一种非水解溶胶‑凝胶辅助熔盐法制备颗粒状Bi2Zr2O7纳米材料的方法技术

一种非水解溶胶‑凝胶辅助熔盐法制备颗粒状Bi2Zr2O7纳米材料的方法，将Bi(NO3)3·5H2O和Zr(NO3)4·5H2O加入到无水乙醇中，配制Bi(NO3)3·5H2O的浓度0.01～0.50mol/L的前驱液A，其中，Bi与Zr摩尔比为1:1；将前驱液A置于水热釜中，然后在80～120℃下反应4～10h，获得湿凝胶B、干燥后与熔盐混合后，在350℃～650℃下热处理1～8h，离心，得到颗粒状Bi2Zr2O7纳米材料；本方法工艺简单易操作，制备周期短，低成本，低耗能；本发明专利技术制得的产物呈颗粒状，产物分散性好，结晶度高，并且对于罗丹明B具有较高的降解效率。

A method of producing granular Bi2Zr2O7 nano materials nonhydrolytic sol gel assisted molten salt method

A method of producing granular Bi2Zr2O7 nano materials nonhydrolytic sol gel assisted molten salt method, Bi (NO3) 3 - 5H2O and Zr (NO3) 4 - 5H2O into ethanol, the preparation of Bi (NO3) concentration of 0.01 ~ 0.50mol/L A 3 - 5H2O precursor solution, the molar ratio of Bi and Zr is 1:1; the precursor solution A in hot water kettle, and then in 80 ~ 120 DEG C for 4 ~ 10h, B, wet gel drying and molten salt mixture, at 350 to 650 DEG C under the heat treatment of 1 ~ 8h, centrifugation, granular Bi2Zr2O7 nano materials; this method simple and easy operation, short production cycle, low cost, low energy consumption; the product prepared by the invention is granular, good dispersion of products, high crystallinity, and high degradation efficiency for Luo Danming B.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料制备领域，具体涉及一种非水解溶胶-凝胶辅助熔盐法制备颗粒状Bi2Zr2O7纳米材料的方法。
技术介绍
锆酸铋(Bi2Zr2O7)属立方面心晶系，属Fd3m空间群结构，属烧绿石型复合氧化物。烧绿石型复合氧化物是一类具有离子导电性、铁电铁磁、催化性等多种物理化学性能的新型无机复合材料，已成为固态物理、材料化学和催化化学等领域的研究热点，特别是其光催化性能日益受到人们的重视。[唐新德，叶红齐，等.烧绿石型复合氧化物的结构、制备及其光催化性能[J].化学进展，2009，21(10):2101-2113.]钛为锆的同族元素，而烧绿石型钛酸铋(Bi2Ti2O7)光催化材料的研究相对较多。已经报道的文献中，用Fe修饰Bi2Ti2O7光催化材料具有优异的可见光催化性能。[WilliamRagsdale,SatyajitGupta,etal.PhotocatalyticactivityofFe-modifiedbismuthtitanatepyrochlores:Insightsintoitsstability,photoelectrochemical,andopticalresponses[J].AppliedCatalysisB:Environmental，180(2016):442–450.]据文献报道，因为锆酸铋具有较为合适的禁带宽度(2.59-2.9eV)，所以，其在可见光催化领域有着较大的研究潜力。目前，对于锆酸铋(Bi2Zr2O7)的制备和性能研究还处于一种初级阶段，已经报道的制备方法为沉淀煅烧法。如DeyongWu等[D.Wu,T.He,J.Xia,Y.Tan.PreparationandphotocatalyticpropertiesofBi2Zr2O7photocatalyst[J].MaterialLetters,156(2015):195-197.]以Bi(NO3)3·5H2O和Zr(NO3)4·5H2O为原料，第一阶段采用水热法，制得前驱体沉淀物。经洗涤、干燥、研磨，在600℃条件下煅烧4小时，制得Bi2Zr2O7目标产物。以及S.L.Sorokina等[S.L.Sorokina,A.W.Sleight.NEWPHASESINTHEZrO2-Bi2O3ANDHfO2-Bi2O3SYSTEMS[J].MaterialsResearchBulletin,1998,33(7):1077-1081.]以Bi(NO3)3和Zr(NO3)4为原料，用浓硝酸作为溶剂，氨水调pH到中性，搅拌，制得沉淀，将沉淀经洗涤、在95℃下干燥10h、研磨，烧结10h，制得目标产物。以上几种方法制备处理过程复杂，耗能高，周期长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种非水解溶胶-凝胶辅助熔盐法制备颗粒状Bi2Zr2O7纳米材料的方法，该方法能够制备出结晶度较高的Bi2Zr2O7纳米晶，反应工艺简单、便于操作，低能耗，低成本，具有广阔的工业应用前景。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种非水解溶胶-凝胶辅助熔盐法制备颗粒状Bi2Zr2O7纳米材料的方法，包括以下步骤：1)将Bi(NO3)3·5H2O和Zr(NO3)4·5H2O加入到无水乙醇中，配制Bi(NO3)3·5H2O的浓度0.01～0.50mol/L的前驱液A，其中，Bi与Zr摩尔比为1:1；2)将前驱液A置于水热釜中，然后在80～120℃下反应4～10h，获得湿凝胶B；3)将湿凝胶B干燥获得粉体C；4)将粉体C与熔盐混合后，在350℃～650℃下热处理1～8h，离心，得到颗粒状Bi2Zr2O7纳米材料；其中，粉体C和熔盐的质量比1:(1-4)。本专利技术进一步的改进在于，Bi(NO3)3·5H2O和Zr(NO3)4·5H2O为分析纯。本专利技术进一步的改进在于，水热釜的体积填充比为20～40％。本专利技术进一步的改进在于，反应是在均相反应仪中进行的。本专利技术进一步的改进在于，干燥是在真空干燥箱中进行的，且干燥的温度60℃～80℃，干燥的时间为180～240min。本专利技术进一步的改进在于，熔盐为硝酸钠。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术提供了一种合成过程简单、耗能小、成本低的新的合成方法—非水解溶胶-凝胶辅助熔盐法制备Bi2Zr2O7纳米材料。非水解溶胶-凝胶法制备纳米尺寸的Bi2Zr2O7粉体的优势在于：采用非水解溶胶-凝胶法不经过金属醇盐水解过程，直接由前驱体缩聚为凝胶，该方法不仅工艺简单，而且在溶胶-凝胶过程中更易实现原子级均匀混合，有利于促进材料的低温合成。而辅助熔盐法的优势在于：熔盐熔化后的熔体起到了熔剂和反应介质的作用。在高于熔盐熔点的煅烧温度下，熔盐变成液相，使得体系具有高的反应活性和流动性，促进了反应物之间的扩散，有利于固相反应进行，使得材料合成温度大大降低，并且制备的颗粒均匀性好，不易团聚。在本专利技术实验条件下，熔盐的存在，可以将产物合成温度最低降至350℃。较低的合成温度减小了产物的高温团聚，使其具有较好的分散性，从而暴露较多的活性位点，有利于产物光催化性能的提升。本方法工艺简单易操作，制备周期短，低成本，低耗能；本专利技术制得的产物呈颗粒状，产物分散性好，结晶度高，并且对于罗丹明B具有较高的降解效率。进一步的，本专利技术中采用硝酸钠为熔盐，原因是350℃～650℃下能够熔化，熔剂和反应介质的作用，利于颗粒状Bi2Zr2O7纳米材料的形成。附图说明图1为本专利技术在实施例5的条件下制得的Bi2Zr2O7纳米材料的X射线衍射(XRD)图谱。图2为本专利技术在实例5条件下所制备的5万放大倍率条件下的Bi2Zr2O7纳米材料的扫描电镜(SEM)照片。图3为本专利技术在实施例5的条件下制得的Bi2Zr2O7纳米材料在1000W氙灯照射条件下降解罗丹明B光催化性能图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。实施例11)称取分析纯的Bi(NO3)3·5H2O和Zr(NO3)4·5H2O于烧杯中，保持Bi与Zr摩尔比为1:1。加入一定量的无水乙醇，充分搅拌，配制成Bi(NO3)3·5H2O浓度为0.01mol/L的前驱液A。2)将前驱液A置于聚四氟乙烯内衬的水热釜中，控制体积填充比为20％，然后将反应釜置于均相反应仪中，控制温度在100℃，反应4h，获得湿凝胶B。3)将所得的湿凝胶B置于真空干燥箱中，控制温度在60℃的条件下干燥180min，获得的粉体C。4)将粉体C与作为熔盐的硝酸钠混合(粉体C和硝酸钠的质量比为1:2)，置于马弗炉中，在350℃的温度下热处理8h，分别加入去离子水和无水乙醇离心处理3～5次，即可得到颗粒状Bi2Zr2O7纳米材料。实施例21)称取分析纯的Bi(NO3)3·5H2O和Zr(NO3)4·5H2O于烧杯中，保持Bi与Zr摩尔比为1:1。加入一定量的无水乙醇，充分搅拌，配制成Bi(NO3)3·5H2O浓度为0.02mol/L的前驱液A。2)将前驱液A置于聚四氟乙烯内衬的水热釜中，控制体积填充比为30％，然后将反应釜置于均相反应仪中，控制温度在80℃，反应8h，获得湿凝胶B。3)将所得的湿凝胶B置于真空干燥箱中，控制温度在60℃的条件下干燥180min，获得的粉体C。4)将粉体C与作为熔盐的硝酸钠混合(粉体C和硝酸钠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水解溶胶‑凝胶辅助熔盐法制备颗粒状Bi2Zr2O7纳米材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将Bi(NO3)3·5H2O和Zr(NO3)4·5H2O加入到无水乙醇中，配制Bi(NO3)3·5H2O的浓度0.01～0.50mol/L的前驱液A，其中，Bi与Zr摩尔比为1:1；2)将前驱液A置于水热釜中，然后在80～120℃下反应4～10h，获得湿凝胶B；3)将湿凝胶B干燥获得粉体C；4)将粉体C与熔盐混合后，在350℃～650℃下热处理1～8h，离心，得到颗粒状Bi2Zr2O7纳米材料；其中，粉体C和熔盐的质量比1:(1‑4)。

【技术特征摘要】
1.一种非水解溶胶-凝胶辅助熔盐法制备颗粒状Bi2Zr2O7纳米材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将Bi(NO3)3·5H2O和Zr(NO3)4·5H2O加入到无水乙醇中，配制Bi(NO3)3·5H2O的浓度0.01～0.50mol/L的前驱液A，其中，Bi与Zr摩尔比为1:1；2)将前驱液A置于水热釜中，然后在80～120℃下反应4～10h，获得湿凝胶B；3)将湿凝胶B干燥获得粉体C；4)将粉体C与熔盐混合后，在350℃～650℃下热处理1～8h，离心，得到颗粒状Bi2Zr2O7纳米材料；其中，粉体C和熔盐的质量比1:(1-4)。2.根据权利要求1所述的一种非水解溶胶-凝胶辅助熔盐法制备颗粒状Bi2Zr2O7纳米材料的方法，其特征在于，B...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，罗艺佳，周磊，黄剑锋，吴建鹏，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61