一種鑭、釔和鈰共摻雜釩酸鉍無機顏料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鑭、釔和鈰共摻雜釩酸鉍無機顏料及其制備方法，無機顏料通式為Bi1-x-y-zLaxYyCezVO4，其中0.02≤x≤0.1，0.02≤y≤0.1，0.02≤z≤0.1；利用螯合劑輔助并使用微波水熱法制備鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料；加入不同的螯合劑，有助于金屬離子在反應過程中的緩慢釋放，從而使生成鑭、釔和鈰三元素共同摻雜釩酸鉍顏料的過程比較緩和的進行；使用微波水熱法，縮短制備時間；制得的鑭元素、釔元素和鈰元素的摻雜有助于改善釩酸鉍顏料的呈色性能。
【專利說明】一種鑭、釔和鈰共摻雜釩酸鉍無機顏料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無機顏料制備領域，具體涉及一種鑭、釔和鈰共摻雜釩酸鉍無機顏料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]從上世紀80年代以來，因釩酸鉍具有無毒、色澤明亮、耐腐蝕性好、光催化等優越性能，被廣泛應用于光催化降解和無機顏料兩大領域。作為一種環境友好型的無機材料，在顏料領域內逐漸取代了對環境有害的顏料成為一種被廣泛應用的新型顏料。最近幾十年里，學者們對釩酸鉍在無機顏料中的應用進行了大量的研究，例如:用不同的方法制備釩酸鉍顏料，其主要的方法有:固相法、浸潰法、水熱法、光致還原法、改性的金屬有機分解法等。用不同的原料制備釩酸鉍顏料，主要用到的原料有硝酸鉍、偏釩酸銨和偏釩酸鈉。也有在制備釩酸鉍顏料的過程中加入不同表面活性劑進行改性的，主要用到的表面活性劑有:乙二胺四乙酸、PVP、十六烷基三甲基溴化銨等。
[0003]然而這些已經遠遠不能滿足單一釩酸鉍在實際領域中的應用。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種鑭、釔和鈰共摻雜釩酸鉍無機顏料及其制備方法，利用螯合劑輔助并使用微波水熱法制備鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料，鑭元素、釔元素和鈰元素的摻雜有助于改善釩酸鉍顏料的呈色性能。
[0005]本發明采用以下技術方案:
[0006]一種鑭、釔和鈰共摻雜釩酸鉍無機顏料制備方法，利用螯合劑輔助并使用微波水熱法制備鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料。
[0007]具體包括以下步驟:
[0008](I)、將 Bi (NO3) 3 ? 5H20、La (NO3) 3、Y (NO3) 3 ? 6H20、Ce (NO3) 3 ? 6H20 和螯合劑溶解到I~4mol/L的HNO3溶液中并進行充分攪拌得到溶液A，其中Bi (NO3)3 ? 5H20、La(NO3)3Y(NO3)3 WH2CKCe(NO3)3.6H20、HNO3 和螯合劑的摩爾比為 1: (0.02 ~0.1): (0.02 ~0.1):(0.02 ~0.1): (4 ~16): (0.5 ~2);將 NaVO3 *2H20 溶解到 I ~4mol/L 的 NaOH 溶液中并進行充分攪拌得到溶液B，其中NaVO3 ? 2H20和NaOH的摩爾比為1: (4~16);
[0009](2)、將溶液A和溶液B混合并進行充分攪拌形成懸浮液，其中Bi3+和VO3 —的摩爾比為1:1，此懸浮液為鑭、釔和鋪三元素共同摻雜的fL酸秘顏料的前驅體；
[0010](3)、將上述懸浮液轉入到微波水熱儀中，利用微波輻射加熱；微波水熱反應完全后，洗滌若干次，真空干燥后制得鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料。
[0011]所述螯合劑為乙二胺四乙酸、檸檬酸鈉、乙酰丙酮或幾種的混合物。
[0012]步驟(3)中將懸浮液轉入到微波水熱儀中，利用微波輻射加熱將到160°C~220°C，水熱反應I~3h。
[0013]步驟(3)中微波水熱反應完全后，用去離子水和無水乙醇洗滌若干次。[0014]步驟(3)中洗滌后在真空干燥箱中60°C下干燥12h，制得鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料。
[0015]一種鑭、釔和鈰共摻雜釩酸鉍無機顏料，其通式為BimLaxYyCezVO4,其中
[0016]本發明有益效果為:加入不同的螯合劑，其作用為有助于金屬離子在反應過程中的緩慢釋放，從而使生成鑭、釔和鈰三元素共同摻雜釩酸鉍顏料的過程比較緩和的進行，得到的釩酸鉍顏料化學組成均勻，粒徑較小，在一定粒度范圍內，粒徑越小，其遮蓋力、著色力越強，從而是顏料的主色調和亮度提高；使用微波水熱法制備鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料，其合成溫度較低，合成時間較短，而傳統固相法合成釩酸鉍顏料所需合成溫度較高，合成時間較長，因此，本發明所提供的制備方法有利于減少能耗，降低生產成本；本發明最終制得的產品為鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料，利用鑭、乾和鈰三元素的摻雜有助于改善釩酸鉍顏料的呈色性能，因為稀土元素獨特的原子結構，即不充滿的4f電子層的存在，當受到光照射時，4f電子層對光的具有選擇性吸收和反射的特性，由于這種特性，可使稀土元素摻雜的陶瓷顏料具有發色穩定、色調純正的優點。
【具體實施方式】
[0017]下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0018]實施例1:
[0019]將5mmol (2.4254g)的 Bi (NO3)3 ? 5H20 溶解到 lmol/L，20ml 的 HNO3 溶液中，再向其中加入 0.1mmol (0.0325g)的 La(NO3)3、0.1mmol (0.0383g)的 Y(NO3)3 ? 6H20、0.1mmol(0.0434g)的Ce (NO3)3 ? 6H20和2.5mmol (0.7306g)的乙二胺四乙酸，充分攪拌得溶液A ;將5mmol (0.7898g)的NaVO3 ? 2H20溶解到lmol/L，20ml的NaOH溶液中，充分攪拌得溶液B ;將上述A，B溶液進行混合并充分攪拌后轉到水熱釜中，在160°C下，微波水熱lh。然后，用去離子水和無水乙醇洗滌若干次，隨后在真空干燥箱中60°C下干燥12h，得到鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料，其通式為Bia 94La0.Cl2Ytl.02Ce0.C12VO4。
[0020]實施例2:
[0021]將5mmol (2.4254g)的 Bi (NO3)3 ? 5H20 溶解到 4mol/L，20ml 的 HNO3 溶液中，再向其中加入 0.1mmol (0.0325g)的 La(NO3)3、0.1mmol (0.0383g)的 Y(NO3)3 ? 6H20、0.1mmol(0.0434g)的Ce(NO3)3 ?冊20和IOmmol (2.9224g)的乙二胺四乙酸，充分攪拌得溶液A ;將5mmol (0.7898g)的NaVO3 ? 2H20溶解到4mol/L, 20ml的NaOH溶液中，充分攪拌得溶液B ；將上述A，B溶液進行混合并充分攪拌后轉到水熱釜中，在220°C下，微波水熱3h。然后，用去離子水和無水乙醇洗滌若干次，隨后在真空干燥箱中60°C下干燥12h，得到鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料，其通式為Bia 94La0.Cl2Ytl.02Ce0.C12VO4。
[0022]實施例3:
[0023]將5mmol (2.4254g)的 Bi (NO3)3 ? 5H20 溶解到 lmol/L, 20ml 的 HNO3 溶液中，再向其中加入 0.1mmol (0.0325g)的 La(NO3)3、0.1mmol (0.0383g)的 Y(NO3)3 ? 6H20、0.1mmol(0.0434g)的Ce (NO3) 3 H2O和2.5mmoI (0.7353g)的檸檬酸鈉，充分攪拌得溶液A ;將5mmol (0.7898g)的NaVO3 ? 2H20溶解到lmol/L, 20ml的NaOH溶液中，充分攪拌得溶液B ；將上述A，B溶液進行混合并充分攪拌后轉到水熱釜中，在160°C下，微波水熱lh。然后，用去離子水和無水乙醇洗滌若干次，隨后在真空干燥箱中60°C下干燥12h，得到鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料，其通式為Bia 94La0.Cl2Ytl.02Ce0.C12VO4。
[0024]實施例4:
[0025]將5mmol (2.4254g)的 Bi (NO3)3 ? 5H20 溶解到 4mol/L，20ml 的 HNO3 溶液中，再向其中加入 0.5mmol (0.1625g)的 La(NO3)3、0.5mmol (0.1915g)的 Y(NO3)3 ? 6H20、0.5mmol(0.217g)的Ce(NO3)3.6H20和IOmmol (2.9412g)的檸檬酸鈉，充分攪拌得溶液A ;將5mmol(0.7898g)的NaVO3 ? 2H20溶解到4mol/L，20ml的NaOH溶液中，充分攪拌得溶液B ;將上述A，B溶液進行混合并充分攪拌后轉到水熱釜中，在220°C下，微波水熱3h。然后，用去離子水和無水乙醇洗滌若干次，隨后在真空干燥箱中60°C下干燥12h，得到鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料，其通式為Bi0.7La0.J0.!Ce0.JO40
[0026]實施例5:
[0027]將5mmol (2.4254g)的 Bi (NO3)3 ? 5H20 溶解到 lmol/L, 20ml 的 HNO3 溶液中，再向其中加入 0.5mmol (0.1625g)的 La(NO3)3、0.5mmol (0.1915g)的 Y(NO3)3 ? 6H20、0.5mmol(0.217g)的Ce(NO3)3 ?冊20和2.5mmol (0.2503g)的乙酰丙酮，充分攪拌得溶液A ;將5mmol(0.7898g)的NaVO3 ? 2H20溶解到lmol/L，20ml的NaOH溶液中，充分攪拌得溶液B ;將上述A，B溶液進行混合并充分攪拌后轉到水熱釜中，在160°C下，微波水熱lh。然后，用去離子水和無水乙醇洗滌若干次，隨后在真空干燥箱中60°C下干燥12h，得到鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料，其通式為Bi0.7La0.J0.!Ce0.JO40
[0028]實施例6:
[0029]將5mmol (2.4254g)的 Bi (NO3)3 ? 5H20 溶解到 4mol/L，20ml 的 HNO3 溶液中，再向其中加入 0.5mmol (0.1625g)的 La(NO3)3、0.5mmol (0.1915g)的 Y(NO3)3 ? 6H20、0.5mmol(0.217g)的Ce (NO3) 3 *6H20和IOmmol (1.0012g)的乙酰丙酮，充分攪拌得溶液A ;將5mmol(0.7898g)的NaVO3 ? 2H20溶解到4mol/L，20ml的NaOH溶液中，充分攪拌得溶液B ;將上述A，B溶液進行混合并充分攪拌后轉到水熱釜中，在220°C下，微波水熱3h。然后，用去離子水和無水乙醇洗滌若干次，隨后在真空干燥箱中60°C下干燥12h，得到鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料，其通式為Bi0.7La0.J0.!Ce0.JO40
[0030]實施例1:
[0031]將5mmol (2.4254g)的 Bi (NO3)3 ? 5H20 溶解到 2.5mol/L，20ml 的 HNO3 溶液中，再向其中加入 0.3_1 (0.0975g)的 La(NO3)3,0.3_1 (0.1149g)的 Y(NO3)3.6H20，0.3_1(0.1302g)的Ce (NO3) 3 ? 6H20,8mmol (0.80096g)的乙酰丙酮和乙二胺四乙酸，充分攪拌得溶液 A ;將 5mmol (0.7898g)的 NaVO3 ? 2H20 溶解到 2.5mol/L, 20ml 的 NaOH 溶液中，充分攪拌得溶液B ;將上述A，B溶液進行混合并充分攪拌后轉到水熱釜中，在185°C下，微波水熱2h。然后，用去離子水和無水乙醇洗滌若干次，隨后在真空干燥箱中60°C下干燥12h，得到鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料，其通式為Bia82Laaci6Yaci6Ceaci6VCV
[0032]實施例8:
[0033]將5mmol (2.4254g)的 Bi (NO3)3 ? 5H20 溶解到 3mol/L，20ml 的 HNO3 溶液中，再向其中加入 0.4mmol (0.13216g)的 La(NO3)3、0.4mmol (0.1532g)的 Y(NO3)3 ? 6H20，0.4mmol(0.1736g)的Ce(NO3)3 WH2Ojmmol (0.60072g)的乙二胺四乙酸、乙酰丙酮和檸檬酸鈉的混合物，充分攪拌得溶液A ;將5mmol (0.7898g)的NaVO3 ? 2H20溶解到3mol/L, 20ml的NaOH溶液中，充分攪拌得溶液B ;將上述A，B溶液進行混合并充分攪拌后轉到水熱釜中，在200°C下，微波水熱2.5h。然后，用去離子水和無水乙醇洗滌若干次，隨后在真空干燥箱中60°C下干燥1.5h，得到鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料，其通式為Bia76Laaci8Yaci8Ceaci8VO4t5
[0034]本發明中，添加了不同的螯合劑，能有效的控制反應速率，使生成釩酸鉍顏料的過程溫和的進行；其次，本發明通過鑭、釔和鈰三元素的共同摻雜來改善釩酸鉍顏料的呈色性能；最后，本發明使用能夠有效縮`短制備時間的微波水熱法進行釩酸鉍顏料的制備。
【權利要求】
1.一種鑭、釔和鈰共摻雜釩酸鉍無機顏料制備方法，其特征在于:利用螯合劑輔助并使用微波水熱法制備鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料。
2.根據權利要求1所述的鑭、釔和鈰共摻雜釩酸鉍無機顏料制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟:
(1)、將B1 (NO3) 3 . 5H20、La (NO3) 3、Y (NO3) 3 . 6H20、Ce (NO3) 3 . 6H20 和螯合劑溶解至1j1-4mol/L的HNO3溶液中并進行充分攪拌得到溶液A，其中B1(NO3)3 . 5H20、La(NO3)3.Y(NO3)3 WH2CKCe(NO3)3.6H20、HNO3 和螯合劑的摩爾比為 1: (0.02 -0.1): (0.02 -0.1):(0.02 -0.1): (4 -16): (0.5 -2);將 NaVO3 *2H20 溶解到 1 -4mol/L 的 NaOH 溶液中并進行充分攪拌得到溶液B，其中NaVO3 . 2H20和NaOH的摩爾比為1: (4-16); (2)、將溶液A和溶液B混合并進行充分攪拌形成懸浮液，其中B13+和VO3-的摩爾比為1:1，此懸浮液為鑭、釔和鋪三元素共同摻雜的fL酸秘顏料的前驅體； (3)、將上述懸浮液轉入到微波水熱儀中，利用微波輻射加熱；微波水熱反應完全后，洗滌若干次，真空干燥后制得鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料。
3.根據權利要求1或2所述的鑭、釔和鈰共摻雜釩酸鉍無機顏料制備方法，其特征在于:所述螯合劑為乙二胺四乙酸、檸檬酸鈉、乙酰丙酮或幾種的混合物。
4.根據權利要求2所述的鑭、釔和鈰共摻雜釩酸鉍無機顏料制備方法，其特征在于:步驟(3)中將懸浮液轉入到微波水熱儀中，利用微波輻射加熱將到160°C-220°C，水熱反應1-3h。
5.根據權利要求2所述的鑭、釔和鈰共摻雜釩酸鉍無機顏料制備方法，其特征在于:步驟(3)中微波水熱反應完全后，用去離子水和無水乙醇洗滌若干次。
6.根據權利要求2所述的鑭、釔和鈰共摻雜釩酸鉍無機顏料制備方法，其特征在于:步驟(3)中洗滌后在真空干燥箱中60°C下干燥12h，制得鑭、釔和鈰三元素共同摻雜的釩酸鉍顏料。
7.—種如權利要求1-6制備方法制得的鑭、釔和鈰共摻雜釩酸鉍無機顏料，其特征在于:其通式為 B1mzLaxYyCezVO4,其中 0.02 ≤ x ≤ 0.1，0.02 ≤ y ≤ 0.1，0.02 ≤ z ≤ 0.1。
【文檔編號】C01G31/00GK103449518SQ201310343674
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月8日 優先權日:2013年8月8日
【發明者】李軍奇, 張煉, 劉輝, 何選盟, 朱振峰, 崔明明, 劉振興 申請人:陜西科技大學