一種顆粒球狀鈦酸鑭的製備方法與流程

2023-05-21 00:31:41 1

本發明的技術方案涉及鑭的鈦酸鹽，具體地說是顆粒球狀鈦酸鑭的製備方法。

背景技術：

鈦酸鑭化學式為latio3，屬於abo3鈣鈦礦結構材料，其不僅可用於製作鐵電柵場效應電晶體、鐵電隨機存取存儲器等，在光催化和處理含有有毒有機物質的汙水方面也有應用。

目前對於鈦酸鑭的研究較多，但大多合成方法並不簡便。(b.madhavan,a.ashok,dielectricpropertiesofaandb-sitedopedlatio3-δperovskitessynthesisedbysol–gelmethod,jsol-gelscitechnol,2015,73,1-8)該文獻報導了一種溶膠-凝膠的合成方法，該技術耗時長，工序繁瑣。(i.a.mkhalid,visiblelightphotocatalyticsynthesisofanilinewithanau/latio3nanocomposites,journalofalloysandcompounds2015,631,298–302)該文獻報導了一種利用超聲製備鈦酸鑭的方法，該工藝操作複雜，需要保護氣體。雖然已有的這些方法均可得到鈦酸鑭，但是目前還沒有方法能夠得到顆粒球狀形貌的鈦酸鑭。

技術實現要素：

本發明的目的為針對當前鈦酸鑭合成過程存在的工藝複雜、條件苛刻和成本較高，或者鈦酸鑭合成過程需高溫煅燒的缺點，提供一種顆粒球狀鈦酸鑭的製備方法。該方法通過引入乙二醇來改變產物的生成環境，在醇-水體系中,採用混合溶劑熱法製備顆粒球狀鈦酸鑭。本發明方法工藝簡單，成本低廉，成分均一，形貌新穎。

本發明的技術方案是：

一種顆粒球狀鈦酸鑭製備方法，包括以下步驟：

(1)將鈦源溶解於醇溶液中，製得濃度為0.04541-0.05677摩爾鈦/升醇的鈦源-醇混合液，待用；

(2)將鑭源溶解於去離子水中，製得濃度為0.1150-0.2309摩爾鑭/升水的鑭源-水混合液，待用；

(3)在攪拌條件下，將步驟(2)中配製的10～20份鑭源-水混合液加入到40～50份步驟(1)中的鈦源-醇混合液中，攪拌後，再向溶液中加入氫氧化鈉，磁力攪拌20～30分鐘，得到第三混合液；其中，第三混合液中，氫氧化鈉加入量為0.8-1摩爾/升；

(4)然後將步驟(3)中所得的第三混合液移到反應釜中，密閉後升溫到180-220℃，反應3-48小時；

(5)將上步的反應釜靜置至室溫，移除上清液後，將沉澱加入到含100份0.2m的鹽酸溶液的反應器中，攪拌20～30分鐘後水洗，再經離心分離，60-100℃烘乾，得到白色粉末為顆粒球狀鈦酸鑭；

上述組分的份數均為體積份數，且各步驟中所用的體積單位相同。

所述步驟(1)中所述的鈦源為鈦酸丁酯，醇源為乙二醇。

所述步驟(2)中所述的鑭源為六水合硝酸鑭。

本發明的實質性特點為：

當前技術中，利用水熱法，需要在鹼性環境下加入同等量的鑭源鈦源，僅能得到的產物為化學式為la2ti2o7的鈦酸鑭，且其形貌為片狀；相比於latio3鈦酸鑭見於報導的其它常見合成方法，如固態反應法，需要前驅體在高溫下煅燒幾個十幾個小時才能形成，耗時長且耗能大；對溶膠-凝膠法，這種方法不能一步合成產物，工序繁瑣，形成凝膠的過程時間較長，且之後也需要煅燒凝膠的步驟；還有如超聲合成法，也需要多步反應才能得到樣品，且反應過程需要在氮氣等保護氣氛下進行，對反應環境依賴性太強。而本發明專利關鍵之處在於乙二醇的加入,通過引入乙二醇來改變產物的生成環境，在醇-水體系中,採用混合溶劑熱法製備顆粒球狀鈦酸鑭，從而達到了控制其成分及形貌的目的。

本發明的有益效果是：

1.本發明方法所得到的顆粒球狀鈦酸鑭是具有顆粒球狀的鈦酸鑭，具體形貌如圖2所示，所合成鈦酸鑭顆粒大小均勻，球狀明顯。如圖1所示，產物為純相鈦酸鑭，且衍射峰非常清晰、尖銳，說明鈦酸鑭結晶度很好。相對於以往純水的合成體系，本發明在水熱法中引入了乙二醇，改變了晶體形成和生長環境，並最終得到了此種獨特形貌的產物，本發明所用原料價廉易得，且克服以往鈦酸鑭合成過程中，工藝複雜、條件苛刻和成本較高等缺點；以克服已有鈦酸鑭合成過程需高溫煅燒的缺點。

2.本發明方法中，採用綠色、環保的醇-水製備體系，無需高溫煅燒，無需保護氣體，降低了生產成本，有利於無毒害規模化合成和環境保護。

3.本發明方法簡單，利於批量生產。本專利採用綠色，簡便的方法得到顆粒球狀的鈦酸鑭。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1為實施例1中顆粒球狀鈦酸鑭粉末xrd譜圖。

圖2為實施例1中顆粒球狀鈦酸鑭sem照片。

具體實施方式

實施例1

(1)將0.8ml鈦酸丁酯(約0.0023mol)溶解於40ml乙二醇溶液中，攪拌均勻，待用；

(2)將1g(約0.0023mol)六水合硝酸鑭溶解於20ml去離子水中，攪拌至完全溶解，待用；

(3)在攪拌條件下，將步驟(2)中配製的液體用50～60秒加入到步驟(1)中的反應器中，待溶液混合均勻後，再加入2.4g氫氧化鈉，磁力攪拌30分鐘；

(4)然後將步驟(3)中所得的混合物移到反應釜，密閉後升溫到220℃，反應24小時；

(5)室溫下原液靜置，移除上清液後，將餘下的沉澱部分加入到含100ml,0.2mol/l的鹽酸溶液的反應器中，攪拌30分鐘後水洗，再經離心分離，80℃烘乾，得到白色粉末為顆粒球狀鈦酸鑭約1.1g。

採用本發明所製備的顆粒球狀鈦酸鑭，進行x射線衍射譜圖分析如圖1所示，圖中的衍射峰表明產物為純相鈦酸鑭，不含其它雜相，同時這些衍射峰清晰、尖銳，說明該鈦酸鑭的結晶度很好。通過透射電鏡觀察(如圖2所示)，顆粒球狀鈦酸鑭分布均勻，且顆粒尺寸均一，在幾十到幾百納米左右。

實施例2

將實施例1中步驟(4)中的反應溫度定為180℃，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例3

將實施例1中步驟(4)中的反應溫度定為200℃，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例4

將實施例1中步驟(4)的反應時間調節為3h，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例5

將實施例1中步驟(4)的反應時間調節為12h，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例6

將實施例1中步驟(4)的反應時間調節為36h，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例7

將實施例1中步驟(4)的反應時間調節為48h，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例8

將實施例1中步驟(1)的乙二醇量定為45ml，步驟(2)的去離子水量定為15ml，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例9

將實施例1中步驟(1)的乙二醇量定為50ml，步驟(2)的去離子水量定為10ml，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例10

將實施例1中步驟(3)中的氫氧化鈉量定為1.92g，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例11

將實施例1中步驟(3)中的氫氧化鈉量定為2.88g，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例12

將實施例1中步驟(5)中的烘乾溫度定為60℃，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例13

將實施例1中步驟(2)中的烘乾溫度定為100℃，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

本發明未盡事宜為公知技術。