專利名稱：一種球形納米級五氧化二鈮粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種球形納米級五氧化二鈮粉體的制備方法，可用于制備陶瓷材料、
納米材料和催化劑材料，屬于納米材料和催化劑領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為一種新的催化材料，氧化鈮由于其獨特的催化性能而引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣 泛關(guān)注，它們可以作為催化劑的活性組分、助劑或載體使用，其催化作用主要源于其獨特的 酸性及氧化還原性，在烴類轉(zhuǎn)化、選擇性氧化、酯化、縮合、水解、水合、加氫/脫氫等許多反 應(yīng)中都表現(xiàn)出了較好的催化性能。不僅如此，五氧化二鈮還廣泛應(yīng)用于陶瓷電容器、壓電陶 瓷、新型熱敏材料、介電材料以及磁性材料和光學(xué)材料等領(lǐng)域。目前，五氧化二鈮主要的制 備方法有兩種醇鈮水解法和HF溶解商品氫氧化鈮后氨水沉淀法。醇鈮水解法以鈮的醇鹽 做為原料，不僅價格昂貴，而且工藝條件還很苛刻；HF溶解商品氫氧化鈮后氨水沉淀法工 藝過程中使用了 HF，對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，生產(chǎn)中的安全難以保障。另外，這些方法都很難制備 出顆粒均勻的納米氧化鈮，尤其是電子陶瓷級五氧化二鈮更要求具備粒度小、粒度分布窄、 顆粒團(tuán)聚少和分散性好等特點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種球形納米級五氧化二鈮粉體的制備方法。本方法避免 使用價格昂貴的醇鈮為原料，同時不使用HF，制備出納米級的五氧化二鈮，并且顆粒均勻， 團(tuán)聚輕，顆粒呈現(xiàn)球形。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 —種球形納米級五氧化二鈮粉體的制備方法，包括如下步驟 (1)制備草酸鈮溶液將氫氧化鈮和草酸在蒸餾水中加熱沸煮，不斷攪拌，然后過
濾，得到的澄清液體即為草酸鈮溶液，計算以五氧化二鈮表示的草酸鈮濃度； (2)將碳黑、草酸鈮溶液和乙二醇按照比例混合，計算草酸鈮溶液所相當(dāng)?shù)奈逖趸?br> 二鈮的質(zhì)量，使五氧化二鈮與碳黑的質(zhì)量比為i : 2 i : 9，草酸鈮溶液和乙二醇的體積
比為l : 2 1 : 3，并用氨水調(diào)節(jié)pH值為8 9，得到混合液； (3)將步驟(2)所得的混合液在攪拌條件下，保溫在60 70°C ，時間為8 15分 鐘，然后自然冷卻至室溫，加入蒸餾水，放置，真空抽濾，干燥； (4)將干燥后的產(chǎn)物在馬弗爐中煅燒，得到球形納米級五氧化二鈮粉體。 —種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的步驟(1)中，所述氫氧化鈮和草酸的質(zhì)
量比為i : 3 i : 5，所述氫氧化鈮與蒸餾水的質(zhì)量比為i : 300 i : 500。
—種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的步驟(i)中，在蒸餾水中加熱沸煮的時
間為1 3小時，所述攪拌的速度為350 450轉(zhuǎn)/分鐘。 —種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的步驟(1)中，計算以五氧化二鈮表示的 草酸鈮濃度的方法為分別取5ml、10ml、20ml草酸鈮溶液，在70 8(TC之間將水份揮發(fā)得到白色晶體，然后將該白色晶體置于馬弗爐中80(TC煅燒2小時，冷卻后得到白色粉末(此 白色粉末經(jīng)測試為五氧化二鈮)，稱量得到的白色粉末，計算平均值，再計算每ml草酸鈮溶 液中含有的五氧化二鈮的量，即為以五氧化二鈮表示的草酸鈮的濃度Xmg(Nb205)/ml。
—種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的步驟(2)中，所述的碳黑先在2mo1/1的 氫氧化鈉溶液沸煮2小時，真空抽濾和干燥后再使用。 —種tt^的技術(shù)方案，其特征在于:所述的步驟(3)中，所述保溫為采用水浴加熱，所述攪 拌的速度為200 300轉(zhuǎn)/分鐘。也可以采用其他方式加熱，只要使反應(yīng)體系的 鵬均勻的保持在 60 7(TC之間即可，時間為8 15分鐘，優(yōu)選為溫度保持在60 7(TC之間，時間為8 15分鐘。
—種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的步驟(3)中，所述混合液自然冷卻至室 溫后，加入1 2倍的蒸餾水，持續(xù)攪拌3 10分鐘，然后放置4 6小時左右，真空抽濾， 在8(TC真空干燥4 5小時。 —種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于所述的步驟(4)中，在馬弗爐中煅燒的升溫速 率5°C /分鐘，煅燒時間為2小時，煅燒溫度為800°C。煅燒溫度可以根據(jù)所要獲得到的五 氧化二鈮的晶相結(jié)構(gòu)而改變。 本發(fā)明首先以商業(yè)氫氧化鈮為起始原料，溶解在沸騰的草酸溶液中，等溶液冷后， 過濾掉不溶物，得到無色透明的草酸鈮溶液。其次，將適量碳黑、一定體積比的草酸鈮溶液 和乙二醇混合，并用氨水調(diào)節(jié)ra值為8 9，在攪拌條件下水浴中加熱一定時間。然后冷 卻，注水，放置，過濾，干燥。最后，將干燥后的產(chǎn)物在馬弗爐中煅燒。
反應(yīng)過程如下 鈮化合物+NH40H — Nb205 xH20 I +H20+氨化合物
NbA j[H20 — Nb205 + xH20
c + 02 一 CO2 本發(fā)明的優(yōu)點在于 1、制備的球形納米級五氧化二鈮粉體粒徑小，平均粒徑為40納米的吣205，并且顆 粒均勻，團(tuán)聚輕，顆粒呈現(xiàn)球形，分散性好；產(chǎn)物純度可達(dá)99. 99%以上。
2、整個工藝過程簡單，原料來源廣泛，價格便宜，過程安全，有利于實現(xiàn)工業(yè)化。
下面通過附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但并不意味著對本發(fā)明保 護(hù)范圍的限制。


圖1為實施例1所得球形納米級五氧化 圖2為實施例1所得球形納米級五氧化 圖3為實施例2所得球形納米級五氧化 圖4為實施例2所得球形納米級五氧化 圖5為實施例3所得球形納米級五氧化 圖6為實施例3所得球形納米級五氧化
具體實施例方式
實施例中所用原料規(guī)格如下
二鈮粉體的X射線衍射圖譜。
二鈮粉體的電子掃描電鏡圖譜。
二鈮粉體的X射線衍射圖譜。
二鈮粉體的電子掃描電鏡圖譜。
二鈮粉體的X射線衍射圖譜。
二鈮粉體的電子掃描電鏡圖譜。
氫氧化鈮寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司、分析純 乙二醇北京化工廠、分析純 氨水北京化工廠、分析純 草酸北京化工廠、分析純 炭黑美國CAB0T公司、型號Vulcan XC-72 氫氧化鈉北京化工廠、分析純 實施例1 制備草酸鈮溶液將氫氧化鈮和草酸在蒸餾水中加熱沸煮1小時，不斷攪拌，攪拌 速度為450轉(zhuǎn)/分鐘，然后采用普通漏斗常壓過濾，得到的澄清液體即為草酸鈮溶液；其中
氫氧化鈮和草酸的質(zhì)量比為i : 3，氫氧化鈮與蒸餾水的質(zhì)量比為i : 300;以五氧化二鈮
表示的草酸鈮的濃度為10. 45mg(Nb205)/ml。 以五氧化二鈮表示的草酸鈮濃度按照下列方法計算 分別取5ml、 10ml、20ml草酸鈮溶液，在70 8(TC之間將水份揮發(fā)得到白色晶體， 然后將該白色晶體置于馬弗爐中80(TC煅燒2小時，冷卻后得到白色粉末(此白色粉末經(jīng)測 試為五氧化二鈮)，稱量得到的白色粉末，計算平均值，再計算每ml草酸鈮溶液中含有的五 氧化二鈮的量，即為以五氧化二鈮表示的草酸鈮的濃度Xmg(Nb205)/ml。
首先碳黑經(jīng)過2mo1/1的氫氧化鈉溶液沸煮2小時，然后真空抽濾和干燥；將經(jīng)過 上述處理的3. 6克碳黑、38. 3ml的草酸鈮溶液和114. 9ml乙二醇混合(五氧化二鈮的載量 為10% )，并用氨水調(diào)節(jié)pH值為9。 將上述溶液在攪拌條件下在水浴中加熱，水浴溫度為70°C ，加熱時間為8分鐘，攪 拌速度為200轉(zhuǎn)/分鐘左右。加熱完畢之后，從水浴中取出，自然冷卻至室溫，加入2倍的 蒸餾水，持續(xù)攪拌5分鐘之后，放置5小時左右，真空抽濾，8(TC真空干燥4小時；
將干燥后的產(chǎn)物在馬弗爐中煅燒，升溫速率5°C /分鐘，煅燒時間2小時，煅燒溫度 800°C ，得到球形納米級五氧化二鈮粉體。 如圖1所示，為本實施例所得球形納米級五氧化二鈮粉體的X射線衍射圖譜，圖2 為本實施例所得球形納米級五氧化二鈮粉體的電子掃描電鏡圖譜?？梢钥闯?，所得到的球 形納米級五氧化二鈮粉體粒徑小，平均粒徑為40納米，并且顆粒均勻，團(tuán)聚輕，顆粒呈現(xiàn)球 形，分散性好；產(chǎn)物純度可達(dá)99. 99%以上。
實施例2 制備草酸鈮溶液將氫氧化鈮和草酸在蒸餾水中加熱沸煮2小時，不斷攪拌，攪拌 速度為400轉(zhuǎn)/分鐘，然后采用普通漏斗常壓過濾，得到的澄清液體即為草酸鈮溶液；其中 氫氧化鈮和草酸的質(zhì)量比為1 : 4，氫氧化鈮與蒸餾水的質(zhì)量比為1 : 400;以五氧化二鈮 表示的草酸鈮的濃度為12. 18mg(Nb205)/ml。以五氧化二鈮表示的草酸鈮濃度的計算方法 同實施例1。 首先碳黑經(jīng)過2mo1/1的氫氧化鈉溶液沸煮2小時，然后真空抽濾和干燥；將經(jīng)過 上述處理的4克碳黑、82. lml的草酸鈮溶液和206. 2ml乙二醇混合(五氧化二鈮的載量為 20% )，并用氨水調(diào)節(jié)pH值為8.5。 將上述溶液在攪拌條件下在水浴中加熱，水浴溫度為65t:，加熱時間為10分鐘， 攪拌速度為250轉(zhuǎn)/分鐘左右。加熱完畢之后，從水浴中取出，自然冷卻至室溫，加入1.5
5倍的蒸餾水，持續(xù)攪拌3分鐘之后，放置小6時左右，真空抽濾，8(TC真空干燥4. 5小時；
將干燥后的產(chǎn)物在馬弗爐中煅燒，升溫速率5°C /分鐘，煅燒時間2小時，煅燒溫度 800°C ，得到球形納米級五氧化二鈮粉體。 如圖3所示，為本實施例所得球形納米級五氧化二鈮粉體的X射線衍射圖譜，圖4 為本實施例所得球形納米級五氧化二鈮粉體的電子掃描電鏡圖譜?？梢钥闯?，所得到的球 形納米級五氧化二鈮粉體粒徑小，平均粒徑為40納米，并且顆粒均勻，團(tuán)聚輕，顆粒呈現(xiàn)球 形，分散性好；產(chǎn)物純度可達(dá)99. 99%以上。
實施例3 制備草酸鈮溶液將氫氧化鈮和草酸在蒸餾水中加熱沸煮3小時，不斷攪拌，攪拌 速度為350轉(zhuǎn)/分鐘，然后采用普通漏斗常壓過濾，得到的澄清液體即為草酸鈮溶液；其中 氫氧化鈮和草酸的質(zhì)量比為1 : 5，氫氧化鈮與蒸餾水的質(zhì)量比為1 : 500;以五氧化二鈮 表示的草酸鈮的濃度為15.37mg(Nb205)/ml。以五氧化二鈮表示的草酸鈮濃度的計算方法 同實施例1。 首先碳黑經(jīng)過2mo1/1的氫氧化鈉溶液沸煮2小時，然后真空抽濾和干燥；將經(jīng)過 上述處理的4克碳黑、110. 6ml的草酸鈮溶液和221. 2ml乙二醇混合(五氧化二鈮的載量為 30% )，并用氨水調(diào)節(jié)pH值為8。 將上述溶液在攪拌條件下在水浴中加熱，水浴溫度為6(TC，加熱時間為15分鐘， 攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分鐘。加熱完畢之后，從水浴中取出，自然冷卻至室溫，加入1倍的蒸 餾水，持續(xù)攪拌10分鐘之后，放置4小時左右，真空抽濾，8(TC真空干燥5小時；
將干燥后的產(chǎn)物在馬弗爐中煅燒，升溫速率5°C /分鐘，煅燒時間2小時，煅燒溫度 800°C ，得到球形納米級五氧化二鈮粉體。 如圖5所示，為本實施例所得球形納米級五氧化二鈮粉體的X射線衍射圖譜，圖6 為本實施例所得球形納米級五氧化二鈮粉體的電子掃描電鏡圖譜。可以看出，所得到的球 形納米級五氧化二鈮粉體粒徑小，平均粒徑為40納米，并且顆粒均勻，團(tuán)聚輕，顆粒呈現(xiàn)球 形，分散性好；產(chǎn)物純度可達(dá)99. 99%以上。
權(quán)利要求
一種球形納米級五氧化二鈮粉體的制備方法，包括如下步驟(1)制備草酸鈮溶液∶將氫氧化鈮和草酸在蒸餾水中加熱沸煮，不斷攪拌，然后過濾，得到的澄清液體即為草酸鈮溶液，計算以五氧化二鈮表示的草酸鈮濃度；(2)將碳黑、草酸鈮溶液和乙二醇按照比例混合，計算草酸鈮溶液所相當(dāng)?shù)奈逖趸壍馁|(zhì)量，使五氧化二鈮與碳黑的質(zhì)量比為1∶2～1∶9，草酸鈮溶液和乙二醇的體積比為1∶2～1∶3，并用氨水調(diào)節(jié)pH值為8～9，得到混合液；(3)將步驟(2)所得的混合液在攪拌條件下，保溫在60～70℃，時間為8～15分鐘，然后自然冷卻至室溫，加入蒸餾水，放置，真空抽濾，干燥；(4)將干燥后的產(chǎn)物在馬弗爐中煅燒，得到球形納米級五氧化二鈮粉體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形納米級五氧化二鈮粉體的制備方法，其特征在于所述的步驟(i)中，所述氫氧化鈮和草酸的質(zhì)量比為i : 3 i : 5，所述氫氧化鈮與蒸餾水的 質(zhì)量比為i : 300 i : 500。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形納米級五氧化二鈮粉體的制備方法，其特征在于所述的步驟(1)中，在蒸餾水中加熱沸煮的時間為1 3小時，所述攪拌的速度為350 450轉(zhuǎn)/分鐘。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形納米級五氧化二鈮粉體的制備方法，其特征在于所述的步驟(1)中，計算以五氧化二鈮表示的草酸鈮濃度的方法為分別取5ml、10ml、20ml草 酸鈮溶液，在70 8(TC之間將水份揮發(fā)得到白色晶體，然后將該白色晶體置于馬弗爐中 80(TC煅燒2小時，冷卻后得到白色粉末，稱量得到的白色粉末，計算平均值，再計算每ml草 酸鈮溶液中含有的五氧化二鈮的量，即為以五氧化二鈮表示的草酸鈮的濃度Xmg(N、0》/ ml。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形納米級五氧化二鈮粉體的制備方法，其特征在于所述 的步驟(2)中，所述的碳黑先在2mo1/1的氫氧化鈉溶液沸煮2小時，真空抽濾和干燥后再 使用。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形納米級五氧化二鈮粉體的制備方法，其特征在于所述 的步驟(3)中，所述保溫為采用水浴加熱，所述攪拌的速度為200 300轉(zhuǎn)/分鐘。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形納米級五氧化二鈮粉體的制備方法，其特征在于所述 的步驟(3)中，所述混合液自然冷卻至室溫后，加入1 2倍的蒸餾水，持續(xù)攪拌3 10分 鐘，然后放置4 6小時，真空抽濾，在8(TC真空干燥4 5小時。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形納米級五氧化二鈮粉體的制備方法，其特征在于所 述的步驟(4)中，在馬弗爐中煅燒的升溫速率5t:/分鐘，煅燒時間為2小時，煅燒溫度為 800°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種球形納米級五氧化二鈮粉體的制備方法，包括將氫氧化鈮和草酸在蒸餾水中加熱沸煮，制備草酸鈮溶液；將碳黑、草酸鈮溶液和乙二醇按比例混合，使五氧化二鈮與碳黑的質(zhì)量比為1∶2～1∶9，草酸鈮溶液和乙二醇的體積比為1∶2～1∶3；并用氨水調(diào)節(jié)pH值為8～9；在攪拌下，保溫在60～70℃，時間為8～15分鐘，冷卻，加水，放置，過濾，干燥；將干燥后的產(chǎn)物在馬弗爐中煅燒，得到球形納米級五氧化二鈮粉體。本發(fā)明制備的球形納米級五氧化二鈮粉體粒徑小，并且顆粒均勻，團(tuán)聚輕，顆粒呈現(xiàn)球形，分散性好；產(chǎn)物純度可達(dá)99.99％以上；整個工藝過程簡單，原料來源廣泛，價格便宜，過程安全，有利于實現(xiàn)工業(yè)化。
文檔編號C01G33/00GK101700910SQ20091023875
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者盧世剛, 張向軍, 李偉偉 申請人:北京有色金屬研究總院