水熱合成菱形磷酸鏑的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種稀土磷酸鹽材料的制備方法，屬于功能材料合成技術領域。
【背景技術】
[0002]在元素周期表中，鏑(Dy)位于IIIB族，原子序數為66，屬于重稀土元素。除此之夕卜，原子序數57到71的元素，它們和鏑一起被稱為鑭系元素。鑭系元素與同族的釔(Y)和鈧(Sc)統稱為稀土元素。稀土元素具有特殊的電子層結構(4^14?°?),它們的外層電子基本相同，內層4f電子能級又很相近，且4f是一個未充滿的殼層，電子軌道全空、半充滿和全充滿電子的離子具有光學惰性，為穩定態，因其外層電子結構的特點，使其具有特殊的物理化學性質。
[0003]稀土磷酸鹽材料因具有良好的熱穩定性、水中溶解度極小以及高的折射系數等優點，廣泛應用于發光材料、陶瓷材料、催化劑、合金材料和潤滑材料等領域。磷酸鏑(DyPO4),常被用作摻雜其它稀土離子的良好基質。以磷酸鏑為基質的發光材料具有穩定性好、熱容大、在真空紫外光的激發下具有高效率的特點，同時由于材料顆粒尺寸小于激發或發射光波波長，因此光場在微粒范圍內可近似為均勻，能顯著提高陰極射線管和等離子顯示器清晰度。同時，磷酸鏑熔點高，與一些氧化物復合，如Al2O3，可制備耐高溫、抗氧化、電絕緣性好的可加工復合陶瓷。另外，磷酸鏑還被廣泛用于合金材料、催化材料。因此研宄可控的磷釔礦結構的磷酸鏑具有重要的意義。
[0004]目前合成稀土磷酸鹽主要有溶膠凝膠法、水熱法、沉淀法、固相法、燃燒法和微波法等方法，其中以水熱合成法比較普遍。已有大量研宄表明PH是控制稀土磷酸鹽功能材料晶形晶貌最重要的因素之一，然而目前采用水溶液合成稀土磷酸鹽的方法，均只是在初始水溶液中調節了 PH，沒有緩沖pH，缺少了漸變物理化學條件對其晶形晶貌的控制，存在結晶程度不是很高、尺寸不是很均勻、可控性不強的問題。在自然界中，熱液成因的稀土磷酸鹽礦物形成的地質流體通常具有一定的CO2分壓，在熱水溶液中CO2可以緩沖溶液的pH。本發明充分利用CO2分壓緩沖溶液pH的特征，水熱合成純度高、尺寸均勻、結晶程度好、可控性強的菱形磷酸鏑功能材料。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是:提供一種充分利用CO2分壓緩沖溶液pH的特征，水熱合成純度高、尺寸均勻、結晶程度好、可控性強的菱形磷酸鏑的方法。
[0006]本發明的技術方案是:一種富0)2水熱合成菱形磷酸鏑的方法，室溫下，分別配制Dy3+鹽和PO 43+鹽溶液；將上述兩種溶液按照體積比為1:1加入反應釜中，一邊加入一邊攪拌，并持續攪拌30 min至I h ;向反應釜中通CO2氣體或者加入干冰，控制釜內壓力為1_10Mpa，密封高壓反應釜；加熱高壓反應釜，設定反應溫度為100-200 °C，持續時間12 h~2 d，然后自然冷卻高壓反應釜至室溫；對反應后的產物過濾，并先后用去離子水和無水乙醇各洗滌、離心兩次；將洗滌、離心后的產物在50 °C?100 °C干燥6 h以上，即可得到最終純凈產物。
[0007]所述的Dy3+鹽和PO 43+鹽分別為常用的可溶性Dy 3+鹽和可溶性PO 43+鹽。
[0008]本發明的有益效果:
(I)本發明充分利用0)2分壓緩沖溶液的pH，水熱合成的菱形磷酸鏑純度高、尺寸均勻、結晶程度好、可控性強。
[0009](2)本發明制備過程中沒有添加表面活性劑、分散劑、包覆劑等不可循環使用的有機物，環境友好。
【附圖說明】
[0010]圖1為實施例3合成的磷酸鏑的XRD圖；
圖2為實施例3合成的磷酸鏑的SEM圖。
【具體實施方式】
[0011]實施例1
稱取一定質量的硝酸鏑[Dy(NO3)3.6Η20]和磷酸氫二銨[(NH4) 2ΗΡ04]，分別用去離子水配成濃度為0.36mol/L的硝酸鏑的水溶液和磷酸氫二錢的水溶液。將硝酸鏑溶液和磷酸氫二銨溶液按照體積比為1:1加入反應釜中，一邊加入一邊攪拌，控制反應釜的初始填充度為70%，并且持續攪拌30 min至I h。向高壓反應釜充入I MPa 二氧化碳氣體，封閉高壓反應釜。加熱高壓反應釜，控制反應溫度為180 °C，持續時間2天，然后高壓反應釜自然冷卻至室溫。反應釜泄壓后對產物過濾、離心，并先后分別用去離子水和無水乙醇交替各洗滌兩次，最后讓產物在70 °C環境下干燥12 ho
[0012]實施例2
稱取一定質量的硝酸鏑[Dy(N03)3*6H20]和磷酸氫二銨[(NH4)2HPO4L分別用去離子水配成濃度為0.36mol/L的硝酸鏑的水溶液和磷酸氫二錢的水溶液。將硝酸鏑溶液和磷酸氫二銨溶液按照體積比為1:1加入反應釜中，一邊加入一邊攪拌，控制反應釜的初始填充度為70%，并且持續攪拌30 min至I h。向高壓反應釜充入5 MPa 二氧化碳氣體，封閉高壓反應釜。加熱高壓反應釜，控制反應溫度為180 °C，持續時間2天，然后高壓反應釜自然冷卻至室溫。反應釜泄壓后對產物過濾、離心，并先后分別用去離子水和無水乙醇交替各洗滌兩次，最后讓產物在70 °C環境下干燥12 ho
[0013]實施例3
稱取一定質量的硝酸鏑[Dy(NO3)3.6H20]和磷酸氫二銨[(NH4)2HPO4]，分別用去離子水配成濃度為0.36mol/L的硝酸鏑的水溶液和磷酸氫二錢的水溶液。將硝酸鏑溶液和磷酸氫二銨溶液按照體積比為1:1加入反應釜中，一邊加入一邊攪拌，控制反應釜的填充度為70%，并且持續攪拌30 min至I h。向高壓反應釜加入干冰(固體二氧化碳)，控制反應釜內壓力為10 Mpa，封閉高壓反應釜。加熱高壓反應釜，控制反應溫度為180°C，持續時間2天，然后高壓反應釜自然冷卻至室溫。反應釜泄壓后對產物過濾、離心，并先后分別用去離子水和無水乙醇交替各洗滌兩次，最后讓產物在70 °C環境下干燥12 KXRD表征圖顯示合成的產物為純的磷酸鏑。SEM表征圖顯示合成的菱形磷酸鏑尺寸均勻、結晶程度好。
【主權項】
1.一種富CO 2水熱合成菱形磷酸鏑的方法，其特征在于:室溫下，分別配制Dy 3+鹽和PO43+鹽溶液；將上述兩種溶液按照體積比為1:1加入反應釜中，一邊加入一邊攪拌，并持續攪拌30 min至I h ;向反應釜中通CO2氣體或者加入干冰，控制釜內壓力為1_10 Mpa，密封高壓反應釜；加熱高壓反應釜，設定反應溫度為100-200 °C，持續時間12 h-2 d，然后自然冷卻高壓反應釜至室溫；對反應后的產物過濾，并先后用去離子水和無水乙醇各洗滌、離心兩次；將洗滌、離心后的產物在50 °C?100 °C干燥6 h以上，即可得到最終純凈產物。
2.根據權利要求1所述的一種富0)2水熱合成菱形磷酸鏑的方法，其特征在于:所述的Dy3+鹽和PO 43+鹽分別為常用的可溶性Dy 3+鹽和可溶性PO 43+鹽。
【專利摘要】本發明公開一種富CO2水熱合成菱形磷酸鏑的方法，其特征在于：室溫下，分別配制Dy3+鹽和PO43+鹽溶液；將上述兩種溶液按照體積比為1:1加入反應釜中，一邊加入一邊攪拌，并持續攪拌30 min至1 h；向反應釜中通CO2氣體或者加入干冰，控制釜內壓力為1-10 Mpa，密封高壓反應釜；加熱高壓反應釜，設定反應溫度為100-200 ℃，持續時間12 h-2 d，然后自然冷卻高壓反應釜至室溫；對反應后的產物過濾，并先后用去離子水和無水乙醇各洗滌、離心兩次；將洗滌、離心后的產物在50 ℃～100 ℃干燥6 h以上，即可得到最終純凈產物。
【IPC分類】C01B25-37, B82Y30-00
【公開號】CN104692351
【申請號】CN201410810282
【發明人】周麗, 李和平, 李肅寧, 張為, 陳柱
【申請人】中國科學院地球化學研究所
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2014年12月24日