專利名稱：一種球形硅酸鋯納米晶的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料化工領(lǐng)域，具體涉及一種超聲波結(jié)合微波水熱制備球形硅酸鋯納米晶的方法。
背景技術(shù)：
硅酸鋯(ZrSiO4)屬四方晶系，為島狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物。硅酸鋯因具有高熔點(diǎn)、 低熱導(dǎo)率、低膨脹系數(shù)、優(yōu)良的化學(xué)及相穩(wěn)定性等特點(diǎn)，使其可以作為高性能結(jié)構(gòu)材料(如石墨、C/C復(fù)合材料及SiC結(jié)構(gòu)陶瓷等)的高溫抗氧化涂層材料。目前，制備硅酸鋯晶體的方法主要有固相反應(yīng)法、沉淀法、水熱法以及溶膠-凝膠法等。上述方法普遍需要高溫(如固相反應(yīng)法需要1300-1600°C )或長(zhǎng)時(shí)間(如水熱法需要6-72h)來獲得預(yù)期結(jié)構(gòu)的硅酸鋯晶體。在制備硅酸鋯的研究中，C.E. Curtis 等[C. E. Curtis, H. G. Sowman. J. Am. Ceram. Soc, 1993, 36,190.]以和SiO2為原料，采用固相法，經(jīng)過1315 °C熱處理后開始形成^^丨04，其合成率僅為2%，該法制備溫度高且合成率很低。Takao Itoh[Takao Itoh. J. Cryst Groth, 1992，125，223.]以氯氧鋯、硅溶膠為原料，通過氨水調(diào)節(jié)混合液的pH值為 9. 5，然后得到沉淀物，將沉淀物洗滌干燥，在1200°C下煅燒形成&Si04，采用沉淀法制備硅酸鋯仍需要高溫煅燒，后期處理復(fù)雜。陸彩飛等[陸彩飛，王秀峰，苗鴻雁，羅宏杰.硅酸鹽學(xué)報(bào)· 2000，28,87.)以ZrOCl2 · 8H20和NaSiO3 · 9H20為前驅(qū)體，NaF作礦化劑，去離子水為反應(yīng)介質(zhì)，采用水熱法在280°C下反應(yīng)他獲得純相^SiO4，水熱法雖然降低了合成溫度但合成時(shí)間較長(zhǎng)。江偉輝等(中國專利200710108375. X)采用工業(yè)純無水四氯化鋯、正硅酸乙酯為前驅(qū)體，通過選擇合適的礦化劑經(jīng)非水解溶膠-凝膠法在700°C低溫保溫15min合成硅酸鋯粉體，該法雖然制備時(shí)間短但制備溫度較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種不僅制備成本低，而且操作簡(jiǎn)單、制備周期短不需要后期熱處理的球形硅酸鋯納米晶的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入蒸餾水中攪拌均勻制成&0C12的摩爾濃度為0. 03-0. 09mol/L的前驅(qū)液A，其中 ZrOCl2 · 8H20 NaSiO3 · 9H20 的摩爾比為 2-6 3-9, ZrOCl2 · 8H20 PVP 的摩爾比為
1-5 1-9 ；2)將分析純的LiF加入到前驅(qū)液A中，控制LiF NaSiO3 · 9H20的摩爾比為
2-7 3-9攪拌均勻得溶液B ；3)將溶液B倒入錐形瓶后將其置入固有頻率為80kHz的超聲波發(fā)生器中，開啟超聲波發(fā)生器，反應(yīng)體系水浴溫度控制在30-60°C，反應(yīng)時(shí)間控制在l_5h，超聲波功率選定為 200-500W,反應(yīng)全程應(yīng)在超聲波引發(fā)下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C ；
4)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充比控制在30-60% ；然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中在100-150°C下反應(yīng)60-150min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液 D ；5)打開水熱反應(yīng)釜，將溶液D通過濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中在30-60°C下干燥得球形硅酸鋯納米晶。本發(fā)明采用超聲波結(jié)合微波水熱法，能夠在低溫下制得晶型和尺寸可控的球形硅酸鋯納米晶。由于反應(yīng)在液相中完成，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，原料易得，制備成本較低， 所得硅酸鋯納米晶粒徑分布窄，晶型可控采，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)周期短，重復(fù)性好。


圖1為采用超聲結(jié)合微波水熱法制備的球形硅酸鋯納米晶的掃描電鏡(SEM)照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1 1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20和聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 加入蒸餾水中攪拌均勻制成&0C12的摩爾濃度為0. 05mol/L的前驅(qū)液A，其中 ZrOCl2 · 8H20 NaSiO3 · 9H20 的摩爾比為 2 9，ZrOCl2 · 8H20 PVP 的摩爾比為 1 9 ；2)將分析純的LiF加入到前驅(qū)液A中，控制LiF NaSiO3 ·9Η20的摩爾比為2 9 攪拌均勻得溶液B;3)將溶液B倒入錐形瓶后將其置入固有頻率為80kHz的超聲波發(fā)生器中，開啟超聲波發(fā)生器，反應(yīng)體系水浴溫度控制在30°C，反應(yīng)時(shí)間控制在證，超聲波功率選定為200W， 反應(yīng)全程應(yīng)在超聲波引發(fā)下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C ；4)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充比控制在30 % ；然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中在100°C下反應(yīng)150min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液D ；5)打開水熱反應(yīng)釜，將溶液D通過濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中在30°C下干燥得球形硅酸鋯納米晶。實(shí)施例2:1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20和聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 加入蒸餾水中攪拌均勻制成&0C12的摩爾濃度為0. 03mol/L的前驅(qū)液A，其中 ZrOCl2 ·8Η20 NaSiO3 ·9Η20 的摩爾比為 3 7, ZrOCl2 ·8Η20 PVP 的摩爾比為 1.5 6 ；2)將分析純的LiF加入到前驅(qū)液A中，控制LiF NaSiO3 ·9Η20的摩爾比為4 7 攪拌均勻得溶液B;3)將溶液B倒入錐形瓶后將其置入固有頻率為80kHz的超聲波發(fā)生器中，開啟超聲波發(fā)生器，反應(yīng)體系水浴溫度控制在40°C，反應(yīng)時(shí)間控制在池，超聲波功率選定為300W， 反應(yīng)全程應(yīng)在超聲波引發(fā)下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C ；4)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充比控制在40 % ；然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中在120°C下反應(yīng)120min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液D ；
4
5)打開水熱反應(yīng)釜，將溶液D通過濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中在40°C下干燥得球形硅酸鋯納米晶。實(shí)施例3 1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20和聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 加入蒸餾水中攪拌均勻制成&0C12的摩爾濃度為0. 09mol/L的前驅(qū)液A，其中 ZrOCl2 · 8H20 NaSiO3 · 9H20 的摩爾比為 4 5，ZrOCl2 · 8H20 PVP 的摩爾比為 3 4 ；2)將分析純的LiF加入到前驅(qū)液A中，控制LiF NaSiO3 ·9Η20的摩爾比為6 5 攪拌均勻得溶液B;3)將溶液B倒入錐形瓶后將其置入固有頻率為80kHz的超聲波發(fā)生器中，開啟超聲波發(fā)生器，反應(yīng)體系水浴溫度控制在50°C，反應(yīng)時(shí)間控制在1.5h，超聲波功率選定為 400W,反應(yīng)全程應(yīng)在超聲波引發(fā)下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C ； 4)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充比控制在50 % ；然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中在140°C下反應(yīng)90min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液D ；5)打開水熱反應(yīng)釜，將溶液D通過濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中在50°C下干燥得球形硅酸鋯納米晶。實(shí)施例4 1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20和聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 加入蒸餾水中攪拌均勻制成&0C12的摩爾濃度為0. 06mol/L的前驅(qū)液A，其中 ZrOCl2 · 8H20 NaSiO3 · 9H20 的摩爾比為 6 3，ZrOCl2 · 8H20 PVP 的摩爾比為 5 1 ；2)將分析純的LiF加入到前驅(qū)液A中，控制LiF NaSiO3 ·9Η20的摩爾比為7 3 攪拌均勻得溶液B;3)將溶液B倒入錐形瓶后將其置入固有頻率為80kHz的超聲波發(fā)生器中，開啟超聲波發(fā)生器，反應(yīng)體系水浴溫度控制在60°C，反應(yīng)時(shí)間控制在lh，超聲波功率選定為500W， 反應(yīng)全程應(yīng)在超聲波引發(fā)下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C ；4)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充比控制在60 % ；然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中在150°C下反應(yīng)60min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液D ；5)打開水熱反應(yīng)釜，將溶液D通過濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中在60°C下干燥得球形硅酸鋯納米晶。由圖1可看出所制備的硅酸鋯納米晶為球形且形貌均一。
權(quán)利要求
1. 一種球形硅酸鋯納米晶的制備方法，其特征在于1)分別將分析純的ZrOCl2· 8H20、NaSiO3 · 9H20和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入蒸餾水中攪拌均勻，制成&0C12的摩爾濃度為0. 03-0. 09mol/L的前驅(qū)液A，其中 ZrOCl2 · 8H20 NaSiO3 · 9H20 的摩爾比為 2-6 3-9, ZrOCl2 · 8H20 PVP 的摩爾比為 1-5 1-9 ；2)將分析純的LiF加入到前驅(qū)液A中，控制LiF NaSiO3 ·9Η20的摩爾比為2-7 3-9 攪拌均勻得溶液B;3)將溶液B倒入錐形瓶后將其置入固有頻率為80kHz的超聲波發(fā)生器中，開啟超聲波發(fā)生器，反應(yīng)體系水浴溫度控制在30-60°C，反應(yīng)時(shí)間控制在l_5h，超聲波功率選定為 200-500W,反應(yīng)全程應(yīng)在超聲波引發(fā)下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C ；4)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充比控制在30-60%；然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中在100-150°C下反應(yīng)60-150min，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液D ；5)打開水熱反應(yīng)釜，將溶液D通過濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中在30-60°C下干燥得球形硅酸鋯納米晶。
全文摘要
球形硅酸鋯納米晶的制備方法，將ZrOCl2·8H2O、NaSiO3·9H2O和PVP加入蒸餾水中得前驅(qū)液A，將LiF加入到前驅(qū)液A中得溶液B；將溶液B置于超聲波發(fā)生器在超聲波引發(fā)下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫得溶液C；將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，然后密封水熱釜，將其放入微波水熱反應(yīng)儀中在反應(yīng)后自然冷卻到室溫得溶液D；將溶液D通過濾紙抽濾收集，然后分別采用去離子水和無水乙醇洗滌，與電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥得球形硅酸鋯納米晶。本發(fā)明采用超聲波結(jié)合微波水熱法，能夠在低溫下制得晶型和尺寸可控的球形硅酸鋯納米晶。由于反應(yīng)在液相中完成，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，原料易得，制備成本較低，所得硅酸鋯納米晶粒徑分布窄，晶型可控采，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)周期短，重復(fù)性好。
文檔編號(hào)C01B33/20GK102502675SQ20111037569
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者劉佳, 孫瑩, 曹麗云, 辛宇, 黃劍鋒 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)