一種氧化鋯納米粉的制備方法
【專利摘要】一種氧化鋯納米粉的制備方法，其特征是：1、配制前驅(qū)體的溶液。2、將前軀體的溶液凍結(jié)成凍結(jié)物。3、凍結(jié)物冷凍真空干燥。4、將前驅(qū)體的粉體真空煅燒，使前驅(qū)體的粉體發(fā)生分解而轉(zhuǎn)化成氧化鋯納米粉。本發(fā)明工藝過(guò)程很簡(jiǎn)單，操作方便，反應(yīng)條件容易控制與實(shí)現(xiàn)，可進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。前驅(qū)體制備在水溶液中進(jìn)行，不使用任何有機(jī)試劑，不污染環(huán)境，所制備氧化鋯納米粉化學(xué)成分純凈，粒徑均勻，無(wú)硬團(tuán)聚，為非晶態(tài)納米粉，活性高。
【專利說(shuō)明】一種氧化鋯納米粉的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米粉體材料的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種采用冷凍真空干燥技術(shù)制備氧化鋯納米粉體材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于氧化鋯納米粉的特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，使得氧化鋯納米粉在功能陶瓷、新型催化劑、傳感器、潤(rùn)滑油、燃料電池等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。因此，制備氧化鋯納米粉的方法成為人們研究的焦點(diǎn)。目前，制備氧化鋯納米粉主要采用化學(xué)液相法，如沉淀法、微乳液法、凝膠法、水解法等。這些方法一般是在液相中，通過(guò)控制化學(xué)反應(yīng)條件，包括溫度、壓強(qiáng)、攪拌速度、PH值范圍、化學(xué)試劑滴加的速度和滴加的順序等，得到氧化鋯前驅(qū)體沉淀或膠體，然后將前驅(qū)體干燥、煅燒，得到氧化鋯粉體。為了防止所制備的前驅(qū)體聚集、團(tuán)聚，多數(shù)方法中使用了一些特殊的物質(zhì)或手段，如選擇特殊的原料，加入碳納米管或者有機(jī)溶劑、有機(jī)分散劑、表面活性劑、細(xì)菌纖維素膜等特殊物質(zhì)，以及使用高速剪切分散乳化機(jī)、超聲波、研磨、通電等手段。這些制備氧化鋯納米粉體的方法存在如下缺點(diǎn)。
[0003]1、制備前驅(qū)體的操作復(fù)雜，化學(xué)反應(yīng)條件苛刻，往往需要多個(gè)條件協(xié)同作用，不容易控制。
[0004]2、在前驅(qū)體形成、干燥、煅燒過(guò)程中，顆粒之間易聚集或發(fā)生硬團(tuán)聚。
[0005]3、使用有機(jī)試劑，污染環(huán)境，也造成產(chǎn)品中存留雜質(zhì)。
[0006]4、所制備粉體為晶體顆粒，活性小。
[0007]冷凍真空干燥(簡(jiǎn)稱為冷凍干燥，或凍干)方法作為一項(xiàng)成熟技術(shù)，已經(jīng)在食品、醫(yī)藥、生物、材料等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用；采用冷凍真空干燥方法制備納米粉體材料已有幾十年的研究歷史。目前，人們借助冷凍干燥技術(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的化學(xué)路徑，已經(jīng)成功制備出多種金屬、金屬氧化物等納米粉體材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種氧化鋯納米粉的制備方法，該方法工藝過(guò)程很簡(jiǎn)單，操作方便，反應(yīng)條件容易控制與實(shí)現(xiàn)，可進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。前驅(qū)體制備在水溶液中進(jìn)行，不使用任何有機(jī)試劑，不污染環(huán)境，所制備氧化鋯納米粉化學(xué)成分純凈，粒徑均勻，無(wú)硬團(tuán)聚，為非晶態(tài)納米粉，活性高。
[0009]本發(fā)明提供的冷凍真空干燥技術(shù)制備氧化鋯納米粉的工藝流程為:前驅(qū)體的固體溶于水一前驅(qū)體的溶液凍結(jié)一凍結(jié)物冷凍真空干燥生成前驅(qū)體的粉體一前驅(qū)體的粉體真空煅燒成氧化鋯納米粉。
[0010]一種氧化鋯納米粉的制備方法，具體過(guò)程為:
1、配制前驅(qū)體的溶液。將前驅(qū)體的固體盛入容器中，加入去離子水，攪拌至完全溶解，得到前驅(qū)體的溶液。這里所說(shuō)的前驅(qū)體包括:碳酸鋯銨、氧氯化鋯、乙酸鋯。
[0011]2、將前軀體的溶液凍結(jié)成凍結(jié)物。這里所說(shuō)的凍結(jié)其方式包括:經(jīng)冷媒凍結(jié)、在制冷機(jī)中凍結(jié)、在凍干機(jī)中經(jīng)凍干機(jī)的擱板制冷凍結(jié)、在凍干機(jī)中通過(guò)直接抽真空進(jìn)行真空蒸發(fā)凍結(jié)。
[0012]3、凍結(jié)物冷凍真空干燥。開(kāi)啟凍干機(jī),將凍結(jié)物置于凍干機(jī)的凍干箱內(nèi)，保持凍干箱內(nèi)溫度低于凍結(jié)物的共熔點(diǎn)溫度。開(kāi)啟真空泵，對(duì)凍干機(jī)的冷阱和凍干箱抽真空，使凍結(jié)物中的水分子全部升華。提高凍干機(jī)的擱板溫度并繼續(xù)抽真空，使前驅(qū)體中結(jié)合的結(jié)晶水分子全部解析并揮發(fā)掉，得到前驅(qū)體的粉體。
[0013]4、將前驅(qū)體的粉體真空煅燒，使前驅(qū)體的粉體發(fā)生分解而轉(zhuǎn)化成氧化鋯納米粉。
[0014]步驟I中所說(shuō)的氧氯化鋯也稱為氯化鋯酰。
[0015]本發(fā)明提供的氧化鋯納米粉的制備方法其特點(diǎn)在于:1、制備前驅(qū)體的操作很簡(jiǎn)單，條件容易控制和實(shí)現(xiàn)；2、前驅(qū)體在水中以分子級(jí)別分散，不會(huì)聚集，前驅(qū)體干燥是在冷凍前提下完成，粉體粒徑均勻，不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚；3、不使用任何有機(jī)溶劑和分散劑，不污染環(huán)境，產(chǎn)品化學(xué)成分純凈；4、所制備粉體顆粒為非晶體顆粒，活性高。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
一種氧化鋯納米粉的制備方法為:
1、將氧氯化鋯的固體100克放入容器中，加入1000毫升去離子水，攪拌約5分鐘，至完
全溶解，得到氧氯化鋯溶液。
[0017]2、將盛放氧氯化鋯溶液的容器放在制冷機(jī)中冷凍成氧氯化鋯溶液的凍結(jié)物。
[0018]3、開(kāi)啟凍干機(jī)，將上述凍結(jié)物置于凍干機(jī)的凍干箱內(nèi)。凍干箱內(nèi)的擱板溫度保持在_5°C，開(kāi)啟真空泵，對(duì)凍干機(jī)的冷阱和凍干箱抽真空至10-30帕，使凍結(jié)物中的水分子全部升華。提高擱板溫度至90°C并繼續(xù)保持抽真空，使氧氯化鋯中結(jié)合的水分子全部解析并揮發(fā)掉，得到氧氯化鋯粉體。
[0019]4、將氧氯化鋯粉體放在真空煅燒爐中，于300°C、50帕的條件下煅燒I小時(shí)，使氧氯化鋯分解成氧化鋯納米粉。
[0020]實(shí)施例2
一種氧化鋯納米粉的制備方法為:
1、將碳酸鋯銨10千克放入容器中，加入50升去離子水，攪拌約10分鐘，至完全溶解，得到碳酸鋯銨溶液。
[0021]2、將盛放碳酸鋯銨溶液的容器，放在凍干機(jī)的凍干箱內(nèi)的擱板上，開(kāi)啟凍干機(jī)，為擱板制冷至-10°C，使碳酸鋯銨溶液完全凍結(jié)成凍結(jié)物。
[0022]3、將上述凍結(jié)物保留在凍干機(jī)的凍干箱內(nèi)，對(duì)凍干機(jī)的冷阱和凍干箱抽真空至10-30帕，致凍結(jié)物中的水分子全部升華。提高擱板溫度至20°C并繼續(xù)保持抽真空，使碳酸鋯銨中結(jié)合的水分子全部解析并揮發(fā)掉，得到碳酸鋯銨粉體。
[0023]4、將碳酸鋯銨粉體保留在凍干機(jī)中，提高凍干機(jī)的擱板溫度至50°C，保持真空度在50帕以下I小時(shí)，使碳酸鋯銨分解成氧化鋯納米粉。
[0024]實(shí)施例3
一種氧化鋯納米粉的制備方法為:
1、將乙酸鋯0.5千克放入容器中，加入2升去離子水，攪拌約10分鐘，至完全溶解，得到乙酸鋯溶液。
[0025]2、將盛放乙酸鋯溶液的容器，放在凍干機(jī)的凍干箱內(nèi)的擱板上，開(kāi)啟凍干機(jī)，為凍干機(jī)的冷阱制冷至_40°C，為凍干箱和冷阱抽真空，使乙酸鋯溶液真空蒸發(fā)凍結(jié)成凍結(jié)物。
[0026]3、將上述凍結(jié)物保留在凍干機(jī)的凍干箱內(nèi)，對(duì)凍干機(jī)的冷阱和凍干箱繼續(xù)抽真空至10-20帕，致凍結(jié)物中的水分子全部升華。提高凍干機(jī)的擱板溫度至20°C并繼續(xù)保持抽真空，使乙酸鋯中結(jié)合的水分子全部解析并揮發(fā)掉，得到乙酸鋯粉體。
[0027]4、將乙酸鋯粉體保留在凍干機(jī)中，提高凍干機(jī)的擱板溫度至70°C，保持真空度在30帕以下I小時(shí)，使乙酸鋯分解成氧化鋯納米粉。
[0028]實(shí)施例4
一種氧化鋯納米粉的制備方法為:
1、將碳酸鋯銨50克放入容器中，加入300毫升去離子水，攪拌約10分鐘，至完全溶解，得到碳酸鋯銨溶液。
[0029]2、將碳酸鋯銨溶液滴入(或噴霧至)液氮中，使碳酸鋯銨溶液凍結(jié)成冰珠。
[0030]3、將盛放冰珠的容器，放置在凍干機(jī)的凍干箱內(nèi)，對(duì)冷阱和凍干箱抽真空至10-30帕，使冰珠中的水分子全部升華。提高擱板溫度至20°C并繼續(xù)保持抽真空，使碳酸鋯銨中結(jié)合的水分子全部解析并揮發(fā)掉，得到碳酸鋯銨粉體。
[0031]4、將碳酸鋯銨粉體保留在凍干機(jī)中，提高擱板溫度至50°C，保持真空度在50帕以下I小時(shí)，使碳酸鋯銨分解成氧化·鋯納米粉。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化鋯納米粉的制備方法，其特征是:(I)、配制前驅(qū)體的溶液將前驅(qū)體的固體盛入容器中，加入去離子水，攪拌至完全溶解，得到前驅(qū)體的溶液這里所說(shuō)的前驅(qū)體包括:碳酸鋯銨、氧氯化鋯、乙酸鋯；(2)、將前軀體的溶液凍結(jié)成凍結(jié)物這里所說(shuō)的凍結(jié)其方式包括:經(jīng)冷媒凍結(jié)、在制冷機(jī)中凍結(jié)、在凍干機(jī)中經(jīng)凍干機(jī)的擱板制冷凍結(jié)、在凍干機(jī)中通過(guò)直接抽真空進(jìn)行真空蒸發(fā)凍結(jié)；(3)、凍結(jié)物冷凍真空干燥開(kāi)啟凍干機(jī)，將凍結(jié)物置于凍干機(jī)的凍干箱內(nèi)，保持凍干箱內(nèi)溫度低于凍結(jié)物的共熔點(diǎn)溫度開(kāi)啟真空泵，對(duì)凍干機(jī)的冷阱和凍干箱抽真空，使凍結(jié)物中的水分子全部升華提高凍干機(jī)的擱板溫度并繼續(xù)抽真空，使前驅(qū)體中結(jié)合的結(jié)晶水分子全部解析并揮發(fā)掉，得到前驅(qū)體的粉體；(4)、將前驅(qū)體的粉體真空煅燒，使前驅(qū)體的粉體發(fā)生分解而轉(zhuǎn)化成氧化鋯納米粉。
【文檔編號(hào)】C01G25/02GK103570066SQ201310560848
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】劉軍, 彭潤(rùn)玲, 李洪仁 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)大學(xué)