專利名稱：一種棒狀氧化鉍及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鉍及其制備方法，特別是涉及一種棒狀的三氧化二鉍晶體材料及其制備方法，屬于無機納米材料及合成技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化鉍是一種重要的功能材料，具有獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。它不僅是良好的有機合成催化劑、陶瓷著色劑、塑料阻燃劑、藥用收斂劑、玻璃添加劑、高折光玻璃和核工程玻璃制造以及核反應(yīng)堆的燃料，而且是電子行業(yè)中一種重要的摻雜粉體材料，在電解質(zhì)材料、光電材料、高溫超導(dǎo)材料等方面也都得到十分廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)制備氧化鉍的方法有火法和濕法，火法是將硝酸溶解精鉍得到的硝酸鉍溶液先濃縮結(jié)晶，然后將干燥的硝酸鉍晶體煅燒，即得氧化鉍產(chǎn)品；濕法則是將硝酸溶解精鉍得到的硝酸鉍溶液在攪拌下緩緩加入到30%的熱濃氫氧化鈉溶液中，使鉍離子在濃堿條件下轉(zhuǎn)化為氧化鉍，再將氧化鉍過濾并干燥即得產(chǎn)品?；鸱ǖ娜秉c是煅燒硝酸鉍晶體時產(chǎn)生污染環(huán)境的氮氧化物氣體；而液相法則必須維持反應(yīng)終點的氫氧化鈉濃度不小于5摩爾/升，以免生成白色絮狀氫氧化鉍膠狀物，不利于沉淀的過濾及洗滌。一維取向的粉體材料，在催化劑、傳感器以及光電器件中有很大的應(yīng)用潛力；在限制了尺寸和維度的前提下，一維結(jié)構(gòu)為電子傳輸、光學(xué)性能以及機理特性之間相互關(guān)系的研究提供了一個更好的模型體系。一維取向的粉體材料與類似于球形的狀粉體材料相比，前者具有更好的催化性能和光電信號傳感性能。因此，在工業(yè)催化、電子產(chǎn)業(yè)、功能材料等諸多領(lǐng)域更加具有應(yīng)用價值。雖然有報道合成了一維的氧化鋅、硫化鋅、氧化鈦等粉體材料。但是，具有高長徑比的微米級棒狀氧化鉍材料未見報道。`

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種棒狀氧化鉍及其制備方法。本發(fā)明提供一種棒狀氧化鉍，其特征在于:為三氧化二鉍(Bi2O3)晶型，形貌為棒狀，直徑約為0.5 3微米，長度在10 60微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。本發(fā)明提供一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)將鉍鹽加入到濃硝酸中，初步攪拌后加入去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋；然后將上述溶液加入到氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，邊加入邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液；
(2)將由步驟(I)所得的懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在373173K的溫度下進行水熱處理12 72小時；
(3)停止反應(yīng)后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，經(jīng)干燥后得到棒狀的三氧化二鉍氧化鉍晶體。步驟(I)中所述的鉍鹽為無水或帶有結(jié)晶水的硝酸鉍、碳酸氧鉍中的一種或其組
口 ο
步驟(1)中所述鉍鹽的加入質(zhì)量與最終的反應(yīng)液總體積之比為0.5克/100毫升 5克/100毫升。步驟(1)中所述加入的濃硝酸質(zhì)量為鉍鹽質(zhì)量的O 3倍。 步驟(1)中所述加入去離子水體積為反應(yīng)液總體積的10% 40%。步驟(1)中所述的氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10°~28%，氨水加入體積為反應(yīng)液總體積的60% 90%。步驟(1)中所述的氫氧化鈉溶液的物質(zhì)量濃度為1 10摩爾/升，氫氧化鈉溶液加入體積為反應(yīng)液總體積的60% 90%。通過上述制備方法得到的氧化鉍為三氧化二鉍(Bi2O3)晶型，與標(biāo)準(zhǔn)粉末衍射卡片(JCPDS: 76-1730)相吻合。形貌為棒狀，直徑約為0.5~3微米，長度在10 60微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。本發(fā)明提供的制備方法無環(huán)境污染，工藝和流程簡便，參數(shù)可調(diào)范圍寬，可重復(fù)性強，生產(chǎn)成本低，可進行大批量的工業(yè)級生產(chǎn)。所制備的棒狀氧化鉍具有較高的光電與催化性能，化學(xué)穩(wěn)定性強，并具有較高的純度和結(jié)晶度，在工業(yè)催化、醫(yī)藥業(yè)、特種玻璃制造業(yè)、電子行業(yè)、新材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。


附圖1:由實施例2制得的棒狀氧化鉍的X射線粉末衍射圖譜。附圖2:由實施例2制得的棒狀氧化鉍的掃描電鏡照片。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進一步闡述，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容。因此，所舉之例并不限制本發(fā)明的保護范圍。實施例1:
4克碳酸氧鉍加入到2毫升濃硝酸中，初步攪拌后加入35毫升去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋。然后，將上述溶液加入到110毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的氨水溶液中，邊加入邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液。然后將懸浮液放入容積為200毫升聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在383Κ的溫度下反應(yīng)48小時。反應(yīng)結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，干燥處理后得到棒狀氧化鉍產(chǎn)物。所制得氧化鉍(Bi2O3)的晶型與標(biāo)準(zhǔn)粉末衍射卡片(JCPDS: 76-1730)相吻合，形貌為棒狀，直徑在2 3微米之間，長度在30 50微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。實施例2:
1.5克五水合硝酸鉍加入到I毫升濃硝酸中，初步攪拌后加入20毫升去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋。然后，將上述溶液加入到50毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氨水溶液中，邊滴加邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液。然后將懸浮液放入容積為100毫升聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在393Κ的溫度下反應(yīng)24小時。反應(yīng)結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，干燥處理后得到棒狀氧化鉍產(chǎn)物。所制得氧化鉍(Bi2O3)的晶型與標(biāo)準(zhǔn)粉末衍射卡片(JCPDS: 76-1730)相吻合，形貌為棒狀，直徑在I 3微米之間，長度在10 50微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。實施例3:
I克碳酸氧鉍加入到0.5毫升濃硝酸中，初步攪拌后加入10毫升去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋。然后，將上述溶液加入到30毫升物質(zhì)量濃度為3摩爾/升的氫氧化鈉溶液中，邊滴加邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液。然后將懸浮液放入容積為50毫升聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在423K的溫度下反應(yīng)12小時。反應(yīng)結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，干燥處理后得到棒狀氧化鉍產(chǎn)物。所制得氧化鉍(Bi2O3)的晶型與標(biāo)準(zhǔn)粉末衍射卡片(JCPDS: 76-1730)相吻合，形貌為棒狀，直徑在0.5 2微米之間，長度在10 30微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。實施例4:
5克五水合硝酸鉍加入到3毫升濃硝酸中，初步攪拌后加入45毫升去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋。然后，將上述溶液加入到105毫升物質(zhì)量濃度為4摩爾/升的氫氧化鉀溶液中，邊滴加邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液。然后將懸浮液放入容積為200毫升聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在453K的溫度下反應(yīng)24小時。反應(yīng)結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，干燥處理后得到棒狀氧化鉍產(chǎn)物。所制得氧化鉍(Bi2O3)的晶型與標(biāo)準(zhǔn)粉末衍射卡片(JCPDS: 76-1730)相吻合，形貌為棒狀，直徑在2 3微米之間，長度在20 60微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。實施例5:
2克碳酸氧鉍加入到0.2毫升濃硝酸中，初步攪拌后加入18毫升去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋。然后，將上述溶液加入到50毫升物質(zhì)量濃度為2摩爾/升的氫氧化鉀溶液中，邊滴加邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液。然后將懸浮液放入容積為100毫升聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在393K的溫度下反應(yīng)72小時。反應(yīng)結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，干燥處理后得到棒狀氧化鉍產(chǎn)物。所制得氧化鉍(Bi2O3)的晶型與標(biāo)準(zhǔn)粉末衍射卡片(JCPDS: 76-1730)相吻合，形貌為棒狀，直徑在0.5 2微米之間，長度在10 40微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。實施例6:
I克五水合硝酸鉍加入到0.8毫升濃硝酸中，初步攪拌后加入12毫升去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋。然后，將上述溶液加入到25毫升物質(zhì)量濃度為5摩爾/升的氫氧化鈉溶液中，邊滴加邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液。然后將懸浮液放入容積為50毫升聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在373K的溫度下反應(yīng)60小時。反應(yīng)結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，干燥處理后得到棒狀氧化鉍產(chǎn)物。所制得氧化鉍(Bi2O3)的晶型與標(biāo)準(zhǔn)粉末衍射卡片(JCPDS: 76-1730)相吻合，形貌為棒狀，直徑在0.5 I微米之間，長度在10 30微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。
權(quán)利要求
1.一種棒狀氧化鉍，其特征在于，為三氧化二鉍(Bi2O3)晶型，形貌為棒狀，直徑約為0.5 3微米，長度在10~60微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將鉍鹽加入到濃硝酸中，初步攪拌后加入去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋；然后將上述溶液加入到氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，邊加入邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液； (2)將由步驟(I)所得的懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在373 473Κ的溫度下進行水熱處理12 72小時； (3)停止反應(yīng)后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，經(jīng)干燥后得到棒狀的三氧化二鉍氧化鉍晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的鉍鹽為無水或帶有結(jié)晶水的硝酸鉍、碳酸氧鉍中的一種或其組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述鉍鹽的加入質(zhì)量與最終的反應(yīng)液總體積之比為0.5克/100暈升 5克/100暈升。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述加入的濃硝酸質(zhì)量為鉍鹽質(zhì)量的O 3倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述加入去離子水體積為反應(yīng)液總體積的10% 40%。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 28%，氨水加入體積為反應(yīng)液總體積的60% 90%。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的氫氧化鈉溶液的物質(zhì)量濃度為廣10摩爾/升，氫氧化鈉溶液加入體積為反應(yīng)液總體積的60% 90%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種棒狀氧化鉍及其制備方法。該棒狀氧化鉍的直徑約為0.5～3微米，長度在10～60微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。其具體制備方法如下將一定量的鉍鹽用硝酸酸化后加入去離子水，攪拌溶解。然后將上述溶液加入到氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，并通過一步水熱處理得到棒狀氧化鉍。本發(fā)明提供的制備方法無環(huán)境污染，工藝和流程簡便，參數(shù)可調(diào)范圍寬，可重復(fù)性強，生產(chǎn)成本低，可進行大批量的工業(yè)級生產(chǎn)。所制備的棒狀氧化鉍可廣泛應(yīng)用于工業(yè)催化、醫(yī)藥業(yè)、特種玻璃制造業(yè)、電子行業(yè)、新材料等領(lǐng)域。
文檔編號B82Y40/00GK103101975SQ20111035183
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者趙斌, 林琳, 殷天惠, 何丹農(nóng) 申請人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司