一种室温合成超细钒酸铋黄色颜料的方法

1.本发明涉及无机非金属材料技术领域，尤其涉及一种超细高显色钒酸铋黄色颜料的室温制备方法。


背景技术：

2.钒酸铋(bivo4，简称铋黄)是一种新型黄色无机颜料，具有色泽艳丽、耐候性优异、耐酸碱性好及遮盖力强等优点。更重要的是，该类材料环境友好、无毒，同时在动物实验中无不良反应，因此有望替代传统含cr、cd和pb等有毒重金属元素的铬黄(pbcro4)、镉黄(cds)和锑黄(sb2o5·
2pbo)等，用于食品包装、高级汽车面漆、高级油墨和建筑涂料等领域。此外，bivo4还具有优异的光催化活性、离子导电性和铁弹性等，在光催化降解有机污染物、分解水和消毒杀菌、离子导电陶瓷、超级电容器等领域也得到了广泛的应用。
3.bivo4材料的各种优良性能主要依赖于其晶体结构。bivo4主要有3种晶体结构，分别为单斜白钨矿型(m-bivo4)、四方白钨矿型(t-bivo4)和四方硅酸锆型。bivo4在可见光下呈色性能和光催化性能强烈依赖于它的晶体结构，其中仅有m-bivo4结构能够呈现鲜艳的黄色色调和优异的可见光催化活性，适合作为黄色颜料和光催化剂，成为新型环保颜料和光催化热门材料之一。不同的制备方法对bivo4颜料的结构和性能有着重要影响。目前，合成bivo4黄色颜料的方法主要有固相法、水热法、化学浴沉积法、沉淀法、溶胶-凝胶法和非水解溶胶-凝胶法等。例如，以氧化铋与氧化钒为原料，经350～500℃高温球磨5～8h，制得钒酸铋黄色颜料，粒径约为4.397μm。采用沉淀法经300～800℃的热处理制备出超细钒酸铋黄色颜料。以硝酸铋、偏钒酸盐或钒酸盐为主要原料，通过引入表面活性剂或改变钒源，调控颗粒形貌，分别制得粒径50～150nm的球形颗粒、长为100～200nm、宽为50～100nm的片状钒酸铋或长为200～300nm的棒状钒酸铋。以高纯偏钒酸铵、五水合硝酸铋和表面活性剂为主要原料，经100～140℃水热反应2～6h制得钒酸铋黄色颜料。采用非水解溶胶-凝胶法，以bicl3和vcl3为原料，经400℃煅烧合成钒酸铋颜料。通过引入高沸点复合溶剂混合二元酸酯(dbe)有效调控出球形bivo4晶体，粒径约为738nm，同时改善了bivo4黄色颜料的呈色性能(l*＝74.83、a*＝-0.34、b*＝71.18)。然而，上述现有技术制备方法均仍然存在一些缺点，如原料价格昂贵、实验条件苛刻(高压或者高温煅烧)、反应需要使用有毒的有机溶剂，同时存在着合成温度高、颜料的粒径大和呈色性能不佳等问题。因此，发展一种简便、高效的方法制备高呈色性能的bivo4颜料具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种室温合成超细钒酸铋黄色颜料的方法，在无模板剂条件下，以成本低廉原料、通过室温陈化即可简便高效地获得具有优异呈色性能、粒度分布均匀且分散性好的超细钒酸铋黄色颜料，以适合应用于喷墨打印、汽车面漆、涂料等对粒度有较高要求的领域，并易于大规模生产。
5.本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
6.本发明提供的一种室温合成超细钒酸铋黄色颜料的方法，包括以下步骤：
7.(1)将钒盐溶于按照体积比去离子水∶稀硝酸＝30∶1～4的混合液中，室温搅拌至溶解后得到浓度为0.04～0.30mol/l的溶液a；
8.(2)将铋盐溶于按照体积比去离子水∶稀硝酸＝30∶1～4的混合液中，室温搅拌至溶解后得到浓度为0.04～0.30mol/l的溶液b；按照体积比溶液a∶溶液b＝1∶1，将所述溶液a加入到溶液b中混合，并用氨水调节体系ph值为5～9，搅拌60～240min，得到钒酸铋前驱体溶液；
9.(3)将所述钒酸铋前驱体溶液离心、水洗后，室温陈化24～168h，得到形貌为球形、平均粒径为20～30nm的超细高显色钒酸铋黄色颜料。
10.进一步地，本发明所述铋盐为五水硝酸铋(bino3·
5h2o)、三氯化铋(bicl3)、氧氯化铋(biocl)、或醋酸铋(c2h3bio2)。所述钒盐为偏钒酸铵(nh4vo3)或钒酸钠(navo3)。所述步骤(3)离心处理的转速为2000～4000r/min；水洗次数为3～5次。
11.上述方案中，本发明所述钒酸铋黄色颜料的色度值为l*＝75.77～81.17、a*＝-1.27～9.10、b*＝63.88～76.50。
12.本发明具有以下有益效果：
13.(1)本发明采用液相法室温合成出超细球形钒酸铋黄色颜料，不仅具有优异的呈色性能，而且工艺简单、制备周期短、能耗低，易于大规模生产。
14.(2)本发明在无模板剂的条件下，通过水洗工艺除去氨水和硝酸生成的nh4no3杂质相，减小空间位阻，同时采用室温陈化工艺，通过改善陈化时间和前驱体浓度增加分子间的碰撞频率，加快了体系的反应速度，有利于钒酸铋的形成和晶体的生长，最终室温合成出具有高显色性能、平均粒径为20～30nm的超细钒酸铋黄色颜料，适合应用于喷墨打印、汽车面漆、涂料等对粒度有较高要求的领域。
附图说明
15.下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：
16.图1是本发明实施例制得的钒酸铋黄色颜料的xrd图谱；
17.图2是本发明实施例制得的钒酸铋黄色颜料的sem照片。
具体实施方式
18.实施例一：
19.本实施例一种室温合成超细钒酸铋黄色颜料的方法，其步骤如下：
20.(1)将1.64g偏钒酸铵溶于由30ml去离子水和2ml稀硝酸(浓度为15.2mol/l)组成的混合液中，室温搅拌至溶解后得到溶液a；
21.(2)将6.79g五水硝酸铋溶于由30ml去离子水和2ml稀硝酸组成的混合液中，室温搅拌至溶解后得到溶液b；将上述溶液a逐滴加入到溶液b中混合，并用氨水调节体系ph值为6，搅拌120min，得到钒酸铋前驱体溶液；
22.(3)将上述钒酸铋前驱体溶液以4000r/min转速离心10min、水洗3次后，室温陈化24h，得到超细高显色钒酸铋黄色颜料。
23.实施例二：
24.本实施例与实施例一不同之处在于：
25.偏钒酸铵的用量为0.328g，五水硝酸铋的用量为1.358g；步骤(3)中的室温陈化时间为120h。
26.实施例三：
27.本实施例与实施例一不同之处在于：
28.以钒酸钠为钒源；步骤(2)中的ph值为9；步骤(3)中的室温陈化时间为168h；
29.本实施例制得的钒酸铋黄色颜料色度值为l*＝77.53、a*＝5.97、b*＝63.88。
30.实施例四：
31.本实施例与实施例一不同之处在于：
32.偏钒酸铵的用量为1.310g，五水硝酸铋的用量为5.432g；步骤(2)中的ph值为7；步骤(3)中的室温陈化时间为48h。
33.如图1所示，本发明实施例制得的钒酸铋黄色颜料为纯相单斜晶系白钨矿型钒酸铋。如图2所示，本发明实施例制得的钒酸铋黄色颜料呈现出球形，具有较好的分散性，平均粒径为20～30nm。
34.呈色性能的测试如下：
35.采用全自动白度计对bivo4颜料的颜色参数cie-l*a*b*进行表征。首先使用黑筒和标准白板校准，然后将颜料粉体置于磨具中，压制成片(30*2mm)，通过白度仪分析计算色度值。结果表明本发明实施例钒酸铋黄色颜料具有优异的呈色性能，色度值如表1所示。
36.表1本发明实施例钒酸铋黄色颜料的色度值
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