专利摘要
本发明公开了一种室温固相化学反应制备纳米三氧化二铋的方法，其是将固相原料二水合铋酸钠和亚硫酸氢钠混合后，进行球磨固相反应，所得产物经洗涤、离心分离并干燥，即获得目标产物纳米三氧化二铋。本发明采用固体混合，原料室温球磨固相反应，制备过程简单，易于控制并能大量减少产物粒子的团聚；避免另外添加氧化还原剂、模板剂和溶剂，提高了产物纯度，符合材料绿色化合成的要求，也适合于大规模生产。
权利要求
1.一种室温固相化学反应制备纳米三氧化二铋的方法，其特征在于：将固相原料二水合铋酸钠和亚硫酸氢钠混合后，进行球磨固相反应，所得产物经洗涤、离心分离并干燥，即获得目标产物纳米三氧化二铋。
2.根据权利要求1所述的室温固相化学反应制备纳米三氧化二铋的方法，其特征在于：所述二水合铋酸钠和所述亚硫酸氢钠的摩尔比为1:1。
3.根据权利要求1所述的室温固相化学反应制备纳米三氧化二铋的方法，其特征在于：所述球磨固相反应是指：将混合后原料放入带有不锈钢真空套的氧化锆球磨罐中，再置于球磨机中，设定转速480rpm，球磨反应不小于10小时。
4.根据权利要求1所述的室温固相化学反应制备纳米三氧化二铋的方法，其特征在于：所述洗涤是用蒸馏水进行洗涤，所述干燥是在60℃、0.1Mpa真空度下真空干燥2小时。
说明书
技术领域
本发明属于纳米材料及其制备领域，特别涉及一种纳米三氧化二铋的制备方法。
背景技术
三氧化二铋(Bi2O3)是一种重要的功能材料，应用广泛，它不仅是良好的有机合成催化剂、陶瓷着色剂、塑料阻燃剂、药用收敛剂、玻璃添加剂、高折光玻璃和核工程玻璃制造以及核反应堆的燃料，而且是电子行业中一种重要的掺杂粉体材料。由于Bi2O3是一种具有较低带隙能的氧化物半导体，近来的研究结果表明其还具有优越的可见光光催化性能，在太阳能光催化降解环境污染物方面，是一种很有应用潜力的光催化材料。
目前，纳米Bi2O3的制备方法有多种，主要是液相制备方法。液相法按反应原理的不同主要分为沉淀法、水解法、溶胶—凝胶法、水热合成法等。比如，L.Zhang等人将Bi(NO3)3·5H2O溶解在HNO3溶液里面，加入表面活性剂PVP，用NaOH溶液作为沉淀剂，制备出球状Bi2O3(Applied Catalysis A:General，2006，308,105-110)；丁鹏等人采用多元醇介质法和氨水沉淀法制备了Bi2O3半导体纳米粒子(吉林大学学报(理学版),2004,42(2),269-272)；S.Iyyapushpam等人采用硝酸水溶液为溶剂、Bi(NO3)3·5H2O为Bi源、氨水为沉淀剂，通过湿化学方法制备出纳米氧化铋(Materials Letters,2012,86,25-27)；M.Schlesinger等人通过[Bi38O45(OMc)24(DMSO)9]·2DMSO·7H2O前驱体的水解和后续热处理晶化两步法制备出Bi2O3纳米粒子(ChemistryOpen,2013,2,146-155)；W.He等人采用溶胶-凝胶法制备出氧化铋薄膜(Materials Letters,2007,61,4100–4102)；杨群保和梁英等人分别采用水热法合成出Bi2O3晶须和Bi2O3纳米片(无机材料学报,2002,17,979-984；化学学报,2010,68(19),1977-1980)。除了常用的液相方法外，Y.Qiu等人采用气相转移氧化沉积法制备出Bi2O3纳米线(Adv.Mater.,2006,18,2604-2608)；胡汉祥等人通过真空气相氧化法制备出纳米Bi2O3(Trans.Nonferrous Met.Soc.China,2006,16,173-177)。以上液相制备方法虽然可以制备出纳米Bi2O3，但都需要使用溶剂，且有的合成过程需要使用表面活性剂等反应助剂来协助，有的需要昂贵的反应原料，过程复杂，需要高温高压条件，大大增加了制备成本，难以实现规模化工业生产，并且液相法制备还容易导致产物粒子出现团聚现象。而气相法制备纳米Bi2O3一般都需要真空条件和复杂的设备，制备成本高且操作复杂，不利于大规模工业化生产。虽然采用室温固相法制备纳米Bi2O3可以克服液相法和气相法的一些不足，但目前采用固相法制备纳米Bi2O3的文献较少(化学学报,1999,57,491-495)，有待于进一步开发，探索纳米Bi2O3新的固相反应制备方法将是一件非常有意义的工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种过程简单、易于控制、绿色环保的室温固相化学反应制备纳米三氧化二铋的方法。
为实现发明目的，本发明采用如下技术方案：
本发明室温固相化学反应制备纳米三氧化二铋的方法，其特点在于：将固相原料二水合铋酸钠和亚硫酸氢钠混合后，进行球磨固相反应，所得产物经洗涤、离心分离并干燥，即获得目标产物纳米三氧化二铋。
其中：所述二水合铋酸钠和所述亚硫酸氢钠的摩尔比为1:1。所述球磨固相反应是指：将混合后原料放入带有不锈钢真空套的氧化锆球磨罐中，再置于球磨机中，设定转速480rpm，球磨反应不小于10小时。所述洗涤是用蒸馏水进行洗涤，所述干燥是在60℃、0.1Mpa真空度下真空干燥2小时。
本发明在室温下通过对二水合铋酸钠(NaBiO3·2H2O)和亚硫酸氢钠(NaHSO3)固体混合原料的机械球磨而引发固相反应(见反应式(1))，制备出Bi2O3纳米粉体，从而实现本发明的目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明提供的固体混合反应原料的室温球磨固相反应制备技术，制备过程简单、易于控制并减少产物粒子的团聚；
2、本发明提供的纳米三氧化二铋的制备方法，不需要使用溶剂，不添加任何氧化还原剂、模板剂、表面活性剂，提高了产物纯度，也符合材料绿色化合成的要求；
3、本发明提供的纳米三氧化二铋的制备方法，工艺简单、操作安全可靠、易于工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1、2、3制备的纳米三氧化二铋的XRD图谱；
图2为本发明实施例1所制备产物的TEM图像。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，下述实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
按照1：1的摩尔比称取0.01摩尔二水合铋酸钠、0.01摩尔亚硫酸氢钠加入配备50个直径6mm氧化锆磨球和8个直径10mm氧化锆磨球的50mL带有不锈钢真空套的氧化锆球磨罐中，在QM-3SP04行星式高能球磨机中于480rpm下连续球磨10小时，用蒸馏水对产物进行洗涤，离心分离并在60℃和0.1Mpa真空度下真空干燥2小时，得到目标产物。
实施例2
按照1：1的摩尔比称取0.01摩尔二水合铋酸钠、0.01摩尔亚硫酸氢钠加入配备50个直径6mm氧化锆磨球和8个直径10mm氧化锆磨球的50mL带有不锈钢真空套的氧化锆球磨罐中，在QM-3SP04行星式高能球磨机中于480rpm下连续球磨15小时，用蒸馏水对产物进行洗涤，离心分离并在60℃和0.1Mpa真空度下真空干燥2小时，得到目标产物。
实施例3
按照1：1的摩尔比称取0.01摩尔二水合铋酸钠、0.01摩尔亚硫酸氢钠加入配备50个直径6mm氧化锆磨球和8个直径10mm氧化锆磨球的50mL带有不锈钢真空套的氧化锆球磨罐中，在QM-3SP04行星式高能球磨机中于480rpm下连续球磨20小时，用蒸馏水对产物进行洗涤，离心分离并在60℃和0.1Mpa真空度下真空干燥2小时，得到目标产物。
上述实施例所得目标产物的X-射线衍射分析(XRD分析)：分别将实施例1、2和3制得的目标产物及原料铋酸钠进行XRD分析，结果见图1，可以看出，在XRD图谱中只有Bi2O3特征衍射峰，没有原料铋酸钠的衍射峰存在，表明球磨10小时后，铋酸钠和二水合草酸固相反应完全。
由Scherrer公式计算得到：反应原料二水合铋酸钠和亚硫酸氢钠按照1：1的摩尔比混合后分别球磨固相反应10小时、15小时和20小时后，所得产物Bi2O3的平均晶粒尺寸分别为38.7nm、45.2nm、51.6nm，表明随着球磨固相反应时间的延长，Bi2O3的平均晶粒尺寸缓慢增大。在制备过程中，可以通过适当改变球磨时间来控制产物纳米Bi2O3的平均晶粒尺寸。
实施例1所得目标产物的透射电子显微镜观察(TEM图像)：将实施例1制得的产物进行透射电子显微镜观察，其图像见图2。从图像可以看出，实施例1制得的产物粒子分散比较均匀，产物粒子颗粒大小分布范围也比较窄，产物粒子的颗粒大小大约为30-50nm。
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
一种室温固相化学反应制备纳米三氧化二铋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》。
动态评分
0.0