一種鎢酸鉍枝杈晶的製備方法與流程
2023-05-01 05:09:07 1
本發明涉及無機非金屬材料製備技術領域，具體是一種鎢酸鉍枝杈晶的製備方法。
背景技術：
鎢酸鹽因具有優異的光學、電學、磁學等性質因而在催化材料、雷射施主材料、發光材料、磁材料、抗菌材料等方面有較大的應用前景。鎢酸鉍是鎢酸鹽中非常重要一種的功能材料，在可見光催化劑、分解水制氫、環境淨化和新能源開發等眾多領域都具有非常廣泛的用途。眾所周知，納米材料的性能取決於納米晶體的形貌和尺寸等因素，因而製備出具有特殊形貌的鎢酸鉍納米晶體，在理論基礎研究和實際應用方面都具有非常重要的意義。
納米器件的日趨微型化和複雜化已經對納米材料形貌的多元化提出了更高的要求，納米材料的性能很大程度上依賴於它們的形貌和尺寸，因此製備形貌可控、研發新形貌的納米粒子仍然是現今科學工作者的研究熱點與重點。枝杈晶由於具有非常大的比表面積而呈現出奇特的性能，同時枝杈晶有序的樹狀結構也為納米器件的製備和應用創造了非常有利條件。
本發明所製備出鎢酸鉍枝杈晶，因具有有序的樹狀結構，具有較大的比表面積，因而在可見光催化劑、分解水制氫、環境淨化和新能源開發等領域具有非常好的應用前景。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種形貌可控、工藝簡單、易於實現工業化的鎢酸鉍枝杈晶的製備方法，依據該方法所製備出鎢酸鉍枝杈晶，具有有序的樹狀結構和較大的比表面積，在可見光催化劑、分解水制氫、環境淨化和新能源開發等領域具有非常好的應用前景。
本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。
依據本發明提出的一種鎢酸鉍枝杈晶的製備方法，包括以下步驟：
1)將碳酸鉀溶於去離子水，形成碳酸鉀水溶液，調節溶液中的碳酸鉀的濃度為0.15～1.2mol/L；
2)將硝酸鉍溶於去離子水，形成硝酸鉍水溶液，調節溶液中硝酸鉍的濃度為0.1～0.8mol/L；
3)將步驟1)製得的碳酸鉀水溶液和步驟2)製得的硝酸鉍水溶液相混合，得到碳酸鉍沉澱和硝酸鉀溶液；
4)將鎢酸鈉溶於去離子水，形成鎢酸鈉水溶液；
5)將十二烷基苯磺酸鈉溶於去離子水，形成十二烷基苯磺酸鈉水溶液；
6)將步驟4)製得的鎢酸鈉水溶液和步驟5)製得的十二烷基苯磺酸鈉水溶液相混合，得到鎢酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉的混合溶液，攪拌40-60分鐘；
7)將步驟3)製得的碳酸鉍沉澱和硝酸鉀溶液與步驟6)製得的鎢酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉的混合溶液相混合，然後將裝有混合物的容器放入超聲波中進行超聲處理；
8)將步驟7)超聲處理後的混合物加入到反應釜內膽中，用蒸餾水調節反應釜內膽中的反應物料體積達到反應釜內膽容積的70％～90％；
9)將步驟8)裝有反應物料的反應釜內膽置於反應釜中，密封，之後進行水熱處理，然後讓反應釜自然冷卻到室溫，卸釜後，用蒸餾水反覆洗滌反應產物，過濾、烘乾後，得到鎢酸鉍枝杈晶。
本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。
前述的一種鎢酸鉍枝杈晶的製備方法，其中，步驟(3)碳酸鉀水溶液和硝酸鉍水溶液混合時碳酸鉀和硝酸鉍的摩爾比為1.5:1。
前述的一種鎢酸鉍枝杈晶的製備方法，其中，步驟(4)鎢酸鈉水溶液中鎢酸鈉的濃度為0.05～0.4mol/L。
前述的一種鎢酸鉍枝杈晶的製備方法，其中，步驟(5)十二烷基苯磺酸鈉水溶液中十二烷基苯磺酸鈉的質量濃度為3％。
前述的一種鎢酸鉍枝杈晶的製備方法，其中，步驟(6)混合時鎢酸鈉溶液和十二烷基苯磺酸鈉溶液的體積比為1:1。
前述的一種鎢酸鉍枝杈晶的製備方法，其中，步驟(7)碳酸鉍沉澱和硝酸鉀溶液與鎢酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉的混合溶液相混合時，鎢酸鈉和碳酸鉍的摩爾比為1:2。
前述的一種鎢酸鉍枝杈晶的製備方法，其中，步驟(7)超聲處理時超聲功率為500-1500W，超聲時間為40-80分鐘。
前述的一種鎢酸鉍枝杈晶的製備方法，其中，步驟(9)水熱處理的方法為：在150～200℃下保溫12～24小時。
前述的一種鎢酸鉍枝杈晶的製備方法，其中，所述的鎢酸鈉、碳酸鉀、硝酸鉍、十二烷基苯磺酸鈉和無水乙醇的純度均不低於化學純。
本發明的技術關鍵點在於：必須先將碳酸鉀水溶液和硝酸鉍水溶液相混合，製得碳酸鉍沉澱作為反應先驅體，必須要將鎢酸鈉水溶液和十二烷基苯磺酸鈉水溶液相混合，製備出鎢酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉混合溶液，然後將鎢酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉的混合溶液與碳酸鉍沉澱和硝酸鉀溶液先驅體相混合，否則得不到鎢酸鉍枝杈晶。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果，藉由上述技術方案，本發明一種鎢酸鉍枝杈晶的製備方法可達到相當的技術進步性及實用性，並具有產業上的廣泛利用價值，其至少具有下列優點：
(1)本發明提供的鎢酸鉍枝杈晶的製備方法，具有形貌可控、操作簡單、成本低廉等優點，易於工業化生產。
(2)本發明的方法製備出了結晶度高、純度高的鎢酸鉍枝杈晶，其結晶度大於99％，純度大於99％，長度約為1-3um，直徑約10-50nm，比表面積為88.5m2/g，該鎢酸鉍枝杈晶具有有序的三維樹狀結構，較大的比表面積，不僅為納米器件的製作和應用提供了嶄新的思路，而且在可見光催化劑、分解水制氫、環境淨化和新能源開發等領域具有非常好的應用前景。
綜上所述，本發明一種鎢酸鉍枝杈晶的製備方法在技術上有顯著的進步，並具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
附圖說明
圖1是本發明合成的鎢酸鉍枝杈晶的XRD圖譜；
圖2是本發明合成的鎢酸鉍枝杈晶的透射電鏡(TEM)照片。
具體實施方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例進一步說明本發明。
實施例1
1)將碳酸鉀溶於去離子水，形成碳酸鉀水溶液，調節溶液中的碳酸鉀的濃度為0.3mol/L；
2)將硝酸鉍溶於去離子水，形成硝酸鉍水溶液，調節溶液中硝酸鉍的濃度為0.2mol/L；
3)將步驟1)製得的碳酸鉀水溶液和步驟2)製得的硝酸鉍水溶液相混合，得到碳酸鉍沉澱和硝酸鉀溶液，其中碳酸鉀和硝酸鉍的摩爾比為1.5:1；
4)將鎢酸鈉溶於去離子水，形成鎢酸鈉水溶液，調節溶液中鎢酸鈉的濃度為0.1mol/L；
5)將十二烷基苯磺酸鈉溶於去離子水，形成十二烷基苯磺酸鈉水溶液，調節溶液中十二烷基苯磺酸鈉的濃度為3％；
6)將步驟4)製得的鎢酸鈉水溶液和步驟5)製得的十二烷基苯磺酸鈉水溶液相混合，得到鎢酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉混合溶液，攪拌40分鐘，其中鎢酸鈉溶液和十二烷基苯磺酸鈉溶液的體積比為1:1；
7)將步驟3)製得的碳酸鉍沉澱和硝酸鉀溶液與步驟6)製得的鎢酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉溶液相混合(其中鎢酸鈉和碳酸鉍的摩爾比為1:2)，然後將裝有混合物的容器放入超聲波中進行超聲處理，超聲功率為500W，超聲時間為80分鐘。
8)將步驟7)進行超聲處理後的混合物加入到反應釜內膽中，用蒸餾水調節反應釜內膽中的反應物料體積達到反應釜內膽容積的70％；
9)將步驟8)裝有反應物料的反應釜內膽置於反應釜中，密封，在150℃下保溫24小時進行水熱處理，然後讓反應釜自然冷卻到室溫，卸釜後，用蒸餾水反覆洗滌反應產物，過濾、烘乾後，得到鎢酸鉍枝杈晶。鎢酸鉍枝杈晶的直徑約為10-30nm，長度約為1-2um，其XRD圖譜見圖1；透射電鏡圖見圖2。
實施例2
1)將碳酸鉀溶於去離子水，形成碳酸鉀水溶液，調節溶液中的碳酸鉀的濃度為0.6mol/L；
2)將硝酸鉍溶於去離子水，形成硝酸鉍水溶液，調節溶液中硝酸鉍的濃度為0.4mol/L；
3)將步驟1)製得的碳酸鉀水溶液和步驟2)製得的硝酸鉍水溶液相混合，得到碳酸鉍沉澱和硝酸鉀溶液，其中碳酸鉀和硝酸鉍的摩爾比為1.5:1；
4)將鎢酸鈉溶於去離子水，形成鎢酸鈉水溶液，調節溶液中鎢酸鈉的濃度為0.2mol/L；
5)將十二烷基苯磺酸鈉溶於去離子水，形成十二烷基苯磺酸鈉水溶液，調節溶液中十二烷基苯磺酸鈉的濃度為3％；
6)將步驟4)製得的鎢酸鈉水溶液和步驟5)製得的十二烷基苯磺酸鈉水溶液相混合，得到鎢酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉混合溶液，攪拌50分鐘，其中鎢酸鈉溶液和十二烷基苯磺酸鈉溶液的體積比為1:1；
7)將步驟3)製得的碳酸鉍沉澱和硝酸鉀溶液與步驟6)製得的鎢酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉溶液相混合(其中鎢酸鈉和碳酸鉍的摩爾比為1:2)，然後將裝有混合物的容器放入超聲波中進行超聲處理，超聲功率為1000W，超聲時間為60分鐘。
8)將步驟7)進行超聲處理後的混合物加入到反應釜內膽中，用蒸餾水調節反應釜內膽中的反應物料體積達到反應釜內膽容積的80％；
9)將步驟8)裝有反應物料的反應釜內膽置於反應釜中，密封，在180℃下保溫20小時進行水熱處理，然後讓反應釜自然冷卻到室溫，卸釜後，用蒸餾水反覆洗滌反應產物，過濾、烘乾後，得到鎢酸鉍枝杈晶。
實施例3
1)將碳酸鉀溶於去離子水，形成碳酸鉀水溶液，調節溶液中的碳酸鉀的濃度為0.9mol/L；
2)將硝酸鉍溶於去離子水，形成硝酸鉍水溶液，調節溶液中硝酸鉍的濃度為0.6mol/L；
3)將步驟1)製得的碳酸鉀水溶液和步驟2)製得的硝酸鉍水溶液相混合，得到碳酸鉍沉澱和硝酸鉀溶液，其中碳酸鉀和硝酸鉍的摩爾比為1.5:1；
4)將鎢酸鈉溶於去離子水，形成鎢酸鈉水溶液，調節溶液中鎢酸鈉的濃度為0.3mol/L；
5)將十二烷基苯磺酸鈉溶於去離子水，形成十二烷基苯磺酸鈉水溶液，調節溶液中十二烷基苯磺酸鈉的濃度為3％；
6)將步驟4)製得的鎢酸鈉水溶液和步驟5)製得的十二烷基苯磺酸鈉水溶液相混合，得到鎢酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉混合溶液，攪拌60分鐘，其中鎢酸鈉溶液和十二烷基苯磺酸鈉溶液的體積比為1:1；
7)將步驟3)製得的碳酸鉍沉澱和硝酸鉀溶液與步驟6)製得的鎢酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉溶液相混合(其中鎢酸鈉和碳酸鉍的摩爾比為1:2)，然後將裝有混合物的容器放入超聲波中進行超聲處理，超聲功率為1500W，超聲時間為40分鐘。
8)將步驟7)進行超聲處理後的混合物加入到反應釜內膽中，用蒸餾水調節反應釜內膽中的反應物料體積達到反應釜內膽容積的90％；
9)將步驟8)裝有反應物料的反應釜內膽置於反應釜中，密封，在200℃下保溫12小時進行水熱處理，然後讓反應釜自然冷卻到室溫，卸釜後，用蒸餾水反覆洗滌反應產物，過濾、烘乾後，得到鎢酸鉍枝杈晶。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。