專利名稱：一種微波水熱法制備軟鉍礦粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵酸鉍粉體的制備方法，特別涉及一種微波水熱法制備軟鉍礦粉 體的方法。
背景技術(shù)：
近年來，光催化材料引起了人們極大興趣。軟鉍礦Bi25FeO4tl晶體結(jié)構(gòu)為體心立方 相結(jié)構(gòu)，空間點(diǎn)群為123，其晶體結(jié)構(gòu)中存在的大量缺陷導(dǎo)致其具有非線性光學(xué)效應(yīng)和壓電 效應(yīng)，在光傳導(dǎo)和可見光催化領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。微波加熱具有其他方法尤其是傳統(tǒng)合成技術(shù)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，如加熱速率快、反 應(yīng)條件溫和，制備粉體粒度均勻，熱能利用率高，便于進(jìn)行自動(dòng)控制和連續(xù)操作等優(yōu)點(diǎn)。至 今國(guó)內(nèi)外未見關(guān)于微波水熱制備Bi25FeO4tl粉體的報(bào)道，用微波水熱法方法制備Bi25I^O4ci僅 需30min，得到納米級(jí)Bi25I^O4ci粉體，且粒徑分布均勻，光催化性能優(yōu)越。本發(fā)明總結(jié)了微波水熱法制備純相軟鉍礦粉體的條件范圍，為以后深入研究及生 產(chǎn)應(yīng)用提供了可靠依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種反應(yīng)時(shí)間短，工藝流程簡(jiǎn)單，反應(yīng)易于控制，合成成本 低的微波水熱法制備軟鉍礦粉體的方法，按本發(fā)明的制備方法制成的軟鉍礦粉體純度高， 粒度分布均勻且制備過程具有很好的可重復(fù)性，制備出的軟鉍礦粉體具有優(yōu)越的光催化性 能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是(原料均為分析純)—種微波水熱法制備軟鉍礦粉體的方法，其特征在于，該方法包括下述步驟(1)將FeCl3 · 6H20和Bi (NO3) 3 · 5H20溶解于10_30ml乙二醇中配成母鹽溶液；母 鹽溶液中按原子摩爾比狗Bi = 1 1 ；(2)按照母鹽溶液與氨水溶液為1 25的比例，將母鹽溶液滴加到濃度為 0. 1-0. 5mol/L的氨水溶液中，滴定速度小于2mL/min，滴定結(jié)束后，繼續(xù)攪拌0. 4_lh得到沉 淀物；(3)將沉淀物用去離子水反復(fù)清洗，直到上清液呈中性，陳化1-10天，移去上清 液，制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物溶液，前驅(qū)物溶液濃度為0. 01-0. 05mol/L ；(4)將前驅(qū)物溶液加入反應(yīng)釜中，填充比為60% -75%，并向反應(yīng)釜中加入礦 化劑，將反應(yīng)釜置于微波輔助水熱合成儀中，于160°C -230°C，壓力為0. 6-2. 7Mpa,反應(yīng) 20-120min后，取出產(chǎn)物用去離子水洗滌至中性，再用無水乙醇清洗2_4次，室溫下干燥得 到軟鉍礦Bi25FeO4tl粉體。進(jìn)一步地，本發(fā)明還包括下述特征所述步驟(1)中，將FeCl3 · 6H20 禾口 Bi (NO3)3 · 5H20 溶解于 10ml、20ml 或 30ml 乙
二醇中配成母鹽溶液。
所述步驟O)是將母鹽溶液滴加到濃度為0. Imol/L、0· 2mol/L、0· 3mol/L、 0. 4mol/L或0. 5mol/L的氨水溶液中，滴定速度小于2mL/min，滴定結(jié)束后，繼續(xù)攪拌0. 4h、 0. 8h或Ih得到沉淀物。所述步驟(3)是將沉淀物用去離子水反復(fù)清洗，直到上清液呈中性，陳化1天、5天 或10天，移去上清液，制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物溶液，前驅(qū)物溶液濃度為0. 01mol/L,0. 02mol/ L、0. 03mol/L、0. 04mol/L 或 0. 05mol/L。所述步驟(4)將前驅(qū)物溶液加入反應(yīng)釜中，填充比為60^^70%或75%，并向反應(yīng) 釜中加入礦化劑，將反應(yīng)釜置于微波輔助水熱合成儀中，利用微波水熱合成儀將溫度控制 在 160"C、180"C、200"C、220°C或 230°C，壓力為 0. 6Mpa、l. OMpaU. 5Mpa、2. 3Mpa 或 2. 7Mpa, 反應(yīng)20min、40min、60min、80min、IOOmin或120min后，取出微波水熱釜中的產(chǎn)物用去離子 水洗滌得到中性產(chǎn)物，再將中性產(chǎn)物用無水乙醇清洗2、3或4次，室溫下干燥得到軟鉍礦粉 體。所述步驟(4)中，礦化劑為分析純KOH固體或NaOH固體或尿素固體；礦化劑的加 入量是 0. 03mol/、0. 05mol/ 或 lmol/L。本發(fā)明的有益效果是總結(jié)了制備純相軟鉍礦粉體的條件范圍。得到的粉體粒度均 勻采用溫度控制選擇合適的填充度，以使反應(yīng)過程受外界影響減小，使制備過程具有很好 的可重復(fù)性。工藝控制簡(jiǎn)單，工藝周期短，節(jié)省能源。制備出的軟鉍礦粉體具有優(yōu)越的光催 化性能。


圖1 為本發(fā)明的 160°C, KOH 0. IOmol/L 制備的 Bi25FeO40 的 XRD 及 TEM 圖；圖 2 為本發(fā)明 180°C, KOH 0. 30mol/L 制備的 Bi25FeO40 的 XRD 及 TEM 圖。圖 3 為本發(fā)明 200°C，KOH 3mol/L 及 5mol/L 制備的 Bi25FeO4tl 的 XRD 圖。圖4為本發(fā)明的軟鉍礦生成條件范圍。圖5為本發(fā)明的紫外可見光光催化波長(zhǎng)-吸光度關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1選用FeCl3 · 6H20, Bi (NO3) 3 · 5H20為原料溶于20ml乙二醇中配成母鹽溶液 (0. 15mol/L)，其中，母鹽溶液中按原子摩爾比狗Bi = 1 1 ；將其在攪拌條件下滴入 到稀釋過的濃度為0. 2mol/L氨水溶液中，滴定速度小于2mL/min，滴定結(jié)束后，繼續(xù)攪拌 0. 4h，反應(yīng)得到的沉淀物用去離子水反復(fù)清洗，直到上清液呈中性，陳化5d，移去上清液，即 制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物，前驅(qū)物溶液濃度為0. 05mol/L ；將前驅(qū)物移至微波水熱釜，填充率70%，并向反應(yīng)釜中加入0. 05mol/L KOH作為 礦化劑，至于微波水熱儀中，溫度控制為160°C，壓力為0. 6Mpa，反應(yīng)60min，取出產(chǎn)物用去 離子水洗滌至中性，最后用無水乙醇清洗3次，室溫下干燥、保存，得到軟鐵酸鉍粉體。從圖Ia中可以看出KOH濃度0. 050mol/L，溫度160°C，壓力0. 6Mpa左右，反應(yīng)時(shí) 間30min時(shí)，已生成純相的Bi2PeO4tl粉體。
從圖Ib中可看出(a)為反應(yīng)60min時(shí)粉體的整體形貌，為IOnm左右的片狀結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2 選用FeCl3 · 6H20, Bi (NO3) 3 · 5H20為原料溶于30ml乙二醇中配成母鹽溶液 (0. 15mol/L)其中，母鹽溶液中按原子摩爾比狗Bi = I 1，將其在攪拌條件下滴入到稀 釋過的濃度為0. 3mol/L氨水溶液中，滴定速度小于2mL/min，滴定結(jié)束后，繼續(xù)攪拌0. 8h， 反應(yīng)得到的沉淀物用去離子水反復(fù)清洗，直到上清液呈中性，陳化ld，移去上清液，即制得 水熱反應(yīng)前驅(qū)物，前驅(qū)物溶液濃度為0. 04mol/L ；將前驅(qū)物移至微波水熱釜，填充率60%，并向反應(yīng)釜中加入0.03mol/L KOH作為 礦化劑，至于微波水熱儀中，溫度控制為180°C，壓力為l.OMpa，反應(yīng)40min后取出產(chǎn)物用去 離子水洗滌至中性，最后用無水乙醇清洗4次，室溫下干燥、保存，得到軟鐵酸鉍粉體。圖2a為180°C，KOH 0. 30mol/L下反應(yīng)60min生成的粉體XRD圖。圖中可以看出 制備出的是純相的Bi2PeO4tl。圖2b為180°C時(shí)粉體TEM圖，可以看出Bi25FeO4tl粉體顆粒呈IOnm左右的片狀。實(shí)施例3選用FeCl3 · 6H20, Bi (NO3) 3 · 5H20為原料溶于20ml乙二醇中配成母鹽溶液 (0. 15mol/L)，其中，母鹽溶液中按原子摩爾比狗Bi = 1 1，將其在攪拌條件下滴入 到稀釋過的濃度為0. lmol/L氨水溶液中，滴定速度小于2mL/min，滴定結(jié)束后，繼續(xù)攪拌 0. 6h，反應(yīng)得到的沉淀物用去離子水反復(fù)清洗，直到上清液呈中性，陳化10d，移去上清液， 即制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物，前驅(qū)物溶液濃度為0. 03mol/L ；將前驅(qū)物移至微波水熱釜，填充率70%，并向反應(yīng)釜中加入lmol/L KOH作為礦化 劑，至于微波水熱儀中，溫度控制為200°C，壓力為1. 5Mpa,反應(yīng)20min后取出產(chǎn)物用去離子 水洗滌至中性，最后用無水乙醇清洗3次，室溫下干燥、保存，得到軟鐵酸鉍粉體。實(shí)施例4選用FeCl3 · 6H20, Bi (NO3) 3 · 5H20為原料溶于IOml乙二醇中配成母鹽溶液 (0. 15mol/L)，其中，母鹽溶液中按原子摩爾比狗Bi = 1 1，將其在攪拌條件下滴入到 稀釋過的濃度為0. 4mol/L氨水溶液中，滴定速度小于2mL/min，滴定結(jié)束后，繼續(xù)攪拌lh， 反應(yīng)得到的沉淀物用去離子水反復(fù)清洗，直到上清液呈中性，陳化5d，移去上清液，即制得 水熱反應(yīng)前驅(qū)物，前驅(qū)物溶液濃度為0. 02mol/L ；將前驅(qū)物移至微波水熱釜，填充率75%，并向反應(yīng)釜中加入0. 05mol/L KOH作為 礦化劑，至于微波水熱儀中，溫度控制為220°C，壓力為2. IMpa，反應(yīng)SOmin后取出產(chǎn)物用去 離子水洗滌至中性，最后用無水乙醇清洗2次，室溫下干燥、保存，得到軟鐵酸鉍粉體。實(shí)施例5選用FeCl3 · 6H20, Bi (NO3) 3 · 5H20為原料溶于20ml乙二醇中配成母鹽溶液 (0. 15mol/L)，其中，母鹽溶液中按原子摩爾比狗Bi = 1 1，將其在攪拌條件下滴入 到稀釋過的濃度為0. 5mol/L氨水溶液中，滴定速度小于2mL/min，滴定結(jié)束后，繼續(xù)攪拌 0. 4h，反應(yīng)得到的沉淀物用去離子水反復(fù)清洗，直到上清液呈中性，陳化5d，移去上清液，即 制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物，前驅(qū)物溶液濃度為0. 01mol/L ；將前驅(qū)物移至微波水熱釜，填充率75%，并向反應(yīng)釜中加入0. 03mol/L KOH作為 礦化劑，至于微波水熱儀中，溫度控制為230°C，壓力為2. 7Mpa，反應(yīng)IOOmin后取出產(chǎn)物用去離子水洗滌至中性，最后用無水乙醇清洗3次，室溫下干燥、保存，得到軟鐵酸鉍粉體。實(shí)施例6選用FeCl3 · 6H20, Bi (NO3) 3 · 5H20為原料溶于30ml乙二醇中配成母鹽溶液 (0. 15mol/L)，其中，母鹽溶液中按原子摩爾比狗Bi = 1 1，將其在攪拌條件下滴入 到稀釋過的濃度為0. 3mol/L氨水溶液中，滴定速度小于2mL/min，滴定結(jié)束后，繼續(xù)攪拌 0. 8h，反應(yīng)得到的沉淀物用去離子水反復(fù)清洗，直到上清液呈中性，陳化5d，移去上清液，即 制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物，前驅(qū)物溶液濃度為0. 03mol/L ；將前驅(qū)物移至微波水熱釜，填充率75%，并向反應(yīng)釜中加入0. 05mol/L KOH作為 礦化劑，至于微波水熱儀中，溫度控制為200°C，壓力為l.SMpa，反應(yīng)120min后取出產(chǎn)物用 去離子水洗滌至中性，最后用無水乙醇清洗3次，室溫下干燥、保存，得到軟鐵酸鉍粉體。圖 3 為 200°C, KOH 3mol/L 及 5mol/L 下反應(yīng) 60min 生成的 Bi25FeO40 粉體 XRD 圖。 圖中可以看出3mol/L KOH時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)較純相Bi25FeO4tl但是衍射峰較弱，晶體生長(zhǎng)不完全； 5mol/L KOH的制備出的是純相的Bi25FeO4tl，衍射峰較強(qiáng)，晶粒發(fā)育較好。圖4為前驅(qū)物濃度0. 05mol/L時(shí)制備純相Bi25I^O4ci的范圍圖，A區(qū)域可制備出純 相的Bi25FeO4tl粉體。圖5為200°C，KOH 5mol/L下反應(yīng)60min生成的Bi25FeO4tl粉體紫外-可見光光催 化反應(yīng)中波長(zhǎng)-吸光度譜圖，圖中可以看出Bi25I^O4ci粉體有較好的光催化性能(采用500W 汞燈，30ppm羅丹明B，催化劑用量為lg/L)，3. 5h時(shí)羅丹明B的降解率達(dá)到97. 11%。本發(fā)明的有益效果是得到具有較好光催化性能的Bi25FeO4tl粉體，總結(jié)出使用微波 水熱法制備出的Bi25FeO4tl粉體的合適合成范圍。并且用微波水熱法制備粉體粒度均勻，采 用壓力控制選擇合適的填充度，反應(yīng)溫度及壓力，以使反應(yīng)過程受外界影響減小，使制備過 程具有很好的可重復(fù)性。并且工藝控制簡(jiǎn)單，工藝周期短，節(jié)省能源。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所 提交的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種微波水熱法制備軟鉍礦粉體的方法，其特征在于，該方法包括下述步驟(1)將FeCl3· 6H20和Bi (NO3)3 · 5H20溶解于10_30ml乙二醇中配成母鹽溶液；母鹽溶 液中按原子摩爾比1 Bi = 1 1 ；(2)按照母鹽溶液與氨水溶液為1 25的比例，將母鹽溶液滴加到濃度為 0. 1-0. 5mol/L的氨水溶液中，滴定速度小于2mL/min，滴定結(jié)束后，繼續(xù)攪拌0. 4_lh得到沉 淀物；(3)將沉淀物用去離子水反復(fù)清洗，直到上清液呈中性，陳化1-10天，移去上清液，制 得水熱反應(yīng)前驅(qū)物溶液，前驅(qū)物溶液濃度為0. 01-0. 05mol/L ；(4)將前驅(qū)物溶液加入反應(yīng)釜中，填充比為60%-75%，并向反應(yīng)釜中加入礦化劑，將 反應(yīng)釜置于微波輔助水熱合成儀中，于160°C _230°C，壓力為0. 6-2. 7Mpa，反應(yīng)20-120min 后，取出產(chǎn)物用去離子水洗滌至中性，再用無水乙醇清洗2-4次，室溫下干燥得到軟鉍礦 Bi25FeO40 粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微波水熱法制備軟鉍礦粉體的方法，其特征在于所述步 驟(1)中，將佝(13*6!120和財(cái)(吣3)3*5!120溶解于10ml、20ml或30ml乙二醇中配成母鹽溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微波水熱法制備軟鉍礦粉體的方法，其特征在于所述步 驟(2)是將母鹽溶液滴加到濃度為 0. Imol/L、0. 2mol/L、0. 3mol/L、0. 4mol/L 或 0. 5mol/L 的氨水溶液中，滴定速度小于2mL/min，滴定結(jié)束后，繼續(xù)攪拌0. 4h、0. 8h或Ih得到沉淀物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微波水熱法制備軟鉍礦粉體的方法，其特征在于所述步 驟(3)是將沉淀物用去離子水反復(fù)清洗，直到上清液呈中性，陳化1天、5天或10天，移去 上清液，制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物溶液，前驅(qū)物溶液濃度為0. 01mol/L,0. 02mol/L,0. 03mol/L、 0. 04mol/L 或 0. 05mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微波水熱法制備軟鉍礦粉體的方法，其特征在于所述 步驟(4)將前驅(qū)物溶液加入反應(yīng)釜中，填充比為60%、70%或75%，并向反應(yīng)釜中加入礦 化劑，將反應(yīng)釜置于微波輔助水熱合成儀中，利用微波水熱合成儀將溫度控制在160°C、 180 "C>200 "C>220 °C 或 230 °C，壓力為 0. 6Mpa、l. 5Mpa、l. 8Mpa、2. IMpa 或 2. 7Mpa,反應(yīng) 20min、40min、60min、80min、IOOmin或120min后，取出微波水熱釜中的產(chǎn)物用去離子水洗 滌得到中性產(chǎn)物，再將中性產(chǎn)物用無水乙醇清洗2、3或4次，室溫下干燥得到軟鉍礦粉體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微波水熱法制備軟鉍礦粉體的方法，其特征在于所述步 驟(4)中，礦化劑為分析純KOH固體或NaOH固體或尿素固體；礦化劑的加入量是0. 03mol/、 0.05mol/ 或 lmol/L0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微波水熱法制備軟鉍礦(Bi25FeO40)粉體的方法，(1)將FeCl3·6H2O和Bi(NO3)3·5H2O溶解于適量乙二醇中配成母鹽溶液；(2)將母鹽溶液滴加到濃度為0.1-0.5mol/L的氨水溶液中，滴定速度小于2mL/min，滴定結(jié)束后，繼續(xù)攪拌0.4-1h得到沉淀物；(3)將沉淀物用去離子水反復(fù)清洗，陳化，制得水熱反應(yīng)前驅(qū)物；(4)將前驅(qū)物溶液加入微波水熱釜中，填充比為60％-75％，并向反應(yīng)釜中加入礦化劑，將反應(yīng)釜置于微波輔助水熱合成儀中，反應(yīng)一段時(shí)間后取出反應(yīng)釜中的產(chǎn)物用去離子水洗滌得到中性產(chǎn)物，再將中性產(chǎn)物用無水乙醇清洗，室溫下干燥得到Bi25FeO40粉體。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是Bi25FeO40結(jié)晶完好、粒度分布均勻，工藝控制簡(jiǎn)單，工藝周期短，節(jié)省能源。
文檔編號(hào)B01J37/34GK102101700SQ20101061652
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者博海洋, 程蒙, 談國(guó)強(qiáng), 鄭玉芹, 魏莎莎 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)