专利名称：一种硅酸铋粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及硅酸盐粉体材料的制备，特别是涉及一种硅酸铋粉体的制备方法。
背景技术：
硅酸铋(Bi12SiO2tl，简称BS0)是一种宽带隙、高电阻率的非铁电立方半绝缘体。它同时具有电光、光电导、光折变、压电、声光、旋光及法拉弟旋转等效应，是一种有前途的多功能光信息材料。利用BSO的电光和光电导性能，在室温下用低功率激光就可实现许多种非线性光学变换。作为实时体全息记录材料，BSO是目前所获得的灵敏度最高、响应速度最快的少数几种光折变材料之一，因而在实时光信息处理和光计算等技术中有广泛的应用。 此外，日本还将这种材料制成光电传感器用于变电所内故障的检测，还开发了能同时测定电流电压的传感器。可以预期，随着对光折变微观过程的进一步了解和应用研究的深入， BSO光折变器件将会进入实用阶段而成为商品化器件，从而在未来的信息领域中发挥重要作用。目前，国内外生长硅酸铋单晶的方法均是采用自熔融提拉法，制得硅酸铋为大体积晶体。传统的固相反应烧结法可以以氧化铋和氧化硅粉末为原料混合，通过固相反应而制得硅酸铋粉体。这一方法的缺点是两种原料的混合难以达到完全均一，而且在高温下晶粒生长、团聚，难以获得理想大小粉体颗粒。王燕等(王燕，王秀峰，于成龙.无机盐工业，2007，39:38 40;王燕，王秀峰， 于成龙.硅酸盐通报，2007，沈378 3 81)用Bi2O3和SW2为原料，按照物质的摩尔比为 1 1配制约60克的试样。试样先倒入乙醇中湿混1. 5h，红外干燥后再研磨干混0. 5h以确保试样均勻。750°C焙烧lh，此时Bi12SiO2tl和Bi2SiO5的XRD的衍射峰较强，保温时间加长，Bi2SiO5的XRD的衍射峰减弱，Bi12SiO2tl的衍射峰进一步加强。另外，文中还给出了试验的差热分析曲线，从差热分析曲线中可以看出，试样在579. 60C，744. 3°C，829. 3°C，879. 2 V 均有放热峰出现。该组分在升温过程中产生晶体的种类较多，制备单一晶体制备工艺难以控制。文献“Journalof Materials Science Letters 1999，18 :1871_1874”和文献“硅酸盐通报，2007，26 (6) :1236-1239”是采用机械合金化来制备硅酸铋粉体的。该方法是以氧化铋和氧化硅粉末为原料，经高能球磨直接制备硅酸铋粉体，该方法利用了两种粉体在反复地碰撞和粉碎过程中发生的机械合金化反应来合成目标产物，省去了高温热处理过程。 但机械合金化法所需时间长，生产效率低，不适于批量生产硅酸铋粉体。CN10038071C提供了一种制备高纯度硅酸铋纳米粉体，首先将铋盐溶解在有机溶剂中，形成铋盐浓度为0. 5 5M的含铋溶液，在按摩尔比Bi Si = 12 1将有机硅化合物加入到含铋溶液中，充分搅拌，形成均勻的溶液，对溶胶采用常压蒸发或负压蒸发，得到干燥的前躯体粉末，最后在有氧的环境中对前躯体粉末进行烧结，在较低的温度和较短的时间内制备出纯度和结晶度良好的硅酸铋纳米粉体。文献“CN1821088A硅酸铋纳米粉体的制备方法及应用”采用溶剂挥发法制备了纳米级的硅酸铋粉体，并对其光催化降解水中刚果红的性能进行了评价，认为硅酸铋作为光催化剂具有较大的开发潜力。CN101157026A提供了一种硅酸铋粉体光催化剂的制备方法。首先将五水硝酸铋和嵌段共聚体表面活性剂溶解在乙酸中，形成均勻澄清的溶液，再按摩尔比铋硅=12 1 将硅酸酯加入到含铋溶液中，充分搅拌，形成均勻的溶胶。陈化后，将其移入高压釜内密闭晶化，得到铋硅的复合氧化物凝胶，经过滤、洗涤、干燥后，最后在空气环境中对该前躯体粉末进行焙烧，在较低的温度下稳定均勻地获得结晶度良好的硅酸铋粉体。且该催化剂颗粒度较大，便于从水体中分离以利于回收使用，而且具有高效的光催化活性，可以用于光催化降解有机污染物。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种硅酸铋粉体的制备方法，可以简单快速制备出Bi12SiO2tl，且产物纯度高，便于大规模生产。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种硅酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比6 1 2 3球磨5 小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比3 5 5 3球磨5 小时，得到KCl-K2CO3复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiA的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比1 4 4 1在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中， 630°C 750°C条件下保温0. 5 5小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。其中，第五步中的清洗可反复进行一次以上。与现有技术相比，本发明的优点是(1)方法简便，易于操作，反应条件温和；(2)生产成本低，制备周期短约13 25h ；(3)产物纯度高，可达85% 100%。
图1是本发明是实施例一制备的硅酸铋(Bi12SiO2tl)粉体在X射线衍射仪检测的衍射照片，其中横坐标为衍射角2 θ /(。)，纵坐标为衍射强度。图2是本发明是实施例二制备的硅酸铋(Bi12SiO2tl)粉体在X射线衍射仪检测的衍射照片，其中横坐标为衍射角2 θ /(。)，纵坐标为衍射强度。图3是本发明是实施例三制备的硅酸铋(Bi12SiO2tl)粉体在X射线衍射仪检测的衍射照片，其中横坐标为衍射角2 θ /(。)，纵坐标为衍射强度。图4是本发明是实施例四制备的硅酸铋(Bi12SiO2tl)粉体在X射线衍射仪检测的衍射照片，其中横坐标为衍射角2 θ /(。)，纵坐标为衍射强度。
图5是本发明实施例二制备的硅酸铋(Bi12SiO2tl)粉体在扫描电子显微镜下的照片，放大倍数为5000倍。图6是本发明实施例三制备的硅酸铋(Bi12SiO2tl)粉体在扫描电子显微镜下的照片，放大倍数为5000倍。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。实施例一一种硅酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比1 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比3 5球磨5小时，得到 KCl-K2CO3 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比1 1在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，635 V 条件下保温1小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。如图1所示，可以看出制备出的硅酸铋粉体即为纯度较高的Bi12SiO2tl晶相。实施例二一种硅酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比2 3球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比5 3球磨5小时，得到 KCl-K2CO3 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比3 2在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，650 V 条件下保温lOOmin，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。如图2所示，可以看出制备出的硅酸铋粉体即为纯度较高的Bi12SiO2tl晶相。如图5所示，本实施例所制备Bi12SiO2tl粉体的形貌特征均一。实施例三一种硅酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SW2按摩尔比1 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比5 3球磨5小时，得到 KCl-K2CO3 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比3 2在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，680°C 条件下保温0. 5小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。如图3所示，可以看出制备出的硅酸铋粉体即为纯度较高的Bi12SiO2tl晶相。如图6所示，本实施例所制备Bi12SiO2tl粉体的形貌特征均一。实施例四一种硅酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SW2按摩尔比1 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比5 3球磨5小时，得到 KCl-K2CO3 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比3 2在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，680 V 条件下保温lOOmin，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。如图4所示，可以看出制备出的硅酸铋粉体即为纯度较高的Bi12SiO2tl晶相。实施例五一种硅酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比6 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比1 1球磨5小时，得到 KCl-K2CO3 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比1 4在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，750 V 条件下保温0. 5小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。实施例六一种硅酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比2 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比4 3球磨5小时，得到 KCl-K2CO3 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比4 1在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，700 V 条件下保温2小时，取出，冷却至室温；
第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。实施例七一种硅酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比3 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比3 5球磨5小时，得到 KCl-K2CO3 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比2 1在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，650 V 条件下保温5小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。以上各个实施例中，第五步中的清洗可进行多次，效果更佳。将本发明方法制备的 Bi12SiO20粉体进行试验分析，其纯度可达85% 100%。
权利要求
1.一种硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比6 1 2 3球磨5小时， 作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比3 5 5 3球磨5小时， 得到KCl-K2CO3复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比1 4 4 1 在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，630°C 750°C条件下保温0. 5 5小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。
2.一种硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比1 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比3 5球磨5小时，得到 KCl-K2CO3 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SW2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比1 1在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，635°C条件下保温1小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。
3.—种硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比2 3球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比5 3球磨5小时，得到 KCl-K2CO3 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SW2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比3 2在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，650°C条件下保温lOOmin，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。
4.一种硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比1 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比5 3球磨5小时，得到 KCl-K2CO3 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SW2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比3 2在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，680°C条件下保温0. 5小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。
5.一种硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比1 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比5 3球磨5小时，得到 KCl-K2CO3 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SW2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比3 2在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，680°C条件下保温lOOmin，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。
6.一种硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比6 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比1 1球磨5小时，得到 KCl-K2CO3 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiA的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比1 4在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，750°C条件下保温0. 5小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。
7.—种硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比2 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比4 3球磨5小时，得到 KCl-K2CO3 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SW2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比4 1在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，700°C条件下保温2小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO2tl粉体。
8.—种硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比3 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比3 5球磨5小时，得到 KCl-K2CO3 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SW2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比2 1在研钵中手磨30min ；第四步，将手磨后的配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，650°C条件下保温5小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12HO2tl粉体。
9.根据权利要求1至8任一权利要求所述的硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，所述第五步中进行一次以上的清洗。
全文摘要
本发明公开了一种硅酸铋粉体的制备方法，首先，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比6∶1～2∶3球磨5小时，以无水乙醇为球磨介质，将KCl和K2CO3按摩尔比3∶5～5∶3球磨5小时，得到KCl-K2CO3复合盐；然后，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与KCl-K2CO3复合盐以质量比1∶4～4∶1在研钵中手磨30min；再将手磨后的配合料放入马弗炉中，630℃～750℃条件下保温0.5～5小时，取出，冷却至室温；最后，将冷却的试样用去离子水清洗后烘干，即得Bi12SiO20粉体，本发明可以简单快速制备出Bi12SiO20，且产物纯度高，便于大规模生产。
文档编号B82Y40/00GK102351202SQ20111018691
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者江红涛, 王秀峰, 许亚琴, 鲁俊雀 申请人:陕西科技大学