一種凹凸棒土負載稀土鋱摻雜鎵酸鋅的製備方法與流程
2023-04-30 17:16:01
本發明涉及一種凹凸棒土負載稀土鋱摻雜鎵酸鋅的製備方法，屬於發光材料領域。
背景技術：
凹凸棒土是一種層鏈狀結構的含水富鎂鋁矽酸鹽黏土礦物，其晶體呈針狀、纖維狀集合體，單根纖維晶的直徑在20nm左右，長度可達幾個µm，是一種天然的一維納米材料。在塗料行業中，可以使用凹凸棒土來彌補某些增稠劑和分散劑的不足，已取得較好的效果。凹凸棒土可用作塗料的增稠劑、阻流劑和均化劑，尤其適用於外牆塗料、屋面塗料、結構塗料和膠凝塗料。
鎵酸鹽系發光材料由於其具有化學穩定性好、發光性能好，被認為是非常具有潛質的發光材料。其中鎵酸鋅具有ab2o4型的尖晶石結構，其能隙為4.4ev，是一種自激發藍色發光材料；同時也是一種很好的發光材料的基質，通過摻雜不同的激活離子可得到各種顏色的發光粉，可應用於螢光塗料。然而目前市場上還未見到稀土鋱摻雜鎵酸鋅負載在凹凸棒土上應用於螢光塗料中的實例，這樣既可以發揮凹凸棒土優良的增稠性、觸變性和吸附性等性能，又可以發揮稀土鋱摻雜鎵酸鋅在紫外線激發下發光的性能。因此，本發明開發了一種凹凸棒土負載稀土鋱摻雜鎵酸鋅。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種凹凸棒土負載稀土鋱摻雜鎵酸鋅的製備方法，本發明製得的凹凸棒土負載稀土鋱摻雜鎵酸鋅將稀土tb3+發出綠光和鎵酸鋅發生藍光組合在一起，在紫外線激發下能夠發出青綠色螢光。
為實現上述目的，本發明採用如下的技術方案：
一種凹凸棒土負載稀土鋱摻雜鎵酸鋅的製備方法，包括以下步驟：
（1）按照摩爾比zn/gd/tb=1:0.7:0.7稱取二水乙酸鋅、三氧化二鎵和三氧化二鋱；然後將三氧化二鎵和三氧化二鋱混合均勻，再加入相當於混合物25-30倍質量的稀鹽酸溶液，水浴加熱至50-60℃，充分攪拌至三氧化二鎵、三氧化二鋱全部溶解，得溶液a；將二水乙酸鋅溶於相當於二水乙酸鋅15-20倍質量的水中，充分攪拌均勻，得溶液b；
（2）將溶液a和溶液b混合，水浴加熱至70-80℃，恆溫攪拌15-20min，然後加入乙二胺四乙酸，再用質量分數為15%的氫氧化鈉溶液調節溶液ph=2-3，攪拌10-15min，形成溶膠，然後加入相當於溶膠質量分數50-60%的純增白處理後的凹凸棒土，靜置陳化24-48h後在100-120℃下乾燥8-12h，最後以3-6℃/min的速率升溫至570-610℃，保溫2-4h，再以2-5℃/min的速率升溫至780-820℃，保溫1-3h，冷卻至室溫，即得所需的凹凸棒土負載稀土鋱摻雜鎵酸鋅。
步驟（1）中所述的稀鹽酸質量分數為25-30%。
步驟（2）中所述的乙二胺四乙酸與金屬的摩爾比為1.5-2:1。
步驟（2）中所述的凹凸棒土的提純增白處理包括以下步驟：
（1）將凹凸棒土粉碎，過80-120目篩後，在680-740℃下焙燒1-2h，冷卻至室溫；然後按照固液比1:10-15將焙燒後的凹凸棒土加入到摩爾濃度為1mol/l的鹽酸溶液中，再進行高壓脈衝電場處理，電場強度為20-30kv/cm，脈衝電場頻率為200-300hz，處理時間為8-12s，處理完畢後水浴加熱至65-75℃，在1000-1500r/min轉速下攪拌30-40min，過濾，濾渣用蒸餾水洗滌至中性，烘乾，粉碎，研細，過100-150目篩；
（2）按照固液比1:20-30將步驟（1）製得的凹凸棒土加入到水中，在2000-3000r/min的轉速下以及70-80℃水浴溫度下攪拌製漿，得到凹凸棒土懸浮液，然後向凹凸棒土懸浮液中加入相當於凹凸棒土質量8-12%的六偏磷酸鈉和5-10%的丙烯醯胺-丙烯酸鈉共聚物，在800-1200r/min的轉速下攪拌40-50min，再在5000-6000r/min的轉速下離心分離20-30min，靜置1-2h，用虹吸法吸去上層清液，再加水到同樣位置，重複以上沉降、靜置、吸去上層清液操作3-4次，將固體產物在70-80℃下乾燥6-8h；
（3）按照固液比1:20-25將步驟（2）製得的凹凸棒土加入到摩爾濃度為1mol/l的草酸溶液中，再加入相當於凹凸棒土質量3-5%的三氯化鈦，微波加熱至70-80℃，微波功率為600-800w，在1500-2500r/min的轉速下攪拌10-15min，過濾，濾渣用蒸餾水洗滌乾淨，然後在100-110℃下乾燥3-5h，再在560-620℃下焙燒2-3h，冷卻至室溫，研細，過150-200目篩，即得所需的凹凸棒土。
本發明的有益效果：
本發明以二水乙酸鋅、三氧化二鎵和三氧化二鋱為原料，乙二胺四乙酸為絡合劑，凹凸棒土為載體，採用溶膠-凝膠法製得凹凸棒土負載稀土鋱摻雜鎵酸鋅，將稀土tb3+發出綠光和鎵酸鋅發生藍光組合在一起，在紫外線激發下能夠發出青綠色螢光，且不影響發光強度和螢光壽命。
具體實施方式
實施例1
一種凹凸棒土負載稀土鋱摻雜鎵酸鋅的製備方法，包括以下步驟：
（1）按照摩爾比zn/gd/tb=1:0.7:0.7稱取二水乙酸鋅、三氧化二鎵和三氧化二鋱；然後將三氧化二鎵和三氧化二鋱混合均勻，再加入相當於混合物25倍質量的稀鹽酸溶液，水浴加熱至50℃，充分攪拌至三氧化二鎵、三氧化二鋱全部溶解，得溶液a；將二水乙酸鋅溶於相當於二水乙酸鋅15-20倍質量的水中，充分攪拌均勻，得溶液b；
（2）將溶液a和溶液b混合，水浴加熱至70℃，恆溫攪拌20min，然後加入乙二胺四乙酸，再用質量分數為15%的氫氧化鈉溶液調節溶液ph=2，攪拌10min，形成溶膠，然後加入相當於溶膠質量分數50%的純增白處理後的凹凸棒土，靜置陳化24h後在100℃下乾燥12h，最後以3℃/min的速率升溫至570-℃，保溫4h，再以2℃/min的速率升溫至780℃，保溫1-3h，冷卻至室溫，即得所需的凹凸棒土負載稀土鋱摻雜鎵酸鋅。
步驟（1）中所述的稀鹽酸質量分數為25%。
步驟（2）中所述的乙二胺四乙酸與金屬的摩爾比為1.5:1。
步驟（2）中所述的凹凸棒土的提純增白處理包括以下步驟：
（1）將凹凸棒土粉碎，過80目篩後，在680℃下焙燒2h，冷卻至室溫；然後按照固液比1:10將焙燒後的凹凸棒土加入到摩爾濃度為1mol/l的鹽酸溶液中，再進行高壓脈衝電場處理，電場強度為20kv/cm，脈衝電場頻率為200hz，處理時間為12s，處理完畢後水浴加熱至65℃，在1000r/min轉速下攪拌40min，過濾，濾渣用蒸餾水洗滌至中性，烘乾，粉碎，研細，過100目篩；
（2）按照固液比1:20將步驟（1）製得的凹凸棒土加入到水中，在2000r/min的轉速下以及70℃水浴溫度下攪拌製漿，得到凹凸棒土懸浮液，然後向凹凸棒土懸浮液中加入相當於凹凸棒土質量8%的六偏磷酸鈉和5%的丙烯醯胺-丙烯酸鈉共聚物，在800r/min的轉速下攪拌50min，再在5000r/min的轉速下離心分離30min，靜置1h，用虹吸法吸去上層清液，再加水到同樣位置，重複以上沉降、靜置、吸去上層清液操作3次，將固體產物在70℃下乾燥8h；
（3）按照固液比1:20將步驟（2）製得的凹凸棒土加入到摩爾濃度為1mol/l的草酸溶液中，再加入相當於凹凸棒土質量3%的三氯化鈦，微波加熱至70℃，微波功率為600w，在1500r/min的轉速下攪拌15min，過濾，濾渣用蒸餾水洗滌乾淨，然後在100℃下乾燥5h，再在560℃下焙燒3h，冷卻至室溫，研細，過150目篩，即得所需的凹凸棒土。
實施例2
一種凹凸棒土負載稀土鋱摻雜鎵酸鋅的製備方法，包括以下步驟：
（1）按照摩爾比zn/gd/tb=1:0.7:0.7稱取二水乙酸鋅、三氧化二鎵和三氧化二鋱；然後將三氧化二鎵和三氧化二鋱混合均勻，再加入相當於混合物28倍質量的稀鹽酸溶液，水浴加熱至55℃，充分攪拌至三氧化二鎵、三氧化二鋱全部溶解，得溶液a；將二水乙酸鋅溶於相當於二水乙酸鋅18倍質量的水中，充分攪拌均勻，得溶液b；
（2）將溶液a和溶液b混合，水浴加熱至75℃，恆溫攪拌18min，然後加入乙二胺四乙酸，再用質量分數為15%的氫氧化鈉溶液調節溶液ph=2.5，攪拌12min，形成溶膠，然後加入相當於溶膠質量分數55%的純增白處理後的凹凸棒土，靜置陳化36h後在110℃下乾燥10h，最後以4℃/min的速率升溫至590℃，保溫3h，再以3℃/min的速率升溫至800℃，保溫2h，冷卻至室溫，即得所需的凹凸棒土負載稀土鋱摻雜鎵酸鋅。
步驟（1）中所述的稀鹽酸質量分數為28%。
步驟（2）中所述的乙二胺四乙酸與金屬的摩爾比為1.8:1。
步驟（2）中所述的凹凸棒土的提純增白處理包括以下步驟：
（1）將凹凸棒土粉碎，過100目篩後，在710℃下焙燒1.5h，冷卻至室溫；然後按照固液比1:12將焙燒後的凹凸棒土加入到摩爾濃度為1mol/l的鹽酸溶液中，再進行高壓脈衝電場處理，電場強度為25kv/cm，脈衝電場頻率為250hz，處理時間為10s，處理完畢後水浴加熱至70℃，在1200r/min轉速下攪拌35min，過濾，濾渣用蒸餾水洗滌至中性，烘乾，粉碎，研細，過120目篩；
（2）按照固液比1:25將步驟（1）製得的凹凸棒土加入到水中，在2500r/min的轉速下以及75℃水浴溫度下攪拌製漿，得到凹凸棒土懸浮液，然後向凹凸棒土懸浮液中加入相當於凹凸棒土質量10%的六偏磷酸鈉和8%的丙烯醯胺-丙烯酸鈉共聚物，在1000r/min的轉速下攪拌45min，再在5500r/min的轉速下離心分離25min，靜置1.5h，用虹吸法吸去上層清液，再加水到同樣位置，重複以上沉降、靜置、吸去上層清液操作3次，將固體產物在75℃下乾燥7h；
（3）按照固液比1:22將步驟（2）製得的凹凸棒土加入到摩爾濃度為1mol/l的草酸溶液中，再加入相當於凹凸棒土質量4%的三氯化鈦，微波加熱至75℃，微波功率為700w，在2000r/min的轉速下攪拌12min，過濾，濾渣用蒸餾水洗滌乾淨，然後在105℃下乾燥4h，再在590℃下焙燒2.5h，冷卻至室溫，研細，過180目篩，即得所需的凹凸棒土。
實施例3
一種凹凸棒土負載稀土鋱摻雜鎵酸鋅的製備方法，包括以下步驟：
（1）按照摩爾比zn/gd/tb=1:0.7:0.7稱取二水乙酸鋅、三氧化二鎵和三氧化二鋱；然後將三氧化二鎵和三氧化二鋱混合均勻，再加入相當於混合物30倍質量的稀鹽酸溶液，水浴加熱至60℃，充分攪拌至三氧化二鎵、三氧化二鋱全部溶解，得溶液a；將二水乙酸鋅溶於相當於二水乙酸鋅20倍質量的水中，充分攪拌均勻，得溶液b；
（2）將溶液a和溶液b混合，水浴加熱至80℃，恆溫攪拌15min，然後加入乙二胺四乙酸，再用質量分數為15%的氫氧化鈉溶液調節溶液ph=3，攪拌15min，形成溶膠，然後加入相當於溶膠質量分數60%的純增白處理後的凹凸棒土，靜置陳化48h後在120℃下乾燥8h，最後以6℃/min的速率升溫至610℃，保溫2h，再以5℃/min的速率升溫至820℃，保溫1-3h，冷卻至室溫，即得所需的凹凸棒土負載稀土鋱摻雜鎵酸鋅。
步驟（1）中所述的稀鹽酸質量分數為30%。
步驟（2）中所述的乙二胺四乙酸與金屬的摩爾比為2:1。
步驟（2）中所述的凹凸棒土的提純增白處理包括以下步驟：
（1）將凹凸棒土粉碎，過120目篩後，在740℃下焙燒1h，冷卻至室溫；然後按照固液比1:15將焙燒後的凹凸棒土加入到摩爾濃度為1mol/l的鹽酸溶液中，再進行高壓脈衝電場處理，電場強度為30kv/cm，脈衝電場頻率為300hz，處理時間為8s，處理完畢後水浴加熱至75℃，在1500r/min轉速下攪拌30min，過濾，濾渣用蒸餾水洗滌至中性，烘乾，粉碎，研細，過150目篩；
（2）按照固液比1:30將步驟（1）製得的凹凸棒土加入到水中，在3000r/min的轉速下以及80℃水浴溫度下攪拌製漿，得到凹凸棒土懸浮液，然後向凹凸棒土懸浮液中加入相當於凹凸棒土質量12%的六偏磷酸鈉和10%的丙烯醯胺-丙烯酸鈉共聚物，在1200r/min的轉速下攪拌40min，再在6000r/min的轉速下離心分離20min，靜置2h，用虹吸法吸去上層清液，再加水到同樣位置，重複以上沉降、靜置、吸去上層清液操作4次，將固體產物在80℃下乾燥6h；
（3）按照固液比1:25將步驟（2）製得的凹凸棒土加入到摩爾濃度為1mol/l的草酸溶液中，再加入相當於凹凸棒土質量5%的三氯化鈦，微波加熱至80℃，微波功率為800w，在2500r/min的轉速下攪拌10min，過濾，濾渣用蒸餾水洗滌乾淨，然後在110℃下乾燥3h，再在620℃下焙燒2h，冷卻至室溫，研細，過200目篩，即得所需的凹凸棒土。