专利摘要
一种柠檬酸‑燃烧法制备锆酸钇的方法，将硝酸钇溶于水中得到溶液A，将硝酸锆溶于水中，得到溶液B，将溶液A和溶液B混合，得到混合溶液；将柠檬酸水溶液滴加到混合液中，调节pH值为2～6，得到透明溶胶；将透明溶胶在室温下搅拌后，再加热得到白色凝胶；将白色凝胶加热燃烧得到蓬松块体；将蓬松块体在500℃～700℃下热处理1～3h，得到锆酸钇。本发明工艺简单，便捷，可操作性强，制备成本较低；本发明中的柠檬酸作为络合剂和燃烧剂，柠檬酸中的羰基官能团和前驱体中的NO3‑离子在干凝胶燃烧过程中羰基官能团可以起还原剂的作用。此方法制得的产物呈有孔块状形貌，结晶度高，并且试验测量具有较高活性的光催化性能。
权利要求
1.一种柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将Y(NO3)3·6H2O溶于水中得到溶液A，将Zr(NO3)4·5H2O溶于水中，得到溶液B，将溶液A和溶液B混合，得到混合溶液；其中，混合溶液中Y与Zr的摩尔比为1:1；
2)将柠檬酸水溶液滴加到混合溶液中，滴毕，调节pH值为2～6，得到透明溶胶；
3)将透明溶胶在室温下搅拌后，再加热得到白色凝胶；
4)将白色凝胶加热燃烧得到蓬松块体；
5)将蓬松块体在500℃～700℃下热处理1～3h，得到锆酸钇。
2.根据权利要求1所述的一种柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，步骤1)中溶液A的浓度0.025～0.5mol/L；溶液B的浓度0.025～0.5mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，步骤1)中混合溶液中Y(NO3)3·6H2O的浓度0.0125～0.25mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，步骤2)中采用氨水调节pH值为2～6。
5.根据权利要求1所述的一种柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，步骤2)中柠檬酸与Y(NO3)3·6H2O的摩尔比为0.3～0.5:1。
6.根据权利要求1或5所述的一种柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，步骤2)中柠檬酸水溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。
7.根据权利要求1所述的一种柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，步骤3)中室温下搅拌的转速为350～500转/分钟，时间为6～12h。
8.根据权利要求1所述的一种柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，步骤3)中加热的温度为60～80℃，时间为4～8h。
9.根据权利要求1所述的一种柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，步骤4)中加热燃烧的温度为300～350℃，时间为10～20min。
10.根据权利要求1所述的一种柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇的方法，其特征在于，进行热处理前进行研磨。
说明书
技术领域
本发明属于材料制备领域，具体涉及一种柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇的方法。
背景技术
材料、信息和能源被誉为本世纪科学技术的三大支柱，而材料又是信息和能源技术的物质基础，材料科学发展的作用和意义是不言而喻的[张立德，牟季美.纳米材料与纳米结构[M].北京：科学技术出版社，2001，1～10.]。
作为一类重要的功能材料，稀土锆酸盐材料因为具有高熔点、低热导率、高热膨胀系数、高化学稳定性、相对低的传导温度、优良的离子导电性能和高辐射稳定性等特点，在耐火材料、热障涂层材料、高温固体电解质材料和核废料中固定锕系元素的主体等诸多领域得到广泛应用[刘占国，欧阳家虎，夏校良，等.新型稀土锆酸盐材料研究进展[J].中国材料进展，2011,30(1)：32-40.]。
而作为稀土锆酸盐材料的一种，锆酸钇(Y2Zr2O7)具有无序性缺陷萤石结构，属立方晶系。具有良好的电子传输能力、机械性能和光学性质。因此，其在热障涂层、光催化和光致发光领域具有巨大的研究潜力。
现有报道的锆酸钇制备方法主要为溶胶凝胶法、水热法和高温固相烧结法。如Jovaní Marc等[JovaníMarc,Sanz Ana,et al.New red-shade environmental-friendly multifunctional pigment based on Tb and Fe doped Y2Zr2O7for ceramic applications and cool roof coatings[J].Dyes and Pigments,133(2016)33-40.]，Linhui Gao等[Linhui Gao,Yue An,et al.Hydrothermal synthesis and photoluminescence properties of Y2Zr2O7:Tb3+phosphors[J].Journal of Materials Science,46(2011):1337-1340.]以及Hui Li等[Hui Li,Qiang Tao,et al.Pressure-induced structural transition of Y2Zr2O7[J].Journal of Alloys and Compounds,660(2016):446-449.]均采用以上提到的方法制得目标产物。以上的方法中，高温固相烧结法缺点在于合成温度高，生成产物尺寸较大，不能控制粒径，由于组分分布不均而存在不纯相，有化学计量损失；单纯的溶胶凝胶法的缺点在于反应物的生成温度较高，反应时间较长。水热法的优点在于克服了组分分布不均，存在化学计量损失的缺点，然而对于设备的要求较高，且反应时间较长。
发明内容
本发明的目的在于提出一种柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇的方法，此方法能够制备出尺寸较小的锆酸钇超细粉体，并且本发明工艺简单、合成温度低，时间短，同时兼顾溶胶-凝胶法和低温自燃烧法的优点，能制备出高反应活性的锆酸钇粉体。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇的方法，包括以下步骤：
1)将Y(NO3)3·6H2O溶于水中得到溶液A，将Zr(NO3)4·5H2O溶于水中，得到溶液B，将溶液A和溶液B混合，得到混合溶液；其中，混合液中Y与Zr的摩尔比为1:1；
2)将柠檬酸水溶液滴加到混合溶液中，滴毕，调节pH值为2～6，得到透明溶胶；
3)将透明溶胶在室温下搅拌后，再加热得到白色凝胶；
4)将白色凝胶加热燃烧得到蓬松块体；
5)将蓬松块体在500℃～700℃下热处理1～3h，得到锆酸钇。
本发明进一步的改进在于，步骤1)中溶液A的浓度0.025～0.5mol/L；溶液B的浓度0.025～0.5mol/L。
本发明进一步的改进在于，步骤1)中混合溶液中Y(NO3)3·6H2O的浓度0.0125～0.25mol/L。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中采用氨水调节pH值为2～6。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中柠檬酸与Y(NO3)3·6H2O的摩尔比为0.3～0.5:1。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中柠檬酸水溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中室温下搅拌的转速为350～500转/分钟，时间为6～12h。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中加热的温度为60～80℃，时间为4～8h。
本发明进一步的改进在于，步骤4)中高温加热的温度为300～350℃，时间为10～20min。
本发明进一步的改进在于，进行热处理前进行研磨。
与现有技术相比，本发明具有的有益的效果：本发明提供了一种合成温度低、制备工艺简单的新的合成方法—柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇。本发明所用方法制备的Y2Zr2O7粉体的优势在于：(1)本发明采用非爆炸式的氧化还原放热反应，燃烧产生大量的气体，且可自我维持，能够获得高比表面积的氧化物粉体；(2)前期通过制备凝胶，反应过程在溶液中进行，所以能够保证化学计量比的精确性和产物成分的均匀性，所得粉料粒度较细且分布均匀(可达亚微米级、甚至纳米级)，而且粉料无明显的硬团聚；(3)本发明工艺简单，便捷，不需要特殊的设备，可操作性强，制备成本较低；(4)本发明中的柠檬酸作为络合剂和燃烧剂，柠檬酸中的羰基官能团和前驱体中的NO3-离子在干凝胶燃烧过程中羰基官能团可以起还原剂的作用。(5)此方法制得的产物呈有孔块状形貌，结晶度高，并且试验测量具有较高活性的光催化性能。
附图说明
图1为本发明在实施例2的条件下制得的有孔块状Y2Zr2O7的X射线衍射(XRD)图谱。
图2为本发明在实施例2条件下所制备的在2万放大倍率下Y2Zr2O7的SEM图。
图3为本发明在实施例2条件下所制备的Y2Zr2O7在500W汞灯照射下光催化降解罗丹明B性能图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
实施例1
1)分别称取分析纯的Y(NO3)3·6H2O和Zr(NO3)4·5H2O于烧杯中，并分别用去离子水溶解，得到溶液Y(NO3)3·6H2O浓度为0.025mol/L的A和Zr(NO3)4·5H2O浓度为0.025mol/L的溶液B，将溶液A和溶液B混合，配制成Y(NO3)3·6H2O浓度为0.0125mol/L的混合溶液。其中混合液中Y与Zr的摩尔比为1:1。
2)以柠檬酸作为络合剂和燃烧剂，采用逐滴加入的方式将0.1mol/L柠檬酸水溶液加入到搅拌均匀的混合液中，其中保持柠檬酸：Y＝0.3：1的摩尔比。再缓慢滴加浓氨水调节其pH＝6，得到透明溶胶。
3)室温下将透明凝胶在转速为350转/分钟下搅拌12h，得到稳定的溶胶液。将稳定的溶胶液放入恒温磁力搅拌锅中，控制温度为60℃，水浴8h后，获得白色凝胶。
4)将所得的白色凝胶收集到氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在300℃下反应20min，促使柠檬酸燃烧，获得蓬松块体。
5)将获得的蓬松块体置于玛瑙研钵中研磨5min，然后置于马弗炉中，在500℃温度下热处理3h，即可得到目标产物锆酸钇(Y2Zr2O7)。
实施例2
1)分别称取分析纯的Y(NO3)3·6H2O和Zr(NO3)4·5H2O于烧杯中，并分别用去离子水溶解，得到溶液Y(NO3)3·6H2O浓度为0.5mol/L的A和Zr(NO3)4·5H2O浓度为0.5mol/L的溶液B，将溶液A和溶液B混合，配制成Y(NO3)3·6H2O浓度为0.25mol/L的混合溶液。其中混合液中Y与Zr的摩尔比为1:1。
2)以柠檬酸作为络合剂和燃烧剂，采用逐滴加入的方式将0.5mol/L柠檬酸水溶液加入到搅拌均匀的混合液，其中保持柠檬酸：Y＝0.4：1的摩尔比。再缓慢滴加浓氨水调节其pH＝2，得到透明溶胶。
3)室温下将透明凝胶在转速为500转/分钟下搅拌6h，得到稳定的溶胶液。将稳定的溶胶液放入恒温磁力搅拌锅中，控制温度为80℃，水浴5h后，获得白色凝胶。
4)将所得的白色凝胶收集到氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在350℃下反应10min，促使柠檬酸燃烧，获得蓬松块体。
5)将获得的蓬松块体置于玛瑙研钵中研磨5min，然后置于马弗炉中，在600℃温度下热处理2h，即可得到目标产物锆酸钇(Y2Zr2O7)。
从图1可以看出，本发明采用柠檬酸-燃烧法成功制备出Y2Zr2O7(对比ICDD卡片号：01-074-9311)。
从图2可以看出，采用柠檬酸-燃烧法制备的Y2Zr2O7呈有孔大块形貌。
从图3可以看出，在500W汞灯照射的条件下，本专利所制备出的锆酸钇在2h对浓度为10mg/L的罗丹明B降解率可以达到78％(减去产物吸附和染料自降解作用后结果)，在2.5h就可达到完全降解。
实施例3
1)分别称取分析纯的Y(NO3)3·6H2O和Zr(NO3)4·5H2O于烧杯中，并分别用去离子水溶解，得到溶液Y(NO3)3·6H2O浓度为0.0125mol/L的A和Zr(NO3)4·5H2O浓度为0.3mol/L的溶液B，将溶液A和溶液B混合，配制成Y(NO3)3·6H2O浓度为0.2mol/L的混合溶液。其中混合液中Y与Zr的摩尔比为1:1。
2)以柠檬酸作为络合剂和燃烧剂，采用逐滴加入的方式将0.3mol/L柠檬酸水溶液加入到搅拌均匀的混合液中，其中保持柠檬酸：Y＝0.5:1的摩尔比。再缓慢滴加浓氨水调节其pH＝3，得到透明溶胶。
3)室温下将透明凝胶在转速为400转/分钟下搅拌9h，得到稳定的溶胶液。将稳定的溶胶液放入恒温磁力搅拌锅中，控制温度为70℃，水浴7h后，获得白色凝胶。
4)将所得的白色凝胶收集到氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在300℃下反应20min，促使柠檬酸燃烧，获得蓬松块体。
5)将获得的蓬松块体置于玛瑙研钵中研磨5min，然后置于马弗炉中，在700℃温度下热处理1h，即可得到目标产物锆酸钇(Y2Zr2O7)。
实施例4
1)1)分别称取分析纯的Y(NO3)3·6H2O和Zr(NO3)4·5H2O于烧杯中，并分别用去离子水溶解，得到溶液Y(NO3)3·6H2O浓度为0.05mol/L的A和Zr(NO3)4·5H2O浓度为0.4mol/L的溶液B，将溶液A和溶液B混合，配制成Y(NO3)3·6H2O浓度为0.2mol/L的混合溶液。其中混合液中Y与Zr的摩尔比为1:1。
2)以柠檬酸作为络合剂和燃烧剂，采用逐滴加入的方式将0.4mol/L柠檬酸水溶液加入到搅拌均匀的混合液中，其中保持柠檬酸：Y＝0.4:1的摩尔比。再缓慢滴加浓氨水调节其pH＝5，得到透明溶胶。
3)室温下将透明凝胶在转速为450转/分钟下搅拌8h，得到稳定的溶胶液。将稳定的溶胶液放入恒温磁力搅拌锅中，控制温度为80℃，水浴4h后，获得白色凝胶。
4)将所得的白色凝胶收集到氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在350℃下反应15min，促使柠檬酸燃烧，获得蓬松块体。
5)将获得的蓬松块体置于玛瑙研钵中研磨5min，然后置于马弗炉中，在600℃温度下热处理2h，即可得到目标产物锆酸钇(Y2Zr2O7)。
本发明具有以下优点：
1)此方法制得的产物呈有孔块状形貌，结晶度高。
2)此方法制作工艺简单，不需要特殊设备，可操作性强，制备成本较低。
3)此方法能精确控制化学计量比，制备成分均匀的产物。
4)此方法制备的锆酸钇粉体经试验测量具有较高活性的光催化性能。
一种柠檬酸-燃烧法制备锆酸钇的方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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