本發(fā)明涉及鈮酸鹽的合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種家用微波爐合成六鈮酸堿金屬鹽的方法。

背景技術(shù)：

鈮酸鹽具有各種光、電和催化性質(zhì)，因而被廣大科研工作者開發(fā)成各種材料。具體說來，有以下幾種研究方向。

1、鈮酸鹽發(fā)光材料

堿金屬鈮酸鹽由于具有優(yōu)良的電光和聲光、壓電、鐵電和非線性光學(xué)性質(zhì)，一直被廣泛應(yīng)用于制作各類光學(xué)波導(dǎo)、光倍頻、光調(diào)制、光轉(zhuǎn)換、聲表面波和全息存儲(chǔ)器等器件。多年以來，諸多的研究主要集中在探索LiNbO₃的發(fā)光性質(zhì)。在77K下，K₄NbO₁₇和KNb₃O₈可發(fā)藍(lán)光。過渡金屬元素及稀土元素?fù)诫s的光致發(fā)光是發(fā)光現(xiàn)象中研究最多的一個(gè)內(nèi)容，稀土離子摻雜的KLaNb₂O₇在激發(fā)基質(zhì)下顯示基質(zhì)發(fā)光和稀土離子的特征發(fā)光；而由于存在稀土離子的電子或空穴捕獲過程只顯示稀土離子的特征發(fā)光，基質(zhì)發(fā)光完全猝滅，Sm³⁺摻雜的KLaNb₂O₇顯示獨(dú)特的光致發(fā)光和熱致發(fā)光特性；其他例如Eu³⁺摻雜的YNbO₄等也顯示了良好的發(fā)光性能。

2、鈮酸鹽陶瓷介電材料

鈮酸鹽鐵電陶瓷介電材料是一類非常重要的鐵電陶瓷體系，其主要的結(jié)構(gòu)有鈣鈦鐵礦和鎢青銅結(jié)構(gòu)兩種。這兩種結(jié)構(gòu)均有非常高的介電常數(shù)且鎢青銅結(jié)構(gòu)比鈣鈦鐵礦結(jié)構(gòu)更開闊，更大范圍的陰、陽離相互替換。Corning公司、賓夕法尼亞州立大學(xué)、北京有色金屬研究總院、華中科技大學(xué)開展了鈮酸鹽基玻璃陶瓷的結(jié)晶性能，微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的研究。

3、鈮酸鹽催化材料

幾十年來，含鈮化合物的催化應(yīng)用方面的研究和開發(fā)一直非?；钴S，鈮的化合物的特性使它具有促進(jìn)劑和載體的作用，添加少量氧化鈮到催化劑里，即可顯著提高催化活性和催化劑的壽命。此外，對于金屬或金屬氧化物催化劑，作為載體的氧化鈮表現(xiàn)出明顯的作用，承載其他氧化物的含有鈮和氧化鈮的混合氧化物也有上述作用。因此，含鈮化合物在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。鈮酸鹽及含鈮化合物在酸性條件的催化反應(yīng)中，表現(xiàn)出很好的催化活性、選擇性及穩(wěn)定性，能夠合成大量的有機(jī)物；還可有效地去除工業(yè)廢氣中和汽車尾氣中的氮氧化物以及降解有機(jī)印染廢水；而在紫外光或可見光的照射下，一些鈮酸鹽可完全分解水放出氫氣和氧氣，從而給人們研制開發(fā)綠色能源技術(shù)開辟了一條新的途徑。

鈮酸鹽的制備方法有很多，如水熱法，固相熔融法，電化學(xué)法等。而一般采用的原料也是各種各樣。因?yàn)楣I(yè)上對鈮的加工主要有單質(zhì)鈮和五氧化二化鈮成品。其他如水合五氧化二鈮、五氯化鈮和五氟化鈮以及鈮的各種醇鹽，也是較為常見的。但是因?yàn)殁壖拔逖趸壍姆磻?yīng)活性比較差，而水合五氧化二鈮、五氯化二鈮，五氟化二鈮以及鈮的各種醇鹽雖然反應(yīng)活性比較好，但原料一般不易得，且比較昂貴，這給科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用帶來了諸多不便。于是，利用現(xiàn)有較為廉價(jià)的工業(yè)鈮原料制備各種鈮化合物，來研究它的各種性質(zhì)成了廣大科研工作者較為關(guān)注的內(nèi)容。

而六鈮酸鹽(以六鈮酸堿金屬鹽為代表，M₇HNb₆O₁₉·nH₂O,或者M(jìn)₈Nb₆O₁₉·nH₂O，M＝Li,Na,K,Rb,Cs，不同的堿金屬，其n值可能不同)因在水溶解中溶解性好，在一定的pH條件下可便利地轉(zhuǎn)化為各種含鈮化合物，體現(xiàn)了良好的化學(xué)穩(wěn)定性和反應(yīng)活性，且僅使用工業(yè)制品五氧化二鈮，制備簡單，保存容易，已成為一種最為重要的制備各種鈮化合物前驅(qū)體，越來越引起人們的重視。

現(xiàn)有合成六鈮酸鹽的制備方法主要有四種。其一是在馬弗爐中，將反應(yīng)活性較差的市售五氧化二鈮與堿金屬氫氧化物或碳酸鹽在400-750度下熔融反應(yīng)5-10小時(shí)制得水溶性和反應(yīng)活性都非常好的六鈮酸鹽，反應(yīng)過程中采用必不可少的馬弗爐，溫度高，能耗大，反應(yīng)時(shí)間長，后處理較為麻煩，收率一般。其二是用不易得的、較昂貴的其他鈮的化合物，如水合五氧化二鈮、五氯化鈮等直接作為原料用于合成六鈮酸鹽。其三是用市售五氧化二鈮與其他堿性化合物在水熱釜中加熱反應(yīng)若干小時(shí)，得到六鈮酸鹽。此法一般用于實(shí)驗(yàn)室合成，雖較為簡單方便，但受限于反應(yīng)釜和烘箱的尺寸，不能大量合成。其四是通過用五氧化二鈮與氫氟酸在水熱條件下反應(yīng)生成活性較高的鈮的氟化物來制取六鈮酸鹽，但這種方法需要使用毒性大、揮發(fā)性強(qiáng)的氫氟酸，安全性和可操作性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種家用微波爐合成六鈮酸堿金屬鹽的方法。

具體的，本發(fā)明的家用微波爐合成六鈮酸堿金屬鹽的方法，所述六鈮酸堿金屬鹽的化學(xué)式為：M₈Nb₆O₁₉·nH₂O，其中，M選自Li、Na、K、Rb或Cs，n為5-20之間的任意整數(shù)；

合成所述六鈮酸堿金屬鹽的具體步驟如下：

以五氧化二鈮和過量的堿金屬氫氧化物或堿金屬碳酸鹽為原料，放入家用微波爐中，在中低火條件下反應(yīng)1-2分鐘，經(jīng)后處理后即可得到收率達(dá)到90％以上的六鈮酸堿金屬鹽。

其中，堿金屬為Li、Na、K、Rb或Cs中的一種。

優(yōu)選地，所述六鈮酸堿金屬鹽為Li₈Nb₆O₁₉·14H₂O、Na₈Nb₆O₁₉·13H₂O、K₈Nb₆O₁₉·16H₂O、Rb₈Nb₆O₁₉·14H₂O、Cs₈Nb₆O₁₉·14H₂O中的一種。

更優(yōu)選地，所述家用微波爐為型號(hào)是70D20TL-D4的格蘭仕微波爐。

優(yōu)選地，所述微波功率為280W，微波輸出頻率為2450MHz，反應(yīng)溫度為75-150℃。

優(yōu)選地，所述堿金屬氫氧化物和所述五氧化二鈮的摩爾比為8：3。

優(yōu)選地，所述堿金屬碳酸鹽和所述五氧化二鈮的摩爾比為4：3。

優(yōu)選地，本發(fā)明的微波法合成六鈮酸堿金屬鹽的方法，具體步驟是：將五氧化二鈮和過量的堿金屬氫氧化物或堿金屬碳酸鹽用研缽磨細(xì)，攪拌均勻，放入微波爐中，中低火加熱1分鐘，趁熱取出，將得到的白色膏狀物迅速攪勻，然后再次放入微波爐中，繼續(xù)中低火加熱1分鐘，冷卻，取出白色膏狀物，用足夠量的二次蒸餾水溶解，過濾除去不溶物，得到無色澄清液，然后加入乙醇，得到白色沉淀物，過濾，用乙醇洗滌三次，室溫干燥，得白色粉末，即為六鈮酸堿金屬鹽，在水中進(jìn)一步提純，產(chǎn)率達(dá)90以上。

微波合成法具有以下特點(diǎn)：(a)加熱速度快。由于微波能夠深入物質(zhì)的內(nèi)部，而不是依靠物質(zhì)本身的熱傳導(dǎo)，因此只需要常規(guī)方法十分之一到百分之一的時(shí)間就可完成整個(gè)加熱過程；(b)熱能利用率高，節(jié)省能源，無公害，有利于改善勞動(dòng)條件；(c)反應(yīng)靈敏，常規(guī)的加熱方法不論是電熱、蒸汽、熱空氣等，要達(dá)到一定的溫度都需要一段時(shí)間，而利用微波加熱，調(diào)整微波輸出功率，物質(zhì)加熱情況立即無惰性地隨著改變，這樣便于自動(dòng)化控制；(d)產(chǎn)品質(zhì)量高，微波加熱溫度均勻，表里一致，對于外形復(fù)雜的物體，其加熱均勻性也比其它加熱方法好，對于有的物質(zhì)還可以產(chǎn)生一些有利的物理或化學(xué)作用。本發(fā)明采用家用微波爐合成六鈮酸堿金屬鹽，合成方法簡單，產(chǎn)物純度高，操作便捷，反應(yīng)時(shí)間短，設(shè)備要求低，造價(jià)更為便宜，基本不產(chǎn)生三廢，綠色環(huán)保。到的六鈮酸堿金屬鹽能完全溶于水，可做制備其他活性鈮化合物的的原料。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例3的化合物K₈Nb₆O₁₉·16H₂O的單晶結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例3的化合物K₈Nb₆O₁₉·16H₂O的粉末衍射圖。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實(shí)施，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但所舉實(shí)施例不作為對本發(fā)明的限定。

一種家用微波爐合成六鈮酸堿金屬鹽的方法，所述六鈮酸堿金屬鹽的化學(xué)式為：M₈Nb₆O₁₉·nH₂O，其中，M選自Li、Na、K、Rb或Cs，n為5-20之間的任意整數(shù)；

合成所述六鈮酸堿金屬鹽的具體步驟如下：以五氧化二鈮和過量的堿金屬氫氧化物或堿金屬碳酸鹽為原料，放入微波爐中，在中低火條件下反應(yīng)1-2分鐘，經(jīng)后處理后即可得到收率達(dá)到90％以上的六鈮酸堿金屬鹽；其中，堿金屬為Li、Na、K、Rb或Cs中的一種。

具體的，若使用堿金屬氫氧化物為原料，則按反應(yīng)式(1)進(jìn)行，若使用堿金屬碳酸鹽為原料，則按反應(yīng)式(2)進(jìn)行。

下面就本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的舉例說明，需要說明的是，以下實(shí)施例中所用到的原料和試劑，若無特殊說明，皆為市場上購買得到，以下實(shí)施例中所涉及的方法，若無特殊說明，均為現(xiàn)有的常規(guī)方法。

實(shí)施例1

Li₈Nb₆O₁₉·14H₂O的合成

具體反應(yīng)按(3)式進(jìn)行：

具體合成方法為：稱取99％的五氧化二鈮13.3g和98％的氫氧化鋰9.0g(過量)于研缽中磨細(xì)、攪拌均勻，轉(zhuǎn)入至格蘭仕(Galanz)微波爐(型號(hào)：70D20TL-D4)中，使用中低火加熱一分鐘，趁熱取出，將得到的白色膏狀物迅速攪勻，然后再次放入微波爐中，繼續(xù)中低火加熱1分鐘，冷卻，取出白色膏狀物。將白色膏狀物用足夠量的二次蒸餾水溶解，過濾除去不溶物，得到無色澄清液，然后加入一定量的工業(yè)級(jí)乙醇，得到白色沉淀物，過濾，工業(yè)乙醇洗滌三次，室溫干燥，得白色粉末，即為六鈮酸八鋰，可在水中重結(jié)晶進(jìn)一步提純，得白色晶態(tài)固體17.5g，產(chǎn)率90.4％(以Nb₂O₅計(jì))。

實(shí)施例2

Na₈Nb₆O₁₉·13H₂O的合成

具體反應(yīng)按(4)式進(jìn)行：

具體合成方法為：稱取99％的五氧化二鈮13.3g和98％的氫氧化鈉16.0g(過量)于研缽中磨細(xì)、攪拌均勻，轉(zhuǎn)入至格蘭仕(Galanz)微波爐(型號(hào)：70D20TL-D4)中，使用中低火加熱一分鐘，趁熱取出，將得到的白色膏狀物迅速攪勻，然后再次放入微波爐中，繼續(xù)中低火加熱1分鐘，冷卻，取出白色膏狀物。將白色膏狀物用足夠量的二次蒸餾水溶解，過濾除去不溶物，得到無色澄清液，然后加入一定量的工業(yè)級(jí)乙醇，得到白色沉淀物，過濾，工業(yè)乙醇洗滌三次，室溫干燥，得白色粉末，即為六鈮酸八鈉，可在水中重結(jié)晶進(jìn)一步提純，得白色晶態(tài)固體19.4g，產(chǎn)率91.2％(以Nb₂O₅計(jì))。

實(shí)施例3

K₈Nb₆O₁₉·16H₂O的合成

具體反應(yīng)按(5)式進(jìn)行：

具體合成方法為：稱取99％的五氧化二鈮13.3g和85％的氫氧化鉀26.0g(過量)于研缽中磨細(xì)、攪拌均勻，轉(zhuǎn)入至格蘭仕(Galanz)微波爐(型號(hào)：70D20TL-D4)中，使用中低火加熱一分鐘，趁熱取出，將得到的白色膏狀物迅速攪勻，然后再次放入微波爐中，繼續(xù)中低火加熱1分鐘，冷卻，取出白色膏狀物。將白色膏狀物用足夠量的二次蒸餾水溶解，過濾除去不溶物，得到無色澄清液，然后加入一定量的工業(yè)級(jí)乙醇，得到白色沉淀物，過濾，工業(yè)乙醇洗滌三次，室溫干燥，得白色粉末，即為六鈮酸八鉀，可在水中重結(jié)晶進(jìn)一步提純，得白色晶態(tài)固體22.8g，產(chǎn)率93.4％(以Nb₂O₅計(jì))。

對實(shí)施例3中的產(chǎn)物K₈Nb₆O₁₉·16H₂O的飽和水溶液于空氣中緩慢揮發(fā)，得到了K₈Nb₆O₁₉·16H₂O的單晶，并進(jìn)行了單晶X-射線結(jié)構(gòu)分析，測得了它的晶體結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)和文獻(xiàn)報(bào)道的一致。采用的單晶X-射線衍射儀的型號(hào)為：RIGAKU Saturn 70CCD衍射儀(石墨單色器，Mo Kα，)RIGAKU Mercury CCD/AFC衍射儀(石墨單色器，Mo Kα，)RIGAKU SCX mini CCD衍射儀(石墨單色器，Mo Kα，)，所有結(jié)構(gòu)計(jì)算均用SHELXTL-97程序包進(jìn)行，具體的單晶結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，圖中各色小球分別代表相應(yīng)的離子。

對實(shí)施例3中的產(chǎn)物K₈Nb₆O₁₉·16H₂O進(jìn)行了粉末X-射線衍射實(shí)驗(yàn)，其數(shù)據(jù)在Philips X'rt-MPD衍射儀上收集，工作波長為Cu-Kα1射線其模擬的粉末衍射數(shù)據(jù)通過晶體學(xué)軟件Mercury 3.8對K₈Nb₆O₁₉·16H₂O的單晶數(shù)據(jù)模擬所得。圖2中為K₈Nb₆O₁₉·16H₂O的粉末衍射圖，其中，黑色曲線為理論模擬數(shù)據(jù)，紅色曲線為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由圖2可知，實(shí)驗(yàn)測得的粉末衍射圖樣與由單晶衍射數(shù)據(jù)擬合的結(jié)果吻合得較好，說明實(shí)施例3中的K₈Nb₆O₁₉·16H₂O的結(jié)構(gòu)與文獻(xiàn)所報(bào)道的一致，并能證明所得粉末是純相。另外，在各圖中也可以見到實(shí)驗(yàn)測得的部分衍射峰強(qiáng)度與模擬的不同，這是由于晶體的取向的不同造成的。

實(shí)施例4

Rb₈Nb₆O₁₉·14H₂O的合成

具體反應(yīng)按(6)式進(jìn)行：

具體合成方法為：稱取99％的五氧化二鈮13.3g和50wt％的氫氧化銣80.0g(過量)攪拌均勻，轉(zhuǎn)入至格蘭仕(Galanz)微波爐(型號(hào)：70D20TL-D4)中，使用中低火加熱一分鐘，趁熱取出，將得到的白色膏狀物迅速攪勻，然后再次放入微波爐中，繼續(xù)中低火加熱1分鐘，冷卻，取出白色膏狀物。將白色膏狀物用足夠量的二次蒸餾水溶解，過濾除去不溶物，得到無色澄清液，然后加入一定量的工業(yè)級(jí)乙醇，得到白色沉淀物，過濾，工業(yè)乙醇洗滌三次，室溫干燥，得白色粉末，即為六鈮酸八銣，可在水中重結(jié)晶進(jìn)一步提純，得白色晶態(tài)固體27.8g，產(chǎn)率92.9％(以Nb₂O₅計(jì))。

實(shí)施例5

Cs₈Nb₆O₁₉·14H₂O的合成

具體反應(yīng)按(7)式進(jìn)行：

具體合成方法為：稱取99％的五氧化二鈮13.3g和50wt％的氫氧化銫118.0g(過量)攪拌均勻，轉(zhuǎn)入至格蘭仕(Galanz)微波爐(型號(hào)：70D20TL-D4)中，使用中低火加熱一分鐘，趁熱取出，將得到的白色膏狀物迅速攪勻，然后再次放入微波爐中，繼續(xù)中低火加熱1分鐘，冷卻，取出白色膏狀物。將白色膏狀物用足夠量的二次蒸餾水溶解，過濾除去不溶物，得到無色澄清液，然后加入一定量的工業(yè)級(jí)乙醇，得到白色沉淀物，過濾，工業(yè)乙醇洗滌三次，室溫干燥，得白色粉末，即為六鈮酸八銫，可在水中重結(jié)晶進(jìn)一步提純，得白色晶態(tài)固體33.6g，產(chǎn)率92.7％(以Nb₂O₅計(jì))。

以上實(shí)施例1-5中，各反應(yīng)均可使用相應(yīng)的堿金屬碳酸鹽替換原例中的堿金屬氫氧化物，且按(2)式反應(yīng)，最終產(chǎn)率均相差不大，不同之處僅在于，反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生廢氣CO₂。

以上所述實(shí)施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實(shí)施例，其保護(hù)范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。