一种无机纤维态铋化合物及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种无机纤维态铋化合物及其应用，是以氧化铋粉体为原料在水热体系进行处理，并通过调整水热体系中添加剂和表面活性剂种类及用量调控纤维产物的有序度及物相组成，获得纳米化的有序无机纤维态铋化合物。该无机纤维铋化合物用于制备水性胶体，制备过程简单，反应温度低，得到的水性胶体组分均匀，具有良好的稳定性。

An Inorganic Fibrous Bismuth Compound and Its Application

The invention discloses an inorganic fibrous bismuth compound and its application, which is treated in hydrothermal system by using bismuth oxide powder as raw material, and by adjusting the types and dosages of additives and surfactants in the hydrothermal system, the ordered inorganic fibrous bismuth compound with nanometer size is obtained. The inorganic fiber bismuth compound is used to prepare water-borne colloids. The preparation process is simple, the reaction temperature is low, and the obtained water-borne colloids have uniform components and good stability.

【技术实现步骤摘要】
一种无机纤维态铋化合物及其应用
本专利技术属于无机铋化合物
，涉及一种无机有序纤维态铋化合物及其应用。
技术介绍
铋是元素周期表中最重要的稳定金属元素，具有特殊的理化性质，无毒且不致癌，被称为绿色金属。因而，铋的化合物，尤其是无机铋化合物，如氧化铋、次碳酸铋、次硝酸铋、硫酸氧铋、氯氧铋、以及各种含氧酸盐如钒酸铋、钨酸铋、溴氧铋、磷酸铋、铌酸铋等，也被广泛应用于各行各业。如氧化铋，是最重要的铋化合物之一，其主要来源是炼铜或铅时的副产物。氧化铋可以被氢气还原为金属铋，也可用于制备其他三元铋化合物。氧化铋主要用于电子陶瓷粉体材料、电解质材料、光电材料、高温超导材料、催化剂、化纤品阻燃剂和环保电池的添加剂等。次碳酸铋被用作医药工业的收敛剂、止泻剂、X射线诊断遮光剂，陶瓷工业的搪瓷助熔剂、釉料添加剂，还被用作抗菌材料和光催化材料。氯氧化铋是一种新型的高档环保珠光材料，不溶于水、无毒、低油脂吸收，皮肤附着力强，是化妆品中的重要原料。此外，氯氧铋还可以用作收敛剂、防腐剂、颜料而广泛用于汽车内饰材料、电子设备、体育用品、家具油漆等。钒酸铋也因其无毒、高环保的性能，广泛用作食品、玩具、汽车面漆、涂料等的着色剂，同时，钒酸铋也是一种新型光催化材料。综上，铋化合物在实际使用中均需与其他组分复配使用。由于各种铋化合物分子量大、密度大(如α-氧化铋相对密度8.9，β-氧化铋相对密度8.55，次碳酸铋相对密度6.86，氯氧铋7.72)，且不溶于水，以胶体形式应用时易沉降和分层，难以实现均匀分散并稳定存在于胶体体系中。纳米化和表面改性是解决问题的有效方法之一，通过各种化学或物理的方法将铋化合物粉体的几何维度尺寸减少至100nm以下，如纳米纤维、纳米片、球形纳米粉体等，并通过反应表面改性获得疏水性粉体，表面改性后的粉体经过胶体磨细化颗粒获得稳定的无机胶体，该工艺对球形、类球形的基元纳米颗粒聚集体具有很好的效果；但该工艺对无序聚集的纤维态铋化合物却无法获得有效的稳定胶体，其原因归结于胶体磨的剪切作用不能打开无序纤维聚集体获得单分散的纳米纤维。文献(无模板剂水热法制备Bi24O31Cl10纳米纤维，矿业工程，2017,37:113-116)报道了铋化合物的纳米纤维的无模板水热合成方法，这些纳米纤维均是以无规杂乱的方式聚集在一起，虽然能获得纳米纤维但很难通过胶体制备工艺获得单纤维分散的胶体。针对以上问题，将微米级亚微米级氧化铋粉体在无机离子和表面活性剂协同作用水热体系中进行处理，将氧化铋粉体转变成有序的纳米纤维，降低堆密度，再与分散剂复配分散于去离子水中，经超声剪切分散或高速剪切分散后得到分布均匀且稳定的单纤维铋化合物胶体体系。
技术实现思路
为了解决现有技术中无序纤维铋化合物密度大、难以剪切解离获得均匀分散的单纤维并稳定存在于其他体系的问题，本专利技术的目的在于提供一种无机纤维态铋化合物，采用氧化铋粉体进行水热处理，水热处理过程中，在添加剂和表面活性剂的协同作用下于同一方向有序生长得到。本专利技术的另一目的在于提供所述无机纤维态铋化合物的应用，是将有序的无机纤维态铋化合物均匀分散在水溶液中形成稳定水性胶体，无机纤维态铋化合物在胶体中呈单纤维分散态，尺寸分布均匀，水性胶体可在室温下稳定存放，后续使用过程无毒无污染。为了实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种无机纤维态铋化合物，通过如下步骤制得：(1)将添加剂和表面活性剂加入到溶剂中，再用酸调pH至1～5，得到溶液A，(2)将氧化铋粉体加入溶液A中得到悬浊液B；(3)将悬浊液B水热处理后即得纳米化的无机有序纤维态铋化合物；所述的添加剂根据无机有序纤维态铋化合物化学组成的需求选择；所述表面活性剂浓度为其临界胶束浓度的1.0-4.0倍。通过表面活性剂浓度大于其临界胶束浓度时的有序自组装特性，而控制得到有序状态的纤维铋化合物。优选的，当无机纤维态铋化合物为氯氧铋时，选择的添加剂包括碱金属氯化物、氯化铵、碱土金属氯化物中的至少一种；优选的，当无机纤维态铋化合物为(BiO)2CO3，选择的添加剂包括碱金属碳酸盐、碳酸氢铵、碱土金属酸式碳酸盐中的至少一种与碱金属氯化物中的至少一种的混合。优选的，当无机纤维态铋化合物为Bi2O3时，选择的添加剂包括碱金属氯化物、碱土金属氯化物中的至少一种与碱金属硫酸盐、硫酸铵、碱土金属硫酸盐中的至少一种的混合。优选的，当无机纤维态铋化合物为硫酸氧铋，选择的添加剂包括碱金属硫酸盐、硫酸铵、碱土金属硫酸盐中的至少一种。优选的，当无机纤维态铋化合物为金属含氧酸铋时，选择的添加剂包括：碱金属的金属含氧酸盐，金属含氧酸铵中的至少一种与碱金属氯化物中的至少一种混合，金属含氧酸中金属优选包括钼、钒或钨。优选的，步骤(1)所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或非离子型表面活性剂中的至少一种。阳离子表面活性剂优选：C10-C18烷基季铵盐类表面活性剂。阴离子表面活性剂优选：C10-C18烷基磺酸钠。非离子型表面活性剂优选：PVP、聚乙烯醇类中的至少一种。步骤(1)中所述表面活性剂优选为阳离子表面活性剂；进一步优选所述表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氢氧化铵、十二烷基三甲基氯化铵中的至少一种。优选的，步骤(1)中所采用酸为无机酸，例如盐酸、硫酸或硝酸；或者为有机酸，例如乙酸。调节溶液pH值主要是为了调节粉体的反应活性。优选的，步骤(2)中所述氧化铋粉体的粒径为0.1～50μm，氧化铋粉体与碱金属离子或碱土金属离子或铵根离子的摩尔比为1:5～20。优选的，步骤(2)中水热反应时的固含量为10～150g/L，反应温度为80～160℃，反应时间为1～6h。优选的，所述的无机纤维态铋化合物为BiOCl、Bi4O5Cl2、Bi24O31Cl10、Bi3O4Cl、Bi12O17Cl2、(BiO)2SO4、Bi6S2O15、(BiO)2CO3、Bi2MoO6、BiVO4、Bi2WO6和Bi2O3纤维中的至少一种。本专利技术的无机纤维态铋化合物，采用氧化铋粉体进行水热处理，控制无机盐添加剂种类及用量、表面活性剂用量调控纤维产物的物相组成和有序程度，在添加剂和表面活性剂的协同作用下于同一方向有序生长从而获得纳米化的有序的无机纤维态铋化合物。本专利技术还提供了所述无机有序纤维态铋化合物的应用，是将纳米化的无机纤维态铋化合物均匀分散在水溶液中形成的稳定水性胶体。优选的，所述无机纤维态铋化合物均匀分散时加入分散剂，其在胶体中呈单纤维分散态，单纤维直径为30～50nm。本专利技术中，纳米化的有序的无机纤维态铋化合物经过分散后可实现单纤维解离，呈现单纤维分散态。优选的，所述的无机纤维铋化合物水性胶体中无机纤维铋化合物质量含量为5～25％、分散剂质量含量为0.5～5％，余量为去离子水。优选的，所述分散剂为非离子表面活性剂、两性表面活性剂、阴离子型表面活性剂中的至少一种。优选的，所述分散剂为非离子表面活性剂：包括：多元醇类脂肪酸酯：十八胺、甘油酸脂、山梨醇酸脂、乙二醇酸酯；或者聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇等。阴离子型表面活性剂优选：油酸钠。优选的，采用无机纤维态铋化合物制备水性胶体时采用超声分散或高速机械搅拌分散；所述高速机械搅拌速度为300～5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无机纤维态铋化合物，其特征在于：通过如下步骤制得：(1)将添加剂和表面活性剂加入到溶剂中，再用酸调节pH至1～5，得到溶液A，(2)将氧化铋粉体加入溶液A中得到悬浊液B；(3)将悬浊液B水热处理后即得纳米化的无机纤维态铋化合物；所述的添加剂根据无机纤维态铋化合物化学组成的需求选择；所述表面活性剂浓度为其临界胶束浓度的1.0～4.0倍。

【技术特征摘要】
1.一种无机纤维态铋化合物，其特征在于：通过如下步骤制得：(1)将添加剂和表面活性剂加入到溶剂中，再用酸调节pH至1～5，得到溶液A，(2)将氧化铋粉体加入溶液A中得到悬浊液B；(3)将悬浊液B水热处理后即得纳米化的无机纤维态铋化合物；所述的添加剂根据无机纤维态铋化合物化学组成的需求选择；所述表面活性剂浓度为其临界胶束浓度的1.0～4.0倍。2.根据权利要求1所述的无机纤维态铋化合物，其特征在于：当无机纤维态铋化合物为氯氧铋时，选择的添加剂包括碱金属氯化物、氯化铵、碱土金属氯化物中的至少一种；当无机纤维态铋化合物为(BiO)2CO3，选择的添加剂包括碱金属碳酸盐、碳酸氢铵、碱土金属酸式碳酸盐中的至少一种与碱金属氯化物中的至少一种的混合；当无机纤维态铋化合物为Bi2O3时，选择的添加剂包括碱金属氯化物、碱土金属氯化物中的至少一种与碱金属硫酸盐、硫酸铵、碱土金属硫酸盐中的至少一种的混合；当无机纤维态铋化合物为硫酸氧铋，选择的添加剂包括碱金属硫酸盐、硫酸铵、碱土金属硫酸盐中的至少一种；当无机纤维态铋化合物为金属含氧酸铋时，选择的添加剂包括：碱金属的金属含氧酸盐，金属含氧酸铵中的至少一种与碱金属氯化物中的至少一种混合，金属含氧酸中金属优选包括钼、钒或钨。3.根据权利要求1所述的无机纤维态铋化合物，其特征在于：所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或非离子型表面活性剂中的至少一种；优选阳离子表面活性剂为C10-C18烷基的季铵盐类表面活性剂；优选阴离子表...

【专利技术属性】
技术研发人员：金胜明，伏彩萍，盛速，李仲伦，崔葵馨，朱文平，刘战，
申请(专利权)人：湖南柿竹园有色金属有限责任公司，中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43