1.3产品测试
用Z-3000Zeta电位与粒度分布仪测定粒子粒度;N3000型扫描电子显微镜(SEM)观察颗粒的大小和形貌;D8-ADVANCEX-射线衍射仪(XRD)分析产品的物相。
2结果与讨论
按表2正交实验设计所得产物粒度大小如表3所示。
2.1反应物初始浓度对产物粒径和颜色的影响
反应物初始浓度与产物粒径的关系如图1所示,从中可以看出,在实验考察的范围内,随反应物初始浓度的增大,产品的粒径减小。这可从粒子成核理论得到解释,粒子的形成有晶核的生成与生长两个过程,溶液浓度越大,则过饱和度越大,生成晶核的速度越快,数目也越多。晶核形成以后,溶质在晶核上不断沉积,晶核不断长大;浓度越小,碰撞越少,形成的晶核数目少,生成的晶核粒径就比较大。但若反应物初始浓度太大,则生成的BiVO4量太多,导致反应过程中溶液的搅拌困难,使制得的产品颗粒不均匀。所以,由实验得到最佳反应物初始浓度为1.0mol/L。
2.2反应pH值对产物粒径和颜色的影响
实验过程中,通过控制NaOH的加入量来控制溶液的pH值,在实验考察的pH范围内,随着水溶液pH值的增大,产品的粒径先减小后增大,如图2所示。
由于Bi(NO3)3水溶液酸性极强,与等物质的量的NH4VO3溶液混合后pH值依然在1左右。此时,由于大量的H+游离于溶液中,就会造成一定量的Bi3+未能参加反应而游离于剩余的溶液中,不但影响产率,而且造成产品成分不均匀。所以,采用化学沉淀法制备BiVO4,应当适当提高pH值,但过高的pH值会产生过度胶凝,不利于进一步的洗涤。pH值对晶体的影响包括如下几个方面:pH值会影响晶体的溶解度,使体系中离子平衡发生改变;pH值能改变杂质的活度,使杂质活化或钝化;pH值还能改变晶面的吸附能力以及晶体的生长速度。所以,在某一pH值时,使溶液中的杂质钝化,使晶体表面吸附杂质的能力降低,形成的BiVO4晶体达到最佳的溶解度和最佳的晶体生长速度。实验结果表明,反应的最佳pH值为6,此时,不但粒径小,而且颜色鲜艳。
2.3反应温度对产物粒径和颜色的影响
图3给出反应温度与产物粒径的关系。从图中可以看出,温度较低时,产物的颗粒较大,随着反应温度的升高,产物粒径在减小,当反应温度达到80℃时,形成的产物粒径最小。这是由于温度低,晶核形成慢且数目少,形成的晶体粒径大;温度高,晶核形成快且数目多,使晶核来不及长大,形成的晶体粒径较小。而且反应温度严重影响产物颜色,这是由于在较高温度下生长的晶体,由于结晶质点排斥外来杂质的能力增强,其晶体生长的质量一般比在较低温度下生长的晶体质量要好。所以,反应温度为80℃时,制备的产品粒径小,而且颜色最鲜艳。
2.4反应时间对产物粒径和颜色的影响
反应时间同样影响着晶体的生长质量,反应时间短,晶核来不及长大,形成的晶体粒径较小。但若反应时间太短,则晶核不能很好地生长,形成的产物为无定形(如图4-a),容易形成有缺陷的晶体,从而影响产物的颜色。但若反应时间太长,则晶核在不断长大的过程中,会形成颗粒较大的粗晶体,使产物颜色发生改变。因为随着粒度的增加,颜色由浅渐深,其亮度则由高变低,着色力也由高变低,从而使
颜料性能变差。本实验中,升温至80℃后继续保温1h,才会形成色泽鲜艳的理想晶体(如图4-b)。
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