一种烧绿石型稀土钛酸盐粉体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种烧绿石型稀土钛酸盐粉体的制备方法，采用软化学溶胶‑凝胶法制备，具体步骤是：(1)按化学计量比分别称取稀土硝酸盐粉体和钛的醇盐；(2)室温下将稀土硝酸盐原料溶于无水乙醇中，得到溶液A；将乙酰丙酮、钛的醇盐同时加到无水乙醇中，得到溶液B；将溶液A、溶液B混合，得到透明溶胶；40～60℃条件下，将稀硝酸溶液滴加到透明溶胶中，持续搅拌，并监测pH值，至pH为4.0～5.0时停止滴加，静置15～30min，得到透明湿凝胶；(3)将湿凝胶置于100～120℃条件下干燥12～24h，研磨后得到粉末；(4)将粉末置于马弗炉中，在750～850℃条件下保温2～4h，得到烧绿石型稀土钛酸盐粉体。本发明专利技术制备工艺简单，能耗低，所制得粉体化学组成均一，产物纯度高。

Preparation method of a pyrochlore type rare earth titanate powder

The invention discloses a preparation method of pyrochlore-type rare earth titanate powder, which is prepared by soft-chemical sol-gel method. The specific steps are: (1) weighing rare earth nitrate powder and titanium alkoxide according to stoichiometric ratio respectively; (2) dissolving rare earth nitrate raw material in anhydrous ethanol at room temperature to obtain solution A; and (2) preparing acetylacetone by dissolving rare earth nitrate raw material into anhydrous ethanol. Titanium alkoxide was added to anhydrous ethanol at the same time to obtain solution B; solution A and solution B were mixed to obtain transparent sol; dilute nitric acid solution was dripped into transparent sol at 40-60 ~C, stirred continuously, and pH value was monitored, when pH was 4.0-5.0, the dripping was stopped and the transparent wet gel was obtained after standing for 15-30 minutes; (3) Wet gel was obtained. The gel was dried at 100-120 C for 12-24 hours and then grinded to obtain powder. (4) The pyrochlore-type rare earth titanate powder was prepared by placing the powder in a muffle furnace and holding it for 2-4 hours at 750-850 C. The invention has simple preparation process, low energy consumption, uniform chemical composition of the powder and high purity of the product.

【技术实现步骤摘要】
一种烧绿石型稀土钛酸盐粉体的制备方法
本专利技术属于光学材料领域，涉及一种稀土钛酸盐，具体涉及一种烧绿石型稀土钛酸盐粉体的制备方法。
技术介绍
稀土钛酸盐(RE2Ti2O7)是一种重要的化工产品，其在光伏器件、光催化剂、水净化、电解液等诸多领域都有着广泛的应用和研究。目前合成稀土钛酸盐的方法主要有高温固相合成法、溶胶凝胶法、超声波喷雾热解以及脉冲激光沉积等。其中，溶胶凝胶法作为合成稀土钛酸盐粉末的最适合的技术之一，一直受到人们的欢迎。然而在采用溶胶-凝胶法制备钛酸盐粉体时，溶胶凝胶化速率难以控制，其化学反应络合过程中离子不能完全进入网络，从而影响化学计量配比，无法实现纯相粉体的制备。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种烧绿石型稀土钛酸盐粉体的制备方法，工艺简单，易于操作，制备周期短，所制得粉体化学组成均一。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种烧绿石型稀土钛酸盐粉体的制备方法，采用软化学溶胶-凝胶法制备，其具体制备步骤如下：(1)称量：按化学通式RE2Ti2O7中各元素的化学计量比，分别称取稀土硝酸盐粉体和钛的醇盐，其中稀土硝酸盐原料的纯度高于99.99％；(2)溶胶凝胶化：①室温下，将稀土硝酸盐原料溶于无水乙醇中，稀土硝酸盐与无水乙醇的质量体积比为0.1～0.5mol：1L，搅拌20～30min，得到溶液A；②室温下，将乙酰丙酮、钛的醇盐同时加到无水乙醇中，乙酰丙酮与无水乙醇的质量体积比为0.1～0.2mol：1L，钛的醇盐与无水乙醇的质量体积比为0.05～0.15mol：1L，搅拌20～30min，得到溶液B；③将溶液A、溶液B混合，搅拌10～15min，得到透明溶胶；④将浓度为1～3mol/L稀硝酸溶液滴加到透明溶胶中，持续搅拌，并监测pH值，至pH为4.0～5.0时停止滴加，静置15～30min，得到透明湿凝胶，溶胶凝胶过程中保持体系温度为40～60℃；(3)干燥：将步骤(2)所得湿凝胶置于干燥箱内，在100～120℃条件下干燥12～24h，研磨后得到粉末；(4)煅烧：将步骤(3)所得粉末置于马弗炉中，在750～850℃条件下保温2～4h，得到纯相烧绿石型稀土钛酸盐粉体。优选的，所述稀土硝酸盐为硝酸镝或硝酸钐。优选的，所述钛的醇盐选自异丙醇钛、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯或钛酸四乙酯。更优选的，所述钛的醇盐为异丙醇钛。优选的，步骤(2)中所述稀硝酸溶液的滴加速度为1～5滴/min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用软溶胶-凝胶法制备得到单相烧绿石结构稀土钛酸盐粉体，呈近球形颗粒，化学组成均一，产物纯度高，具有良好的分散性，由于自由激子的重新组合，在所制备的稀土钛酸盐中，出现了显著的PL发射峰，可应用于光伏器件、光催化剂、水净化、电解等器件制造。(2)本专利技术在添加二氧化钛前体之前先将稀土硝酸盐溶解于无水乙醇中，以保证稀土离子的均匀分布；将乙酰丙酮添加到二氧化钛的前体中，以防止二氧化钛沉淀；通过调整溶胶体系的pH，得到均匀性较好的凝胶。(3)本专利技术制备工艺简单，原料经济，能耗低，成本低廉，适用于工业化生产，反应过程无工业三废，绿色环保。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1制备Dy2Ti2O7一种烧绿石型稀土钛酸盐粉体的制备方法，包括以下步骤(1)称量：按化学通式Dy2Ti2O7中各元素的化学计量比，分别称取36.653g硝酸镝(Dy(NO3)3.xH2O)和28.422g异丙醇钛，其中硝酸镝的纯度高于99.99％；(2)溶胶凝胶化：①室温下，将稀土硝酸盐原料溶于无水乙醇中，稀土硝酸盐与无水乙醇的质量体积比为0.1mol：1L，搅拌20min，得到溶液A；②室温下，将1ml乙酰丙酮、异丙醇钛同时加到无水乙醇中，乙酰丙酮与无水乙醇的质量体积比为0.1：1L，异丙醇钛与无水乙醇的质量体积比为0.05mol：1L，搅拌20min，得到溶液B；③将溶液A、溶液B混合，搅拌15min，得到透明溶胶；④将浓度为1mol/L稀硝酸溶液滴加到透明溶胶中，滴加速度为5滴/min，持续搅拌，并监测pH值，至pH为4.0时停止滴加，静置15min，得到透明湿凝胶，溶胶凝胶过程中保持体系温度为40℃；(3)干燥：将步骤(2)所得湿凝胶置于干燥箱内，在100℃条件下干燥24h，研磨后得到粉末；(4)煅烧：将步骤(3)所得粉末置于马弗炉中，在750℃条件下保温4h，得到纯相烧绿石型稀土钛酸盐粉体。测试结果如下：XRD分析确定合成粉体为烧绿石结构，TEM图像显示颗粒为近球形，平均晶粒尺寸为35nm。在200nm紫外光激发下，发射较强的423nm波长的蓝紫光。实施例2制备Sm2Ti2O7一种烧绿石型稀土钛酸盐粉体的制备方法，包括以下步骤(1)称量：按化学通式Sm2Ti2O7中各元素的化学计量比，分别称取133.335gg硝酸钐(Sm(NO3)3.6H2O)和85.266g异丙醇钛，其中硝酸镝的纯度高于99.99％；(2)溶胶凝胶化：①室温下，将稀土硝酸盐原料溶于无水乙醇中，稀土硝酸盐与无水乙醇的质量体积比为0.3mol：1L，搅拌25min，得到溶液A；②室温下，将乙酰丙酮、异丙醇钛同时加到无水乙醇中，乙酰丙酮与无水乙醇的质量体积比为0.15mol：1L，异丙醇钛与无水乙醇的质量体积比为0.1mol：1L，搅拌25min，得到溶液B；③将溶液A、溶液B混合，搅拌12min，得到透明溶胶；④将浓度为2mol/L稀硝酸溶液滴加到透明溶胶中，滴加速度为3滴/min，持续搅拌，并监测pH值，至pH为4.5时停止滴加，静置20min，得到透明湿凝胶，溶胶凝胶过程中保持体系温度为50℃；(3)干燥：将步骤(2)所得湿凝胶置于干燥箱内，在110℃条件下干燥18h，研磨后得到粉末；(4)煅烧：将步骤(3)所得粉末置于马弗炉中，在800℃条件下保温3h，得到纯相烧绿石型稀土钛酸盐粉体。测试结果如下：XRD分析确定合成粉体为烧绿石结构，TEM图像显示颗粒为近球形，平均晶粒尺寸为42nm。在200nm紫外光激发下，发射较强的426nm波长的蓝紫光。实施例3制备Dy2Ti2O7一种烧绿石型稀土钛酸盐粉体的制备方法，包括以下步骤(1)称量：按化学通式Dy2Ti2O7中各元素的化学计量比，分别称取183.265g硝酸镝(Dy(NO3)3.xH2O)和142.11g异丙醇钛，其中硝酸镝的纯度高于99.99％；(2)溶胶凝胶化：①室温下，将稀土硝酸盐原料溶于无水乙醇中，稀土硝酸盐与无水乙醇的质量体积比为0.5mol：1L，搅拌30min，得到溶液A；②室温下，将2ml乙酰丙酮、异丙醇钛同时加到无水乙醇中，乙酰丙酮与无水乙醇的质量体积比为0.2mol：1L，异丙醇钛与无水乙醇的质量体积比为0.15mol：1L，搅拌30min，得到溶液B；③将溶液A、溶液B混合，搅拌15min，得到透明溶胶；④将浓度为3mol/L稀硝酸溶液滴加到透明溶胶中，滴加速度为1滴/min，持续搅拌，并监测pH值，至pH为5.0时停止滴加，静置15～30min，得到透明湿凝胶，溶胶凝胶过程中保持体系温度为60℃；(3)干燥：将步骤(2)所得湿凝胶置于干燥箱内，在120℃条件下干燥12h，研磨后得到粉末；(4)煅烧：将步骤(3)所得粉末置于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烧绿石型稀土钛酸盐粉体的制备方法，其特征在于，采用软化学溶胶‑凝胶法制备，其具体制备步骤如下：(1)称量：按化学通式RE2Ti2O7中各元素的化学计量比，分别称取稀土硝酸盐粉体和钛的醇盐，其中稀土硝酸盐原料的纯度高于99.99％；(2)溶胶凝胶化：①室温下，将稀土硝酸盐原料溶于无水乙醇中，稀土硝酸盐与无水乙醇的质量体积比为0.1～0.5mol：1L，搅拌20～30min，得到溶液A；②室温下，将乙酰丙酮、钛的醇盐同时加到无水乙醇中，乙酰丙酮与无水乙醇的质量体积比为0.1～0.2mol：1L，钛的醇盐与无水乙醇的质量体积比为0.05～0.15mol：1L，搅拌20～30min，得到溶液B；③将溶液A、溶液B混合，搅拌10～15min，得到透明溶胶；④将浓度为1～3mol/L稀硝酸溶液滴加到透明溶胶中，持续搅拌，并监测pH值，至pH为4.0～5.0时停止滴加，静置15～30min，得到透明湿凝胶，溶胶凝胶过程中保持体系温度为40～60℃；(3)干燥：将步骤(2)所得湿凝胶置于干燥箱内，在100～120℃条件下干燥12～24h，研磨后得到粉末；(4)煅烧：将步骤(3)所得粉末置于马弗炉中，在750～850℃条件下保温2～4h，得到纯相烧绿石型稀土钛酸盐粉体。...

【技术特征摘要】
1.一种烧绿石型稀土钛酸盐粉体的制备方法，其特征在于，采用软化学溶胶-凝胶法制备，其具体制备步骤如下：(1)称量：按化学通式RE2Ti2O7中各元素的化学计量比，分别称取稀土硝酸盐粉体和钛的醇盐，其中稀土硝酸盐原料的纯度高于99.99％；(2)溶胶凝胶化：①室温下，将稀土硝酸盐原料溶于无水乙醇中，稀土硝酸盐与无水乙醇的质量体积比为0.1～0.5mol：1L，搅拌20～30min，得到溶液A；②室温下，将乙酰丙酮、钛的醇盐同时加到无水乙醇中，乙酰丙酮与无水乙醇的质量体积比为0.1～0.2mol：1L，钛的醇盐与无水乙醇的质量体积比为0.05～0.15mol：1L，搅拌20～30min，得到溶液B；③将溶液A、溶液B混合，搅拌10～15min，得到透明溶胶；④将浓度为1～3mol/L稀硝酸溶液滴加到透明溶胶中，持续搅拌，并监测pH值，至pH为4.0～5.0时停止滴...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乐，顾灵诚，邵岑，周天元，高光珍，王骋，陈浩，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32