一种制备钛酸镧的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备钛酸镧的方法：首先，在无表面活性剂、无催化剂条件下，通过微波法合成出吡啶‑2,5‑二羧酸稀土配位聚合物亚微米实心球，然后用均匀沉淀法制备出纳米TiO(OH)2，再将镧基配位聚合物和纳米TiO(OH)2在一定质量比下研磨均匀，将得到的样品置于马弗炉中，1000℃下煅烧5h，冷却至室温得到钛酸镧粉体。该方法1.具有制备产物产量高，可放大量生产；2.副反应少，产物纯度高；3.利用配位聚合物作为反应物，一方面可得到形貌可控，性能优异的稀土钛酸镧，另一方面有效的降低了反应温度，缩短了反应时间，具有能耗低，能源利用率高等一系列优点。

A Method for Preparing Lanthanum Titanate

The invention provides a method for preparing lanthanum titanate. Firstly, pyridine 2,5 dicarboxylic acid rare earth coordination polymer submicron solid spheres are synthesized by microwave method without surfactant and catalyst. Then nano-titanium (OH) 2 is prepared by homogeneous precipitation method. Then, lanthanum coordination polymer and nano-titanium (OH) 2 are ground uniformly at a certain mass ratio, and the obtained samples are placed. Lanthanum titanate powders were obtained by calcination at 1000 C for 5 h in a muffle furnace and cooling to room temperature. This method has the following advantages: 1. high yield of products, large-scale production; 2. fewer side reactions and high purity of products; 3. Lanthanum titanate with controllable morphology and excellent performance can be obtained by using coordination polymers as reactants; on the other hand, reaction temperature can be effectively reduced, reaction time can be shortened, and a series of advantages such as low energy consumption and high energy utilization rate can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种制备钛酸镧的方法
本专利技术涉及稀土钛酸盐，具体涉及钛酸镧的制备方法。
技术介绍
半导体光催化剂因其在太阳能转换、医学光动力治疗和环境修复等方面的广泛应用而受到科学家和工程师的广泛关注。钙钛矿型光催化剂由角共享八面体网络组成，具有高效的载流子迁移率，因而具有较高的光催化活性。在各种钙钛矿型催化剂的研究中，稀土钛酸盐La2Ti2O7(LTO)由于其独特的二维层状结构，强的氧化还原能力、高稳定性、低毒性等优点，一直是重点研究对象。目前国内外对LTO已开展了较多的研究工作，一方面它可以作为发光中心(Pr3+，Eu3+)的基质材料，通过掺杂稀土元素用于制备得到荧光粉；另一方面它的带隙值Eg为3.8eV，可作为光学催化剂，加速化学反应(如水的分解)及毒性有机物的降解。但是寻找更低耗能和更简便的方法合成形貌均匀和性能优异的钛酸镧一直是个挑战。近几年来，已有不少文献报道了用不同方法和不同的原料制备出性能优良的LTO材料。其中根据制备手段的不同，可将制备方法分为：熔盐法、共沉淀法、水热合成法、脉冲激光沉积以及溶胶凝胶法(sol-gel)等。其中水热合成法和熔盐法是最常用的方法，例如：TetsuroMajima最近报道了一种一步水热法，将La(NO3)3·6H2O和Ti(SO4)2溶解在超纯水中，滴加一定量的NaOH溶液后，将混合物转移到聚四氟乙烯反应釜中，在230℃下反应24小时，得到100～600nm的光滑且不均匀的LTO纳米薄片。KazunariDome和他的合作者在PaulA.Fuiere等人的方法上改进，将La2O3和TiO2混合在乙醇中，再加入等质量的NaCl和KCl，在1423K下煅烧5h，冷却至室温再用去离子水洗去熔盐得到基本尺寸在1μm以上的LTO砖块状结构。上述这种水热合成法虽然操作简单但是却很耗时耗能，而这种熔盐虽然缩短了反应的时间，但操作步骤相对繁琐同时需要较高的温度才能完成一系列反应。配位聚合物(CP)作为一种新型的功能化分子材料，具有良好的结构可裁性、易功能化等特性。研究发现通过以配位聚合物作为前驱体来合成纳米材料，可以优化材料的形貌和性能。近年来，申请人制备了一系列稀土配位聚合物微/纳米材料并以其为前驱体制备了诸如稀土氧化物、稀土氮化物、稀土硫氧化物及其复合材料等。此外，申请人还以铈基配位聚合物为前驱体采用一步煅烧法制备了壳层可调的多壳二氧化铈空心球，而且这种多壳二氧化铈相对于其它块状二氧化铈表现出了超常的催化性能。结果表明，配位聚物是制备具有形貌可调控和性能优异的微纳米材料的理想前驱体，而且配位聚合物中含有的非金属元素，例如C、N、P、S等在合成过程中也可以通过不同的方式保留下来，起到提高性质的作用。但是以配位聚合物为前驱体来制备稀土钛酸盐却未见报道。
技术实现思路
为此，本专利技术提供一种新的制备钛酸镧的方法，该方法可获得纳米到微米级的LTO粉体。首先，在无催化剂和表面活性剂的条件下，采用无压力微波法高效合成镧基配位聚合物(LaCP)。然后，通过简单地均匀沉淀法制备纳米TiO(OH)2。最后，将得到的镧基配位聚合物和纳米TiO(OH)2按一定质量比煅烧得到钛酸镧粉体。该方法的步骤总结如下：(1)将硝酸镧、吡啶-2,5-二羧酸溶于有机溶剂中，将溶液置于微波反应装置中，在回流条件下反应，反应完成后分离出固态物质，得到镧基配位聚合物；(2)将氢氧化钠溶解在水中，加热至60～100℃，边搅拌边逐滴加入四氯化钛溶液，然后调节pH到8～10，将产生的白色沉淀分离出来，得到纳米TiO(OH)2；(3)将步骤(1)的镧基配位聚合物和步骤(2)的纳米TiO(OH)2混合均匀后，在800～1000℃下处理一段时间，得到钛酸镧(LTO粉体)。在步骤(1)中，有机溶剂可以为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。在步骤(1)中，微波反应装置的功率可以为80～400W。在步骤(2)中，可以用NH3·H2O调节pH＝8～10。在步骤(3)中，镧基配位聚合物和纳米TiO(OH)2的质量比可以为3:0.4。在步骤(3)中，处理时间可以为5h。步骤(1)采用微波加热方法合成LaCP，由于微波法加热均匀、热梯度小及成型速度快，可在无模板的条件下形成镧基配位聚合物亚微米球，合成的配位聚合物尺寸大小均匀且粒径较小。步骤(2)采用均匀沉淀法制备纳米TiO(OH)2，此过程边搅拌边以极慢的速度往氢氧化钠中加入四氯化钛溶液，均匀地放出构晶离子；同样又以极慢的速度滴加其他碱，让OH-与TiO2+生成TiO(OH)2，即沉淀。控制滴加速度，可以做到控制生成沉淀的速率，能够在适当范围内的过饱和溶液中得到粒径可控、均匀颗粒、不大量团聚、纯度高的纳米TiO(OH)2。本专利技术通过对原料配方的选择，以无定型的LaCP和低温下生成的TiO(OH)2为反应物，主要是由于(i)配位聚合物不仅具有多样的拓扑结构类型，而且在光学、磁学、吸附分离、催化等领域中显示出潜在的应用价值，可作为无机金属微/纳米复合材料的理想前驱体；(ii)选择无定型的配位聚合物做为反应物，这种亚稳定态LaCP更容易参与反应，可有效地降低反应温度和缩短反应时间；(iii)选择结晶性较差的TiO(OH)2而没有选择金红石型的二氧化钛，主要是由于TiO(OH)2更具有敞开的晶体结构，同样更有利于反应的发生。在配位聚合物中，选择以吡啶-2,5-二羧酸为有机连接体，主要是由于1)吡啶-2,5-二羧酸作为一种类似对苯二甲酸的氮杂环配体，同时具备多羧基配体以及芳香族配体的优势；2)吡啶-2,5-二羧酸既可以完全去质子化又可以部分去质子化，可以有多种酸度配位模式；3)吡啶-2,5-二羧酸既可以氧配位又可以氮配位，拥有丰富的配位模式有利于构建有机金属骨架。本专利技术的方法不需要经过热处理过程，直接将LaCP和纳米TiO(OH)2混合均匀之后，在马弗炉中煅烧，煅烧温度1000℃，煅烧时间5h。合成的LTO纳米片是平均厚度为60nm、宽度为500nm左右砖块状结构。通过对煅烧温度的调节可以不同程度的控制LTO纳米片的形貌和纯度。本专利技术的方法不仅简单，而且快速高效，具有加热均匀、能源利用率高和反应时间短等一系列优点，可以有效的降低成本和节省能源；更重要的是合成的LTO粉体形貌均匀，可提高在各领域的应用性能；为LTO粉体的后续应用(如制备LTO压电陶瓷、掺杂稀土元素的LTO荧光粉、优异性能的LTO、LTON及其复合物光催化剂等)奠定了基础。相比于现有技术采用水热合成的方法，本专利技术的方法同时具备缩短反应时间、增大产物产率、且耗能更低、形貌更均匀、性能更优越等优点。附图说明图1为实施例1所制备的钛酸镧(LTO)纳米片的XRD图谱。图2为实施例1所制备LTO纳米片的扫描电镜图。图3为实施例1所制备LaCP亚微米球的扫描电镜图。图4为实施例1所制备纳米TiO(OH)2的透射电镜图。图5为实施例2所制备的LTO纳米片的XRD图谱。图6为实施例2所制备LTO粉体的扫描电镜图。具体实施方式实施例1：步骤一：将0.1mmolLa(NO3)3·6H2O和0.3mmol吡啶-2,5-二羧酸溶于32mLN-N二甲基甲酰胺的溶剂中。超声溶解完全后，将得到的混合溶液转移到圆底烧瓶中再置于实验室微波反应装置中，在功率为240W回流条件下反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备钛酸镧的方法，包括如下步骤：(1)将硝酸镧、吡啶‑2,5‑二羧酸溶于有机溶剂中，将溶液置于微波反应装置中，在回流条件下反应，反应完成后分离出固态物质，得到镧基配位聚合物；(2)将氢氧化钠溶解在水中，加热至60～100℃，边搅拌边逐滴加入四氯化钛溶液，然后调节pH到8～10左右，将产生的白色沉淀分离出来，得到纳米TiO(OH)2；(3)将步骤(1)的镧基配位聚合物和步骤(2)的纳米TiO(OH)2混合均匀后，在800～1000℃下处理一段时间，得到钛酸镧。

【技术特征摘要】
1.一种制备钛酸镧的方法，包括如下步骤：(1)将硝酸镧、吡啶-2,5-二羧酸溶于有机溶剂中，将溶液置于微波反应装置中，在回流条件下反应，反应完成后分离出固态物质，得到镧基配位聚合物；(2)将氢氧化钠溶解在水中，加热至60～100℃，边搅拌边逐滴加入四氯化钛溶液，然后调节pH到8～10左右，将产生的白色沉淀分离出来，得到纳米TiO(OH)2；(3)将步骤(1)的镧基配位聚合物和步骤(2)的纳米TiO(OH)2混合均匀后，在800～1000℃下处理一段时间，得到钛酸镧...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟声亮，邹红红，宁海金，徐先进，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36