一種錳酸釔納米材料的製備方法與流程
2023-10-09 16:09:25 2
本發明屬於無機非金屬材料的製備技術領域，具體地說是涉及一種錳酸釔納米材料的製備方法。
背景技術：
錳酸釔(YMnO3)具有六方相的晶體結構,是稀土錳氧化物系列材料中較具有代表性的材料。這類材料由於其鐵電性，具有獨特的電、光、磁、特性的稀土錳氧化物，是目前凝聚態物理學領域中的熱點之一。其在鐵電性、鐵磁性、鐵電存儲器等方面有獨樹一幟的應用前景。近年來, 有關研究報導呈現快速增長趨勢，主要關於鐵電性能材料與器件的製備與表徵，同時錳酸釔也是一種半導體光催化材料，具有光催化活性，可以有效的催化降解各種有機物。
錳酸釔製備的主要方法包括固相反應法、溶膠–凝膠法、水熱法以及化學共沉澱法和微乳液法。固相反應法反應溫度高（1000 °C），反應不易進行完全，經常有雜質出現；化學共沉澱法在熱分析過程中易發生團聚；微乳液法製備工藝複雜，生產成本比較高；溶膠–凝膠法反應過程容不易控制，所得產物純度比較不高，而且合成過程比較複雜且耗時等缺點。
技術實現要素：
本發明旨在克服現有技術的不足之處而提供一種工藝簡單，目的產物收率高，製備成本低，產品純度高的錳酸釔納米材料的製備方法。
為達到上述目的，本發明是這樣實現的。
一種錳酸釔納米材料的製備方法，系將乙醯丙酮釔和乙醯丙酮錳在甲醇中充分溶解後，進行溶劑熱反應，過濾、洗滌後，再經過乾燥、煅燒冷卻後即得目的產物。
作為一種優選方案，本發明所述乙醯丙酮釔和乙醯丙酮錳的摩爾比為1:1；所述乙醯丙酮釔的摩爾濃度為0.01～0.2 mol/L。
進一步地，本發明所述溶劑熱反應溫度在110～220 °C，反應時間為6～48小時。
更進一步地，本發明所述乾燥時間為1～5小時，乾燥溫度為60～150°C，升溫速率為2～10 °C/分鐘。
更進一步地，本發明所述煅燒時間為2～8小時，煅燒溫度為500～800 °C，升溫速率為2～20 °C/分鐘。
本發明利用溶劑熱-煅燒兩步法，成功的在低溫條件下製備出了純度較高的錳酸釔納米材料。
與現有技術相比，本發明具有如下特點。
（1）錳酸釔納米材料的製備工藝路線簡單，製備成本低，操作容易控制，具有較高的生產效率，合成錳酸釔納米材料的尺寸為20~30 nm。目的產物收率高（99.0%～99.9%），可滿足工業應用領域對錳酸釔納米材料產品的要求。
（2）目的產物錳酸釔納米材料，其純度高（99.92％～99.98％），雜質含量低，分散性好（通過SEM圖可以看出）。
（3）本發明製備的目的產物錳酸釔納米材料用作光催化劑使用，60分鐘降解率可達到（97.0％～99.0％），具有較高的催化活性。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明。本發明的保護範圍不僅局限於下列內容的表述。
圖1為本發明所製備的錳酸釔納米材料的SEM形貌圖。
圖2為本發明所製備的錳酸釔納米材料的SEM形貌圖。
圖3為本發明所製備的錳酸釔納米材料的SEM形貌圖。
圖4為本發明所製備的錳酸釔納米材料的SEM形貌圖。
圖5為本發明所製備的錳酸釔納米材料的SEM形貌圖。
圖6為本發明所製備的錳酸釔納米材料的X射線衍射花樣圖。
具體實施方式
本發明將乙醯丙酮釔和乙醯丙酮錳在甲醇中充分溶解後，進行溶劑熱反應（溫度在110～220 °C，時間為6～48小時），過濾、洗滌、乾燥、煅燒冷卻後即得目的產物（乾燥時間為1～5小時，溫度為60～120 °C，升溫速率為2～10 °C/分鐘。煅燒時間為2～8小時，溫度為500～800°C，升溫速率為2～20 °C/分鐘）。
其製備步驟是。
（1）將乙醯丙酮釔和乙醯丙酮錳按照一定的摩爾比稱量後，放入甲醇中充分溶解。將得到的混和溶液在一定溫度下，進行溶劑熱反應，溶劑熱反應溫度在110～220 °C，溶劑熱反應時間為6～48小時。
（2）溶劑熱反應結束，自然冷卻至室溫後，將反應得到的產品過濾、洗滌後放入烘箱中，程序升溫速率為2～10 °C/分鐘,在60～120 °C條件下，乾燥1～5 小時。
（3）上述乾燥過後，將所得到的產品直接在馬弗爐中煅燒，馬弗爐中程序升溫的升溫速率範圍在2～20 °C/min。煅燒時間為2～8小時，煅燒溫度為500～800°C。自然冷卻後即製得錳酸釔納米材料。
（4）利用所製備的錳酸釔納米材料作為光催化劑（0.1g/L），降解10mg/L的甲基橙溶液。光催化實驗中所用光源為500W汞燈。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中攪拌30分鐘，達到吸附平衡後進行光照。用分光光度計測定甲基橙染料濃度變化。
參見圖1～5所示，為本發明所製備的錳酸釔納米材料進行的掃描電鏡（SEM）圖，所得產品錳酸釔納米材料，材料的分散性好，納米粒子的尺寸為20~30 nm。圖6為本發明所製備的錳酸釔納米材料的X射線衍射花樣圖，其PDF卡號為：25-1079。
實施例1。
將乙醯丙酮釔和乙醯丙酮錳按照摩爾比為1：1，準確稱量後放入甲醇（12C，99.95%）中充分攪拌溶解，乙醯丙酮釔的摩爾濃度為0.1 mol/L。將得到的混和溶液進行溶劑熱反應，溶劑熱反應溫度在200 °C，溶劑熱反應時間為12小時。溶劑熱反應結束後，自然冷卻至室溫，將反應得到的產品過濾洗滌後放入烘箱中，程序升溫速率5 °C/分鐘，在120 °C條件下乾燥5 小時。然後放在馬弗爐中煅燒，煅燒時間為8小時，煅燒溫度為500 °C，升溫速率為10 °C/分鐘。自然冷卻後即得到錳酸釔納米材料。納米粒子的尺寸為20 nm，其產品的收率為99.9%。產品純度為99.98%，雜質碳含量小於0.02%。在光催化評價催化活性的實驗中，60分鐘的降解率為99.0%。
實施例2。
將乙醯丙酮釔和乙醯丙酮錳按照摩爾比為1：1，準確稱量後放入甲醇（12C，99.95%）中攪拌溶解，乙醯丙酮釔的摩爾濃度為0.01 mol/L。將得到的混和溶液進行溶劑熱反應，溶劑熱反應溫度在110 °C，溶劑熱反應時間為48小時。溶劑熱反應結束後，自然冷卻至室溫，將反應得到的產品過濾洗滌後放入烘箱中，程序升溫速率5 °C/分鐘，在120 °C條件下乾燥2 小時。然後放在馬弗爐中煅燒，煅燒時間為2小時，煅燒溫度為800 °C，升溫速率為10 °C/分鐘。自然冷卻後即得到錳酸釔納米材料。納米粒子的尺寸為30 nm，其產品的收率為99.8%。產品純度為99.92%，雜質碳含量小於0.08%。在光催化評價催化活性的實驗中，60分鐘的降解率為98.0%。
實施例3。
將乙醯丙酮釔和乙醯丙酮錳按照摩爾比為1：1，準確稱量後放入甲醇（12C，99.95%）中攪拌溶解，乙醯丙酮釔的摩爾濃度為0.2 mol/L。將得到的混和溶液進行溶劑熱反應，溶劑熱反應溫度在220 °C，溶劑熱反應時間為6小時。溶劑熱反應結束後，自然冷卻至室溫，將反應得到的產品過濾洗滌後放入烘箱中，程序升溫速率5 °C/分鐘，在120 °C條件下乾燥5 小時。然後放在馬弗爐中煅燒，煅燒時間為4小時，煅燒溫度為600 °C，升溫速率為10 °C/分鐘。自然冷卻後即得到錳酸釔納米材料。納米粒子的尺寸為25 nm，其產品的收率為99.8%。產品純度為99.97%，雜質碳含量小於0.03%。在光催化評價催化活性的實驗中，60分鐘的降解率為97.0%。
實施例4。
將乙醯丙酮釔和乙醯丙酮錳按照摩爾比為1：1，準確稱量後放入甲醇（12C，99.95%）中攪拌溶解，乙醯丙酮釔的摩爾濃度為0.05 mol/L。將得到的混和溶液進行溶劑熱反應，溶劑熱反應溫度在180 °C，溶劑熱反應時間為12小時。溶劑熱反應結束後，自然冷卻至室溫，將反應得到的產品過濾洗滌後放入烘箱中，程序升溫速率5 °C/分鐘，在120 °C條件下乾燥5 小時。然後放在馬弗爐中煅燒，煅燒時間為8小時，煅燒溫度為600 °C，升溫速率為10 °C/分鐘。自然冷卻後即得到錳酸釔納米材料。納米粒子的尺寸為25 nm，其產品的收率為99.0%。產品純度為99.95%，雜質碳含量小於0.05%。在光催化評價催化活性的實驗中，60分鐘的降解率為99.0%。
實施例5。
將乙醯丙酮釔和乙醯丙酮錳按照摩爾比為1：1，準確稱量後放入甲醇（12C，99.95%）中攪拌溶解，乙醯丙酮釔的摩爾濃度為0.02 mol/L。將得到的混和溶液進行溶劑熱反應，溶劑熱反應溫度在200 °C，溶劑熱反應時間為24小時。溶劑熱反應結束後，自然冷卻至室溫，將反應得到的產品過濾洗滌後放入烘箱中，程序升溫速率5 °C/分鐘，在120 °C條件下乾燥5 小時。然後放在馬弗爐中煅燒，煅燒時間為4小時，煅燒溫度為600 °C，升溫速率為10 °C/分鐘。自然冷卻後即得到錳酸釔納米材料。納米粒子的尺寸為20 nm，其產品的收率為99.0%。產品純度為99.97%，雜質碳含量小於0.03%。在光催化評價催化活性的實驗中，60分鐘的降解率為97.0%。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。