[发明专利]简便高效节能的铌酸制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种简便、高效、节能的方法将晶态五氧化二铌(晶型不受限制)经铌酸盐或多聚铌酸盐进而获得非晶态五氧化二铌，即铌酸(Nb₂O₅·nH₂O)的方法，其主要内容是采用微波场辐射取代传统的高温固相反应或水热反应方法，将晶相五氧化二铌、碱和水的调和物在微波场作用下将五氧化二铌快速转化为可溶性的铌酸盐，经酸化、洗涤等步骤制备铌酸，产物铌酸可直接作为固体酸催化剂使用，或同草酸、过氧化氢、柠檬酸或酒石酸反应形成水溶性的配合物作为制备铌基材料的前驱物。

背景技术

铌氧化物通常以Nb₂O₅形式存在，主要由铌铁矿分出其它金属后获得，根据生产温度不同，有γ(T)相、β(M)相和δ(H)相三种晶体结构形式。

铌酸(Nb₂O₅·nH₂O)是Nb₂O₅的水合物，但它在结构上与晶相Nb₂O₅完全不同，前者为无定形态，即非晶态，而后者则是晶态。铌酸是一种性能优良的固体酸，其酸强度相当于70％的硫酸。作为非均相固体酸催化剂，铌酸具有良好的耐水性能，广泛用作水合、脱水、酯化、缩合等反应的催化剂，它可以同草酸、柠檬酸等反应形成可溶性的配位化合物，作为制备铌基材料的前驱物，而晶相五氧化二铌表面几乎不具有酸性。

目前铌酸通常是通过晶相Nb₂O₅与碱(或焦硫酸盐)经高温固相反应或水热反应后获得。高温固相合成通常是Nb₂O₅与KOH或K₂CO₃研磨混合后，在马弗炉中经过高温焙烧(如500℃预焙烧6h后再在700℃下焙烧6h)，然后通过酸化、洗涤后处理获得。水热合成是将Nb₂O₅与一定浓度的KOH溶液混合，置于水热反应釜中封装，在200℃下反应12h，冷却后所得产物经酸化、洗涤至中性，过滤、干燥得样品。

高温固相反应法需要经过两次高温焙烧，能耗很高，历时较长，效率较低。高温处理时强碱对容器的强烈腐蚀使得制备成本增高，同时带入杂质到产物影响产品铌酸的酸性和使用稳定性；水热合成法降低了反应的温度，即降低了能耗，同时比高温固相法合成纯度高，技术成熟，但它需要耐压的仪器。同时由于大量水参与反应过程，从而增加了容器的体积，相应地增加了能耗与设备投资。该方法也存在着效率低的缺点。

微波是一种电磁波，微波的电磁部分相关力场方向快速变化，而分子的集聚体不能立即随电和磁场的方向变化，从而产生摩擦使其温度升高。同时微波还有一种非热效应，即可以加快化学反应速率。20世纪80年代微波开始在化学领域中得到广泛研究，并取得了积极效果，如有机合成某些放射性药剂、干燥等领域。微波在催化反应以及催化材料的制备研究中也越来越活跃。

发明内容

本发明主要目的是用微波场加热方法取代传统的高温炉中固相反应法或水热合成法，使晶相五氧化二铌同碱反应在温和条件下快速进行，极大地缩短晶相五氧化二铌向可溶性多铌酸盐转变的时间，提高生产效能，大幅度能耗，同时避免使用压力容器或强碱在高温下对容器的腐蚀作用，降低生产成本。

本发明提供了一种快速制备铌酸的一种方法，其特征在于：

本发明主要包括以下步骤：

主要的反应式：

3Nb₂O₅+8KOH→K₈Nb₆O₁₉+4H₂O   ⑴

3Nb₂O₅+4K₂CO₃→K₈Nb₆O₁₉+4CO₂(g)   ⑵

K₈Nb₆O₁₉+H₂O→6KNbO₃+2KOH   ⑶