專利名稱：一種棒狀氧化鉍及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氧化鉍及其制備方法，特別是涉及一種棒狀的三氧化二鉍晶體材料及其制備方法，屬于無機納米材料及合成技術領域。
背景技術：
氧化鉍是一種重要的功能材料，具有獨特的物理化學性質(zhì)，被廣泛應用于各個領域。它不僅是良好的有機合成催化劑、陶瓷著色劑、塑料阻燃劑、藥用收斂劑、玻璃添加劑、高折光玻璃和核工程玻璃制造以及核反應堆的燃料，而且是電子行業(yè)中一種重要的摻雜粉體材料，在電解質(zhì)材料、光電材料、高溫超導材料等方面也都得到十分廣泛的應用。傳統(tǒng)制備氧化鉍的方法有火法和濕法，火法是將硝酸溶解精鉍得到的硝酸鉍溶液先濃縮結(jié)晶，然后將干燥的硝酸鉍晶體煅燒，即得氧化鉍產(chǎn)品；濕法則是將硝酸溶解精鉍得到的硝酸鉍溶液在攪拌下緩緩加入到30%的熱濃氫氧化鈉溶液中，使鉍離子在濃堿條件下轉(zhuǎn)化為氧化鉍，再將氧化鉍過濾并干燥即得產(chǎn)品?；鸱ǖ娜秉c是煅燒硝酸鉍晶體時產(chǎn)生污染環(huán)境的氮氧化物氣體；而液相法則必須維持反應終點的氫氧化鈉濃度不小于5摩爾/升，以免生成白色絮狀氫氧化鉍膠狀物，不利于沉淀的過濾及洗滌。一維取向的粉體材料，在催化劑、傳感器以及光電器件中有很大的應用潛力；在限制了尺寸和維度的前提下，一維結(jié)構(gòu)為電子傳輸、光學性能以及機理特性之間相互關系的研究提供了一個更好的模型體系。一維取向的粉體材料與類似于球形的狀粉體材料相比，前者具有更好的催化性能和光電信號傳感性能。因此，在工業(yè)催化、電子產(chǎn)業(yè)、功能材料等諸多領域更加具有應用價值。雖然有報道合成了一維的氧化鋅、硫化鋅、氧化鈦等粉體材料。但是，具有高長徑比的微米級棒狀氧化鉍材料未見報道。`

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種棒狀氧化鉍及其制備方法。本發(fā)明提供一種棒狀氧化鉍，其特征在于:為三氧化二鉍(Bi2O3)晶型，形貌為棒狀，直徑約為0.5 3微米，長度在10 60微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。本發(fā)明提供一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)將鉍鹽加入到濃硝酸中，初步攪拌后加入去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋；然后將上述溶液加入到氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，邊加入邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液；
(2)將由步驟(I)所得的懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在373173K的溫度下進行水熱處理12 72小時；
(3)停止反應后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，經(jīng)干燥后得到棒狀的三氧化二鉍氧化鉍晶體。步驟(I)中所述的鉍鹽為無水或帶有結(jié)晶水的硝酸鉍、碳酸氧鉍中的一種或其組
口 ο
步驟(1)中所述鉍鹽的加入質(zhì)量與最終的反應液總體積之比為0.5克/100毫升 5克/100毫升。步驟(1)中所述加入的濃硝酸質(zhì)量為鉍鹽質(zhì)量的O 3倍。 步驟(1)中所述加入去離子水體積為反應液總體積的10% 40%。步驟(1)中所述的氨水質(zhì)量分數(shù)為10°~28%，氨水加入體積為反應液總體積的60% 90%。步驟(1)中所述的氫氧化鈉溶液的物質(zhì)量濃度為1 10摩爾/升，氫氧化鈉溶液加入體積為反應液總體積的60% 90%。通過上述制備方法得到的氧化鉍為三氧化二鉍(Bi2O3)晶型，與標準粉末衍射卡片(JCPDS: 76-1730)相吻合。形貌為棒狀，直徑約為0.5~3微米，長度在10 60微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。本發(fā)明提供的制備方法無環(huán)境污染，工藝和流程簡便，參數(shù)可調(diào)范圍寬，可重復性強，生產(chǎn)成本低，可進行大批量的工業(yè)級生產(chǎn)。所制備的棒狀氧化鉍具有較高的光電與催化性能，化學穩(wěn)定性強，并具有較高的純度和結(jié)晶度，在工業(yè)催化、醫(yī)藥業(yè)、特種玻璃制造業(yè)、電子行業(yè)、新材料等領域具有廣泛的應用前景。


附圖1:由實施例2制得的棒狀氧化鉍的X射線粉末衍射圖譜。附圖2:由實施例2制得的棒狀氧化鉍的掃描電鏡照片。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進一步闡述，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容。因此，所舉之例并不限制本發(fā)明的保護范圍。實施例1:
4克碳酸氧鉍加入到2毫升濃硝酸中，初步攪拌后加入35毫升去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋。然后，將上述溶液加入到110毫升質(zhì)量分數(shù)為15%的氨水溶液中，邊加入邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液。然后將懸浮液放入容積為200毫升聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在383Κ的溫度下反應48小時。反應結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，干燥處理后得到棒狀氧化鉍產(chǎn)物。所制得氧化鉍(Bi2O3)的晶型與標準粉末衍射卡片(JCPDS: 76-1730)相吻合，形貌為棒狀，直徑在2 3微米之間，長度在30 50微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。實施例2:
1.5克五水合硝酸鉍加入到I毫升濃硝酸中，初步攪拌后加入20毫升去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋。然后，將上述溶液加入到50毫升質(zhì)量分數(shù)為20%的氨水溶液中，邊滴加邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液。然后將懸浮液放入容積為100毫升聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在393Κ的溫度下反應24小時。反應結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，干燥處理后得到棒狀氧化鉍產(chǎn)物。所制得氧化鉍(Bi2O3)的晶型與標準粉末衍射卡片(JCPDS: 76-1730)相吻合，形貌為棒狀，直徑在I 3微米之間，長度在10 50微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。實施例3:
I克碳酸氧鉍加入到0.5毫升濃硝酸中，初步攪拌后加入10毫升去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋。然后，將上述溶液加入到30毫升物質(zhì)量濃度為3摩爾/升的氫氧化鈉溶液中，邊滴加邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液。然后將懸浮液放入容積為50毫升聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在423K的溫度下反應12小時。反應結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，干燥處理后得到棒狀氧化鉍產(chǎn)物。所制得氧化鉍(Bi2O3)的晶型與標準粉末衍射卡片(JCPDS: 76-1730)相吻合，形貌為棒狀，直徑在0.5 2微米之間，長度在10 30微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。實施例4:
5克五水合硝酸鉍加入到3毫升濃硝酸中，初步攪拌后加入45毫升去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋。然后，將上述溶液加入到105毫升物質(zhì)量濃度為4摩爾/升的氫氧化鉀溶液中，邊滴加邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液。然后將懸浮液放入容積為200毫升聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在453K的溫度下反應24小時。反應結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，干燥處理后得到棒狀氧化鉍產(chǎn)物。所制得氧化鉍(Bi2O3)的晶型與標準粉末衍射卡片(JCPDS: 76-1730)相吻合，形貌為棒狀，直徑在2 3微米之間，長度在20 60微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。實施例5:
2克碳酸氧鉍加入到0.2毫升濃硝酸中，初步攪拌后加入18毫升去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋。然后，將上述溶液加入到50毫升物質(zhì)量濃度為2摩爾/升的氫氧化鉀溶液中，邊滴加邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液。然后將懸浮液放入容積為100毫升聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在393K的溫度下反應72小時。反應結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，干燥處理后得到棒狀氧化鉍產(chǎn)物。所制得氧化鉍(Bi2O3)的晶型與標準粉末衍射卡片(JCPDS: 76-1730)相吻合，形貌為棒狀，直徑在0.5 2微米之間，長度在10 40微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。實施例6:
I克五水合硝酸鉍加入到0.8毫升濃硝酸中，初步攪拌后加入12毫升去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋。然后，將上述溶液加入到25毫升物質(zhì)量濃度為5摩爾/升的氫氧化鈉溶液中，邊滴加邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液。然后將懸浮液放入容積為50毫升聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在373K的溫度下反應60小時。反應結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，干燥處理后得到棒狀氧化鉍產(chǎn)物。所制得氧化鉍(Bi2O3)的晶型與標準粉末衍射卡片(JCPDS: 76-1730)相吻合，形貌為棒狀，直徑在0.5 I微米之間，長度在10 30微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。
權(quán)利要求
1.一種棒狀氧化鉍，其特征在于，為三氧化二鉍(Bi2O3)晶型，形貌為棒狀，直徑約為0.5 3微米，長度在10~60微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將鉍鹽加入到濃硝酸中，初步攪拌后加入去離子水，繼續(xù)攪拌進行溶解稀釋；然后將上述溶液加入到氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，邊加入邊快速攪拌，形成均勻的懸浮液； (2)將由步驟(I)所得的懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在373 473Κ的溫度下進行水熱處理12 72小時； (3)停止反應后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，經(jīng)干燥后得到棒狀的三氧化二鉍氧化鉍晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的鉍鹽為無水或帶有結(jié)晶水的硝酸鉍、碳酸氧鉍中的一種或其組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述鉍鹽的加入質(zhì)量與最終的反應液總體積之比為0.5克/100暈升 5克/100暈升。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述加入的濃硝酸質(zhì)量為鉍鹽質(zhì)量的O 3倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述加入去離子水體積為反應液總體積的10% 40%。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的氨水質(zhì)量分數(shù)為10% 28%，氨水加入體積為反應液總體積的60% 90%。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種棒狀氧化鉍的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述的氫氧化鈉溶液的物質(zhì)量濃度為廣10摩爾/升，氫氧化鈉溶液加入體積為反應液總體積的60% 90%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種棒狀氧化鉍及其制備方法。該棒狀氧化鉍的直徑約為0.5～3微米，長度在10～60微米之間，長徑比大于10，純度在99%以上。其具體制備方法如下將一定量的鉍鹽用硝酸酸化后加入去離子水，攪拌溶解。然后將上述溶液加入到氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，并通過一步水熱處理得到棒狀氧化鉍。本發(fā)明提供的制備方法無環(huán)境污染，工藝和流程簡便，參數(shù)可調(diào)范圍寬，可重復性強，生產(chǎn)成本低，可進行大批量的工業(yè)級生產(chǎn)。所制備的棒狀氧化鉍可廣泛應用于工業(yè)催化、醫(yī)藥業(yè)、特種玻璃制造業(yè)、電子行業(yè)、新材料等領域。
文檔編號B82Y40/00GK103101975SQ20111035183
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者趙斌, 林琳, 殷天惠, 何丹農(nóng) 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司