一种酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法

摘要

一种酒石酸‑硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法，将和ZrO(NO3)2·H2O，研磨，得到混合粉体；将酒石酸和乙二胺四乙酸混合，然后调节pH值至2～7，搅拌后，逐滴滴加到装有混合粉体的研钵中，边加边研磨，滴加完成后，继续研磨均匀，干燥获得凝胶块；将凝胶块高温加热得到蓬松块体，将蓬松块体热处理，得到锆酸钇。本发明工艺简单，便捷，易操作，制备成本较低；反应体系温和、可控，燃烧产物杂质极少，产物损失率少；酒石酸燃烧时生成的CO2可起到造孔和提高固体氧化物比表面积的作用，有利于粉体的光催化活性的提高，并且复合络合剂燃烧短时间释放的热量，能够促进材料的低温快速合成，相较现有高温固相法具有节能环保的优点。

权利要求

1.一种酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O，混合后研磨，得到混合粉体；其中，Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O的摩尔比为1:1；

2)将酒石酸和乙二胺四乙酸混合，然后调节pH值至2～7，得到复合络合剂溶液；

3)将复合络合剂溶液搅拌后，逐滴滴加到装有混合粉体的研钵中，边加边研磨，滴加完成后，继续研磨均匀，得到糊状粘稠中间体；其中酒石酸与Y(NO3)3·6H2O的摩尔比为2︰1；

4)将糊状粘稠中间体干燥获得凝胶块；

5)将凝胶块高温加热得到蓬松块体，将蓬松块体在500℃～700℃下热处理1～3h，得到锆酸钇；

步骤2)中按酒石酸︰乙二胺四乙酸＝(1～2)︰1的摩尔比进行混合；

步骤4)中干燥的温度为60～80℃，时间为2～3h。

2.根据权利要求1所述的一种酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，步骤2)中采用氨水调节pH值至2～7。

3.根据权利要求1所述的一种酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，步骤3)中搅拌的转速为350～500转/分钟，时间为6～12h。

4.根据权利要求1所述的一种酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，步骤3)中滴毕后研磨的时间为15～30min。

5.根据权利要求1所述的一种酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，步骤5)中高温加热的温度为300～400℃时间为10～30min。

6.根据权利要求1所述的一种酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，进行热处理前进行研磨。

说明书

一种酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法

技术领域

[0001] 本发明属于材料制备领域，具体涉及一种酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法。

背景技术

[0002] 稀土锆酸盐由于具有独特的晶体结构，具有高离子导电性和高熔点，该材料具有良好的化学稳定性，催化活性高，受到研究者们的广泛关注。在热障涂层、固体电解质、催化剂、放射性核废料的处理等方面得到了广泛的应用[徐强，潘伟，等.焦绿石型Ln2Zr2O7陶瓷的研究进展[J].稀有金属材料与工程，2005，(34)：1100-1104.]。

[0003] 由于元素钇和另一元素铈是地球上含量较大的两种稀土元素，所以相比其他种稀土锆酸盐，对于锆酸钇(Y2Zr2O7)的应用研究，在原料获取上，具有一定的资源优势。锆酸钇在常温下呈缺陷萤石结构，属Fm3m空间群，属立方晶系。在热障涂层、信息探测、荧光材料和光催化材料方面具有广泛应用[Hui Li,et al.Pressure-induced structural transition of Y2Zr2O7[J].Journal of Alloys and Compounds,2016,660:446-449.]。

[0004] 现有报道的锆酸钇制备方法主要为溶胶凝胶法、水热法和高温固相烧结法。如Jovaní Marc等[JovaníMarc,Sanz Ana,et al.New red-shade environmental-friendly multifunctional pigment based on Tb and Fe doped Y2Zr2O7 for ceramic applications and cool roof coatings[J].Dyes and Pigments,133(2016)33-40.]，Linhui  Gao等[Linhui  Gao,Yue An,et  al.Hydrothermal synthesis  and photoluminescence properties of Y2Zr2O7:Tb3+phosphors[J].Journal of Materials Science,46(2011):1337-1340.]以及Hui Li等[Hui Li,Qiang Tao,et al.Pressure-induced structural transition of Y2Zr2O7[J].Journal of Alloys and Compounds,660(2016):446-449.]均采用以上提到的方法制得目标产物。以上的方法中，高温固相烧结法缺点在于合成温度高，生成产物尺寸较大，不能控制粒径，由于组分分布不均而存在不纯相，有化学计量损失；单纯的溶胶凝胶法的缺点在于反应物的生成温度较高，反应时间较长。水热法的优点在于克服了组分分布不均，存在化学计量损失的缺点，然而对于设备的要求较高，且反应时间较长。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提出一种酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法。此方法能够制备出尺寸较小的多孔块状Y2Zr2O7粉体。本发明工艺简单、能在较低温度快速合成高烧结活性的锆酸钇粉体。

[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

[0007] 一种酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇的方法，包括以下步骤：

[0008] 1)将Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O，混合后研磨，得到混合粉体；其中，Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O的摩尔比为1:1；

[0009] 2)将酒石酸和乙二胺四乙酸混合，然后调节pH值至2～7，得到复合络合剂溶液；

[0010] 3)将复合络合剂溶液搅拌后，逐滴滴加到装有混合粉体的研钵中，边加边研磨，滴加完成后，继续研磨均匀，得到糊状粘稠中间体；其中酒石酸与Y(NO3)3·6H2O的摩尔比为2︰1；

[0011] 4)将糊状粘稠中间体干燥获得凝胶块；

[0012] 5)将凝胶块高温加热得到蓬松块体，将蓬松块体在500℃～700℃下热处理1～3h，得到锆酸钇。

[0013] 本发明进一步的改进在于，步骤2)中按酒石酸︰乙二胺四乙酸＝(1～2)︰1的摩尔比进行混合。

[0014] 本发明进一步的改进在于，步骤2)中采用氨水调节pH值至2～7。

[0015] 本发明进一步的改进在于，步骤3)中搅拌的转速为350～500转/分钟，时间为6～12h。

[0016] 本发明进一步的改进在于，步骤3)中滴毕后研磨的时间为15～30min。

[0017] 本发明进一步的改进在于，步骤4)中干燥的温度为60～80℃，时间为2～3h。

[0018] 本发明进一步的改进在于，步骤5)中高温加热的温度为300～400℃时间为10～30min。

[0019] 本发明进一步的改进在于，进行热处理前进行研磨。

[0020] 与现有技术相比，本发明具有有益的效果：

[0021] 本发明提供了一种合成温度低、工艺简单的新的合成方法—酒石酸-硝酸盐燃烧法制备锆酸钇。通过将催化活性组分和催化剂载体等与酒石酸混合均匀，放入一定温度的高温加热炉中，通过酒石酸燃烧放出的热量快速形成固体氧化物；复合络合剂能使前驱液在较宽的pH范围保持稳定，蒸发溶剂时更易得到溶胶而不出现沉淀；本发明所用方法制备的Y2Zr2O7粉体的优势在于：(1)反应是非爆炸式的氧化还原放热反应，在反应过程中体系放出大量的热，使合成温度明显降低，从而减少了锆酸钇粉体团聚，制得的产物呈多孔块状形貌，结晶度高，分散性；(2)因为高温烧结过程中产生的硬团聚会大大降低粉体的烧结活性，而酒石酸燃烧法能够促进粉体的低温烧结，有利于合成高烧结活性的锆酸钇粉体；(3)工艺简单，便捷，不需要特殊的设备，易操作，制备成本较低；(4)反应体系温和、可控，燃烧产物杂质极少，产物损失率少；(5)酒石酸燃烧时生成的CO2可起到造孔和提高固体氧化物比表面积的作用，有利于粉体的光催化活性的提高。并且复合络合剂燃烧短时间释放的热量，能够促进材料的低温快速合成，相较现有高温固相法具有节能环保的优点。

附图说明

[0022] 图1为本发明在实施例2的条件下制得的有孔块状Y2Zr2O7微晶的X射线衍射(XRD)图谱。

[0023] 图2为本发明在实施例2条件下所制备的块状Y2Zr2O7微晶在1万放大倍率下的扫描电镜(SEM)照片。

[0024] 图3为本发明在实施例2条件下所制备的Y2Zr2O7在500W汞灯照射下光催化降解罗丹明B性能图。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图对本发明进行详细描述。

[0026] 实施例1

[0027] 1)分别称取2mmol分析纯的Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O，置于玛瑙研钵中充分研磨，获得混合粉体。

[0028] 2)按酒石酸︰EDTA＝1︰1的摩尔比，称取定量分析纯的酒石酸和乙二胺四乙酸(EDTA)，制备酒石酸浓度为0.2mol/L的复合络合剂，并以浓氨水调节复合络合剂pH＝7，得到复合络合剂溶液；其中，酒石酸与Y(NO3)3·6H2O的摩尔比为2︰1。

[0029] 3)经过磁力搅拌器转速为350转/分钟搅拌12h后，将复合络合剂溶液逐滴滴加到装有混合粉体的研钵中，边加边研磨，滴加完成后，继续研磨15min，获得糊状粘稠中间体。

[0030] 4)将所得的糊状粘稠中间体置于温度已经预热到60℃的烘箱中，干燥3h，蒸发水分，获得凝胶块。

[0031] 5)将获得的凝胶块置于马弗炉中，在300℃的温度下处理10min，获得蓬松块体，然后在玛瑙研钵中研磨5min，然后置于预热到500℃温度的马弗炉中，热处理3h，即可得到目标产物锆酸钇(Y2Zr2O7)。

[0032] 实施例2

[0033] 1)分别称取3mmol分析纯的Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O，置于玛瑙研钵中充分研磨，获得混合粉体。

[0034] 2)按酒石酸︰EDTA＝1︰1的摩尔比，称取定量分析纯的酒石酸和乙二胺四乙酸(EDTA)，制备酒石酸浓度为0.2mol/L的复合络合剂，并以浓氨水调节复合络合剂pH＝6，得到复合络合剂溶液；其中，酒石酸与Y(NO3)3·6H2O的摩尔比为2︰1。

[0035] 3)经过磁力搅拌器转速为400转/分钟搅拌8h后，将复合络合剂溶液逐滴滴加到装有混合粉体的研钵中，边加边研磨，滴加完成后，继续研磨20min，获得糊状粘稠中间体。

[0036] 4)将所得的糊状粘稠中间体置于温度已经预热到80℃的烘箱中，干燥2h，蒸发水分，获得凝胶块。

[0037] 5)将获得的凝胶块置于马弗炉中，在350℃的温度下处理15min，获得蓬松块体，然后在玛瑙研钵中研磨5min，然后置于预热到600℃温度的马弗炉中，热处理2h，即可得到目标产物锆酸钇(Y2Zr2O7)。

[0038] 从图1可以看出，本发明采用酒石酸-硝酸盐燃烧法成功制备出Y2Zr2O7(对比ICDD卡片号：01-074-9311)。

[0039] 从图2可以看出，采用酒石酸-硝酸盐燃烧法制备的Y2Zr2O7呈有孔大块形貌。

[0040] 从图3可以看出，在500W汞灯照射的条件下，本专利所制备出的锆酸钇在2h对浓度为10mg/L的罗丹明B降解率可以达到76.8％，减去产物吸附和染料自降解作用后净降解率约为54％。

[0041] 实施例3

[0042] 1)分别称取5mmol分析纯的Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O，置于玛瑙研钵中充分研磨，获得混合粉体。

[0043] 2)按酒石酸︰EDTA＝1︰2的摩尔比，称取定量分析纯的酒石酸和乙二胺四乙酸(EDTA)，制备酒石酸浓度为0.2mol/L的复合络合剂，并以浓氨水调节复合络合剂pH＝5，得到复合络合剂溶液；其中，酒石酸与Y(NO3)3·6H2O的摩尔比为2︰1。

[0044] 3)经过磁力搅拌器转速为450转/分钟搅拌8h后，将复合络合剂溶液逐滴滴加到装有混合粉体的研钵中，边加边研磨，滴加完成后，继续研磨25min，获得糊状粘稠中间体。

[0045] 4)将所得的糊状粘稠中间体置于温度已经预热到70℃的烘箱中，干燥3h，蒸发水分，获得凝胶块。

[0046] 5)将获得的凝胶块置于马弗炉中，在400℃的温度下处理20min，获得蓬松块体，然后在玛瑙研钵中研磨5min，然后置于预热到650℃温度的马弗炉中，热处理2h，即可得到目标产物锆酸钇(Y2Zr2O7)。

[0047] 实施例4

[0048] 1)分别称取8mmol分析纯的Y(NO3)3·6H2O和ZrO(NO3)2·H2O，置于玛瑙研钵中充分研磨，获得混合粉体。

[0049] 2)按酒石酸︰EDTA＝1︰1.5的摩尔比，称取定量分析纯的酒石酸和乙二胺四乙酸(EDTA)，制备酒石酸浓度为0.2mol/L的复合络合剂，并以浓氨水调节复合络合剂pH＝2，得到复合络合剂溶液；其中，酒石酸与Y(NO3)3·6H2O的摩尔比为2︰1。

[0050] 3)经过磁力搅拌器转速为500转/分钟搅拌6h后，将复合络合剂溶液逐滴滴加到装有混合粉体的研钵中，边加边研磨，滴加完成后，继续研磨30min，获得糊状粘稠中间体。

[0051] 4)将所得的糊状粘稠中间体置于温度已经预热到80℃的烘箱中，干燥3h，蒸发水分，获得凝胶块。

[0052] 5)将获得的凝胶块置于马弗炉中，在400℃的温度下处理30min，获得蓬松块体，然后在玛瑙研钵中研磨5min，然后置于预热到700℃温度的马弗炉中，热处理1h，即可得到目标产物锆酸钇(Y2Zr2O7)。

[0053] 本发明具有以下优点：

[0054] 1)此方法制得的产物呈多孔块状形貌，结晶度高，分散性好。

[0055] 2)此方法不需要特殊设备，工艺简单易操作，制备成本较低。

[0056] 3)此方法在酒石酸和EDTA复合络合剂燃烧时，释放的CO2可以造孔，促进锆酸钇比表面积的扩大，有利于粉体的光催化活性的提高。

[0057] 4)复合络合剂燃烧短时间释放的热量，能够促进材料的低温快速合成，相较现有高温固相法具有节能环保的优点。