[发明专利]一种溶胶－凝胶自蔓延燃烧制备CaIn2O4粉体的方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种溶胶-凝胶自蔓延燃烧制备CaIn₂O₄粉体的方法。

(二)背景技术

利用TiO₂半导体光催化剂光致分解有机污染物的技术一直以其强氧化性和利用太阳光等特点吸引着众多学者。但是由于TiO₂带隙较宽(Eg＝3.2eV)，仅能在占太阳光总能量4％的紫外光下表现出催化活性，因而极大地限制了它的发展。

CaIn₂O₄是一种新型的半导体光催化剂，其带隙宽度仅为2.0eV，在可见光的照射下就能够有效降解水体中的有机污染物，在环境净化方面取得了较大突破，极具应用前景。目前所报道的CaIn₂O₄光催化剂都是采用固相反应法制备的，即将固体CaCO₃、In₂O₃粉体混合后，1050℃高温灼烧12h后经研磨获得。这种方法的缺点是固体粉末难以均匀混合，反应温度高、时间长、不充分，所得产物颗粒较粗。

(三)发明内容

本发明则是为了提供一种利用溶胶-凝胶自蔓延燃烧制备CaIn₂O₄粉体的方法，以解决现有固相反应法中反应物难以混合均匀及需要高温烧结的问题。

本发明采用的技术法方案是：

一种溶胶-凝胶自蔓延燃烧制备CaIn₂O₄粉体的方法，所述方法为：以含Ca(NO₃)₂和In(NO₃)₃的硝酸盐水溶液为反应起始溶液，缓慢滴加作为溶胶-凝胶螯合剂和自燃烧燃料的柠檬酸的水溶液，适当加热并搅拌，得到溶胶-凝胶前驱体。用硝酸或氨水调节溶胶-凝胶前驱体至pH值为2～3，加热水解此前驱体形成溶胶，溶胶干燥，得干凝胶，加热引燃干凝胶，经充分自蔓延燃烧得燃烧产物，燃烧产物于550～600℃下热处理1～2h，研磨，得到所述CaIn₂O₄粉体，所述硝酸盐水溶液中Ca(NO₃)₂和In(NO₃)₃的物质的量比为1∶2。调节溶胶-凝胶前驱体pH值为2～3，是为了控制水解，pH值过小，水解速度慢，生产效率低；pH值过大，水解速度、胶体粘度过大，容易导致自燃烧过程缓慢、不充分，且氧化还原反应也不能均匀进行，产物成分不均一。由硝酸盐和柠檬酸形成的凝胶具有自蔓延燃烧特性，利用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法，不需要预烧，一步即可得到所需的相，减少了预烧过程中可能形成的硬团聚和晶粒长大，提高了粉体的活性。

具体的，所述方法包括：

(1)将In₂O₃加入浓硝酸中，40～50℃下加热至In₂O₃完全溶解，溶液澄清透明，再加入CaCO₃得到含Ca²⁺和In³⁺的硝酸盐溶液(即含Ca(NO₃)₂和In(NO₃)₃的硝酸盐水溶液)；所述浓硝酸为分析纯；所述硝酸盐水溶液CaCO₃、In₂O₃、HNO₃物质的量之比为1∶1∶8；

(2)往步骤(1)所得硝酸盐溶液缓慢滴加柠檬酸水溶液，40～50℃加热搅拌，得到溶胶-凝胶前驱体；柠檬酸水溶液中的柠檬酸与步骤(1)所述的CaCO₃物质的量之比为2.22～11∶1；

(3)用硝酸或氨水调溶胶-凝胶前驱体pH值为2～3，60～70℃下水解，得到溶胶，溶胶于60～70℃下干燥，得干凝胶；

(4)400℃加热引燃干凝胶，经充分自蔓延燃烧得燃烧产物，燃烧产物于550～600℃热处理1～2h，研磨，得到所述CaIn₂O₄粉体。