均勻分散的塊狀形貌碳酸鈰晶體及其製備方法與流程
2023-05-12 22:24:16 2
本發明涉及粉體材料技術領域，具體涉及一種均勻分散的塊狀形貌碳酸鈰晶體及其製備方法。
背景技術：
包頭稀土資源豐富，而且包頭稀土資源的特點是以輕稀土佔主導地位，其中鈰含量佔50％，因此開發鈰資源優勢尤為重要。氧化鈰具有n型半導體的性質，有獨特的4f電子結構，表現出優異的儲放氧能力和電荷交換能力，廣泛應用於三效催化劑、燃料電池、光催化、廢水廢氣處理、玻璃拋光劑和電子陶瓷等領域。
近年來，國內對特殊形貌氧化鈰的需求日益旺盛，氧化鈰的應用都要求其粒子具有特殊的物性，如粒子的形貌、尺寸、結構、分散性、表面性能等，這些物化性能決定其應用領域，因此，探尋更加簡易可控的製備方法就非常必要。將生物礦化方法引入製備特殊形貌的氧化鈰，有望實現氧化鈰的形貌、粒度分布和結構的有效控制。由於低溫焙燒時二氧化鈰的形貌具有遺傳性，所以通過合成特殊形貌的碳酸鈰就可以控制氧化鈰的形貌。模板劑作為合成材料控制劑，直接參與了材料的自組裝過程。目前，利用不同的模板劑製備出了球狀、棒狀和花狀等不同形貌的氧化鈰，至於塊狀碳酸鈰晶體，還未見報導。
技術實現要素：
針對現有技術中的缺陷，本發明目的在於提供一種均勻分散的塊狀形貌碳酸鈰晶體及其製備方法，以通過利用乙二胺四乙酸二鈉的絡合作用和空間結構，通過晶格匹配和立體化學結構互補控制碳酸鈰形核過程和晶體生長，得到顆粒尺寸均勻、形貌規則的塊狀狀碳酸鈰晶體；整個反應過程在室溫下進行，反應條件溫和，方法簡單，易於控制。
為實現上述目的，本發明提供的技術方案為：
第一方面，本發明提供了一種塊狀碳酸鈰晶體的製備方法，包括如下步驟：s1：在鈰鹽溶液中加入模板劑，混合均勻，調節ph值至3～5，得到混合液；s2：在混合液中加入沉澱劑的水溶液，攪拌後進行陳化；s3：將陳化得到的產物依次進行過濾、洗滌和烘乾，得到塊狀碳酸鈰晶體。需要說明的是，s1和s2中，加入的過程均可以伴隨不斷的攪拌。
在本發明的進一步實施方式中，s1的混合液中，ce3+的摩爾濃度為0.05～0.58mol/l，模板劑的濃度為3～12g/l。
在本發明的進一步實施方式中，s2中，沉澱劑和鈰鹽的質量比為1:(0.5～2)，沉澱劑的水溶液中沉澱劑的摩爾濃度為0.04～0.58mol/l。
在本發明的進一步實施方式中，s2中，加入為緩慢加入，加入過程的時間為0.5～4h；攪拌的時間為0.5h。
在本發明的進一步實施方式中，s2中，陳化的時間為0.5～48h。
在本發明的進一步實施方式中，s1中，鈰鹽為可溶於水的鈰鹽，可溶於水的鈰鹽包括硝酸鈰、氯化鈰、醋酸鈰和硫酸鈰中的一種或多種。
在本發明的進一步實施方式中，s2中，沉澱劑為可溶性碳酸鹽，可溶性碳酸鹽包括碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸鈉和碳酸氫鈉中的一種或多種。
在本發明的進一步實施方式中，s1中，模板劑為乙二胺四乙酸二鈉。
在本發明的進一步實施方式中，s3具體包括：將陳化得到的產物過濾，收集濾餅；將濾餅採用去離子水水洗3次，然後醇洗2次；將醇洗後的濾餅在60℃烘乾2h，得到塊狀碳酸鈰晶體。
第二方面，本發明提供了採用塊狀碳酸鈰晶體的製備方法製備得到的塊狀碳酸鈰晶體。本發明是在模擬生物礦化的液相沉澱體系中，利用乙二胺四乙酸二鈉(edta-2na)為軟模板劑，可溶性鈰鹽為原料，加入含碳酸根的沉澱劑，經過陳化、過濾、烘乾，製備出了均勻分散的方塊狀形貌的碳酸鈰晶體，該晶體長為2～3μm，寬為2～3μm，高為0.2～1μm。
本發明提供的技術方案，具有如下的有益效果：(1)本發明首次利用乙二胺四乙酸二鈉作為模板劑，利用其與鈰離子的絡合能力，吸附在碳酸鈰晶體表面，通過晶格匹配和立體化學結構互補具有空間定位和空間約束的作用(利用coo-與ce3+絡合作用形成碳酸鈰的形核位點，通過加入含碳酸根的沉澱劑控制碳酸鈰晶化單元自組裝過程，nh2基吸附在碳酸鈰晶體表面)，控制成核過程和晶體生長等，使得碳酸鈰晶體的大小、形貌、結構都得到控制和調節；(2)本發明模擬生物礦化環境的液相沉澱體系製備塊狀碳酸鈰晶體，整個反應過程在室溫下進行，反應條件溫和，方法簡單，易於控制。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
圖1為本發明實施例一中製備得到的塊狀碳酸鈰晶體的sem圖；
圖2為本發明實施例二中製備得到的塊狀碳酸鈰晶體的sem圖；
圖3為本發明實施例三中製備得到的塊狀碳酸鈰晶體的sem圖；
圖4為本發明實施例四中製備得到的塊狀碳酸鈰晶體的sem圖；
圖5為本發明對比例中製備得到的無規則片狀碳酸鈰晶體的sem圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，因此只是作為示例，而不能以此來限制本發明的保護範圍。
下述實施例中的實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法。下述實施例中所用的試驗材料，如無特殊說明，均為自常規試劑商店購買得到的。以下實施例中的定量試驗，均設置三次重複實驗，數據為三次重複實驗的平均值或平均值±標準差。本發明採用的(nh4)2co3、nh4hco3購自於天津試劑三廠，乙二胺四乙酸二鈉購自於天津市風傳化學試劑科技有限公司，乙醇為分析純產品。
下面結合具體實施例對本發明提供的塊狀碳酸鈰晶體及其製備方法作進一步說明。
實施例一
本實施例提供一種塊狀碳酸鈰晶體的製備方法，包括如下步驟：
s1：配製濃度為1.90mol/l的硝酸鈰溶液，取該溶液15ml於3000ml燒杯中，加水至580ml；稱取模板劑乙二胺四乙酸二鈉2.16g，加入鈰鹽溶液攪拌至均勻，調ph值為3.5，得到混合液，且混合液中，ce3+的摩爾濃度為0.05mol/l，乙二胺四乙酸二鈉的濃度為3.72g/l；
s2：稱取沉澱劑碳酸銨7.5g，加水580ml溶解，攪拌混合均勻，用蠕動泵在混合液入沉澱劑碳酸銨的水溶液，加料時間為3h，加料完成後繼續攪拌0.5h，陳化4h；
s3：將陳化得到的產物過濾，收集濾餅；將濾餅採用去離子水水洗3次，然後醇洗2次；將醇洗後的濾餅在60℃烘乾2h，得到塊狀碳酸鈰晶體。
結果：得到的碳酸鈰晶體為塊狀碳酸鈰晶體，具體如圖1所示。
實施例二
本實施例提供一種塊狀碳酸鈰晶體的製備方法，包括如下步驟：
s1：配製濃度為0.90mol/l的醋酸鈰溶液，取該溶液32ml於3000ml燒杯中，加水至580ml；稱取模板劑乙二胺四乙酸二鈉2.16g，加入鈰鹽溶液攪拌至均勻，調ph值為4，得到混合液，且混合液中，ce3+的摩爾濃度為0.05mol/l，乙二胺四乙酸二鈉的濃度為3.72g/l；
s2：稱取沉澱劑碳酸銨7.5g，加水1900ml溶解，攪拌混合均勻，用蠕動泵在混合液入沉澱劑碳酸銨的水溶液，加料時間為3h，加料完成後繼續攪拌0.5h，陳化4h；
s3：將陳化得到的產物過濾，收集濾餅；將濾餅採用去離子水水洗3次，然後醇洗2次；將醇洗後的濾餅在60℃烘乾2h，得到塊狀碳酸鈰晶體。
結果：得到的碳酸鈰晶體為塊狀碳酸鈰晶體，具體如圖2所示。
實施例三
本實施例提供一種塊狀碳酸鈰晶體的製備方法，包括如下步驟：
s1：配製濃度為1.90mol/l的硝酸鈰溶液，取該溶液16ml於3000ml燒杯中，加水至580ml；稱取模板劑乙二胺四乙酸二鈉4.32g，加入鈰鹽溶液攪拌至均勻，調ph值為3.5，得到混合液，且混合液中，ce3+的摩爾濃度為0.05mol/l，乙二胺四乙酸二鈉的濃度為7.45g/l；
s2：稱取沉澱劑碳酸銨7.5g，加水1900ml溶解，攪拌混合均勻，用蠕動泵在混合液入沉澱劑碳酸銨的水溶液，加料時間為3h，加料完成後繼續攪拌0.5h，陳化4h；
s3：將陳化得到的產物過濾，收集濾餅；將濾餅採用去離子水水洗3次，然後醇洗2次；將醇洗後的濾餅在60℃烘乾2h，得到塊狀碳酸鈰晶體。
結果：得到的碳酸鈰晶體為塊狀碳酸鈰晶體，具體如圖3所示。
實施例四
本實施例提供一種塊狀碳酸鈰晶體的製備方法，包括如下步驟：
s1：配製濃度為1.90mol/l的硝酸鈰溶液，取該溶液16ml於3000ml燒杯中，加水至580ml；稱取模板劑乙二胺四乙酸二鈉6.49g，加入鈰鹽溶液攪拌至均勻，調ph值為3.5，得到混合液，且混合液中，ce3+的摩爾濃度為0.05mol/l，乙二胺四乙酸二鈉的濃度為11.2g/l；
s2：稱取沉澱劑碳酸銨7.5g，加水1900ml溶解，攪拌混合均勻，用蠕動泵在混合液入沉澱劑碳酸銨的水溶液，加料時間為3h，加料完成後繼續攪拌0.5h，陳化4h；
s3：將陳化得到的產物過濾，收集濾餅；將濾餅採用去離子水水洗3次，然後醇洗2次；將醇洗後的濾餅在60℃烘乾2h，得到塊狀碳酸鈰晶體。
結果：得到的碳酸鈰晶體為塊狀碳酸鈰晶體，具體如圖4所示。
對比例
本對比例提供一種碳酸鈰晶體的製備方法，包括如下步驟：
s1：配製濃度為1.90mol/l的硝酸鈰溶液，取該溶液16ml於3000ml燒杯中，加水至580ml，使ce3+的摩爾濃度為0.05mol/l；
s2：稱取沉澱劑碳酸銨7.5g，加水1900ml溶解，攪拌混合均勻，用蠕動泵在混合液入沉澱劑碳酸銨的水溶液，加料時間為3h，加料完成後繼續攪拌0.5h，陳化4h；
s3：將陳化得到的產物過濾，收集濾餅；將濾餅採用去離子水水洗3次，然後醇洗2次；將醇洗後的濾餅在60℃烘乾2h，得到無規則片狀碳酸鈰晶體。
結果：得到的碳酸鈰晶體為無規則片狀碳酸鈰晶體，具體如圖5所示。
需要說明的是，除了上述實施例一至實施例四列舉的情況，選用其他的製備方法參數也是可行的。
本發明提供的技術方案，具有如下的有益效果：(1)本發明首次利用乙二胺四乙酸二鈉作為模板劑，利用其與鈰離子的絡合能力，吸附在碳酸鈰晶體表面，通過晶格匹配和立體化學結構互補具有空間定位和空間約束的作用(利用coo-與ce3+絡合作用形成碳酸鈰的形核位點，通過加入含碳酸根的沉澱劑控制碳酸鈰晶化單元自組裝過程，nh2基吸附在碳酸鈰晶體表面)，控制成核過程和晶體生長等，使得碳酸鈰晶體的大小、形貌、結構都得到控制和調節；(2)本發明模擬生物礦化環境的液相沉澱體系製備塊狀碳酸鈰晶體，整個反應過程在室溫下進行，反應條件溫和，方法簡單，易於控制。
需要注意的是，除非另有說明，本申請使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬領域技術人員所理解的通常意義。除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對步驟、數字表達式和數值並不限制本發明的範圍。在這裡示出和描述的所有示例中，除非另有規定，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制，因此，示例性實施例的其他示例可以具有不同的值。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍，其均應涵蓋在本發明的保護範圍當中。