制反应体系中铟离子的含量和ph值的变化，合成出纳米级立方体形貌的氢氧化铟，产品形貌结构完整、尺寸分布均一且流动性良好，弥补了单一使用溶胶
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凝胶法、中和沉淀法、电解法等得到的氢氧化铟团聚严重的缺点；同时，本发明采用含铟溶液和常见的酸、碱作为生产的原料，不添加其他有机或生物试剂，反应条件温和，既提高了产品的纯度，也适合工业化生产，具有较高的经济价值。
52.同时，本发明提供的制备方法工艺简单、易操作，条件控制方便，更重要的是，有效降低水热法合成立方结构纳米级氢氧化铟的温度和时间；不仅对系统的研究氢氧化铟的合成具有重要的意义，而且适合规模化生产。
53.为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述。
54.实施例1
55.(1)采用中和沉淀法制备d50小于1μm的氢氧化铟浆料；具体过程如下：首先配置体积1.5l 0.9mol/l的硝酸铟溶液和体积2l浓度为7wt％稀氨水；再向5l烧杯加入1l纯水，开启加热并保温在60℃，同时打开搅拌桨，向烧杯中同时滴加硝酸铟和稀氨水，控制溶液的ph值为6.5，控制硝酸铟的滴加速度，使其在2h内全部加入；滴加结束后，继续陈化反应4h，得到氢氧化铟浆料。
56.(2)向500ml高压水热反应釜中加入400ml浓度为100g/l的氢氧化铟浆料，再加入硝酸铟溶液使加入的铟离子与氢氧化铟的质量比为0.7％，调节ph值为6，在150℃下保温3h；再经过离心、洗涤和充分干燥，得到纳米级立方体结构的氢氧化铟粉体。
57.经检测，本发明实施例1提供的制备方法制备得到的氢氧化铟粉体的扫描电镜的结果如图2所示，粒度分布的结果如图3所示，bet和d50的结果参见表1所示。
58.对比例1
59.采用中和沉淀法制备氢氧化铟粉体；具体过程如下：首先配置体积1.5l0.9mol/l的硝酸铟溶液和体积2l浓度为7wt％稀氨水；再向5l烧杯加入约1l纯水，开启加热并保温在60℃，同时打开搅拌桨，向烧杯中同时滴加硝酸铟和稀氨水，控制溶液的ph值为6.5，控制硝酸铟的滴加速度，使其在2h内全部加入；滴加结束后，继续陈化反应4h；再经过离心、洗涤和充分干燥，得到氢氧化铟粉体。
60.将检测，对比例1提供的制备方法制备得到的氢氧化铟粉体的扫描电镜的结果如图4所示，粒度分布的结果如图5所示，bet和d50的结果参见表1所示。
61.实施例2
62.(1)采用电解法制备d50小于1μm的氢氧化铟浆料；具体过程如下：将阳极、阴极同时安装在一个电解室内，电解室的尺寸为1000mm
×
500mm
×
150mm，保持阳极与阴极之间的电极间距为30mm；然后，向电解室内加入ph值为3、浓度为2.8mol/l的硝酸铵水溶液，再加热电解室至65℃，开启电源，设定电流密度为500a/m2，持续电解15h，得到氢氧化铟浆料。
63.(2)向500ml高压水热反应釜中加入400ml浓度为100g/l的氢氧化铟浆料，再加入硝酸铟溶液使加入的铟离子与氢氧化铟的质量比为0.2％，调节ph值为6.5，在160℃下保温3h；再经过离心、洗涤和充分干燥，得到纳米级立方体结构的氢氧化铟粉体。
64.经检测，本发明实施例2提供的制备方法制备得到的氢氧化铟粉体的扫描电镜的结果如图6所示，粒度分布的结果如图7所示，bet和d50的结果参见表1所示。
65.对比例2
66.采用电解法制备氢氧化铟粉体；具体过程如下：将阳极、阴极同时安装在一个电解室内，电解室的尺寸为1000mm
×
500mm
×
150mm，保持阳极与阴极之间的电极间距为30mm；然后，向电解室内加入ph值为3、浓度为2.8mol/l的硝酸铵水溶液，再加热电解室至65℃，开启电源，设定电流密度为500a/m2，持续电解15h；再经过离心、洗涤和充分干燥，得到氢氧化铟粉体。
67.将检测，对比例2提供的制备方法制备得到的氢氧化铟粉体的扫描电镜的结果如图8所示，粒度分布的结果如图9所示，bet和d50的结果参见表1所示。
68.表1实施例1～2及对比例1～2提供的制备方法制备得到的氢氧化铟的各项性能数据
[0069] 形貌bet(m2/g)d50(μm)
实施例1立方体16.780.51对比例1类球形50.141.47实施例2立方体12.650.45对比例2类球形53.852.10
[0070]
通过比较上述粒度分布图可以明显看出，经过水热处理后的氢氧化铟颗粒的团聚程度明显减少，d50也明显减小。
[0071]
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。