一種脂肪酸為模板合成熱穩(wěn)定的層狀納米氧化鋯多晶粉體的方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種脂肪酸為模板合成熱穩(wěn)定的層狀納米氧化鋯多晶粉體的方法。該方法步驟為：(1)取50份的氧氯化鋯水溶液；(2)取50份的氫氧化鈉-脂肪酸-水混合液；(3)將步驟(1)中配制的溶液加入到步驟(2)中的燒瓶中，在100℃下回流反應(yīng)1～4小時(shí)；(4)然后將步驟(3)中得到的混合物升溫到100～160℃，自生壓力下水熱反應(yīng)12～36小時(shí)；(5)室溫下靜置，然后水洗，經(jīng)離心分離，在60℃下烘干得到白色粉末為熱穩(wěn)定的層狀納米氧化鋯多晶粉體；(6)將(5)所得的粉末升溫到600℃后煅燒2小時(shí)，得到產(chǎn)物為煅燒后的層狀納米氧化鋯多晶粉體。本發(fā)明方法所得到的氧化鋯多晶粉體具有熱穩(wěn)定的有序?qū)訝罴{米結(jié)構(gòu)，無(wú)需價(jià)格較高的表面活性劑、聚合物等模板劑。本發(fā)明方法綠色環(huán)保、工藝簡(jiǎn)單、成本低。
【專利說(shuō)明】一種脂肪酸為模板合成熱穩(wěn)定的層狀納米氧化鋯多晶粉體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的技術(shù)方案屬于有序納米結(jié)構(gòu)材料合成【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種以脂肪酸為模板制備熱穩(wěn)定的層狀納米氧化鋯多晶粉體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋯是一種過(guò)渡金屬氧化物，同時(shí)具有酸性、堿性、氧化性和還原性，并且具有高熔點(diǎn)(2700°C )和高沸點(diǎn)、熱膨脈系數(shù)大、耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)小、耐磨性好、抗蝕性能好等優(yōu)良性能，而有序的納米結(jié)構(gòu)的氧化鋯具有某些獨(dú)特性能，如常溫下為絕緣體，高溫下則具有導(dǎo)電性、敏感特性、增韌性等，在耐磨材料、耐火材料、熱障涂層材料、燃料電池、催化劑載體、醫(yī)用、氣敏性、潤(rùn)滑油添加劑等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。
[0003]氧化鋯的制備方法較為多樣，簡(jiǎn)單可分為物理法和化學(xué)法。物理方法主要包括冷凍干燥法、高溫噴霧熱解法、高能球磨法等?；瘜W(xué)法主要包括沉淀法、溶膠凝膠法、微乳液法和水熱/溶劑熱法等?；瘜W(xué)法中利用表面活性劑作為模板誘導(dǎo)合成納米氧化鋯已成為較為普遍的方法。目前,有序納米結(jié)構(gòu)氧化鋯的研究中，如中國(guó)專利CN101913649A公開(kāi)了一種以表面活性劑十二烷基磺酸(SDS)為模板制備層狀納米氧化鋯材料的方法。自組裝納米結(jié)構(gòu)氧化鋯的制備一般都要采用價(jià)格較高的表面活性劑、嵌段聚合物等有機(jī)分子為模板，上述模板劑的使用增加了成本和環(huán)境負(fù)荷。實(shí)施廉價(jià)易得、環(huán)境負(fù)荷小的模板合成氧化鋯可以克服傳統(tǒng)方法使用表面活性劑和嵌段聚合物作為模板造成的成本增加、環(huán)境污染等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種脂肪酸為模板劑制備熱穩(wěn)定的層狀納米氧化鋯多晶粉體的方法。該方法以脂肪酸為模板，采用回流-水熱法制備具有熱穩(wěn)定的層狀納米氧化鋯多晶粉體。以克服有序納米結(jié)構(gòu)氧化鋯需要價(jià)格較高的表面活性劑或聚合物等作為模板才能合成的缺點(diǎn)；以克服已有有序納米結(jié)構(gòu)氧化鋯粉體的熱穩(wěn)定差、納米晶排列無(wú)序等缺點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明解決該問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:
[0006]一種脂肪酸為模板合成制備熱穩(wěn)定的層狀納米氧化鋯多晶粉體的方法，其步驟是:
[0007](1)取50份濃度為0.00006摩爾氧氯化鋯/毫升水的氧氯化鋯溶液，待用；
[0008](2)取50份濃度為0.0144克氫氧化鈉/毫升水的氫氧化鈉溶液，每毫升氫氧化鈉溶液中再加入0.000013~0.000026摩爾的脂肪酸，配制成混合溶液，待用；
[0009](3)在攪拌條件下，將步驟(1)中配制的溶液加入到步驟(2)中的燒瓶中，升溫，在100°C下回流反應(yīng)I~4個(gè)小時(shí)；
[0010](4)然后將步驟⑶中所得的混合物移到反應(yīng)釜，升溫到100~160°C，自生壓力下水熱反應(yīng)12~36小時(shí)；
[0011](5)室溫下原液靜置O~3天，然后水洗，經(jīng)離心分離，烘干，得到白色粉體為熱穩(wěn)定的層狀納米氧化鋯多晶粉體；
[0012](6)將(5)中所得的粉末升溫至600°C后煅燒2小時(shí)，得到產(chǎn)物為煅燒后的層狀納米氧化鋯多晶粉體；
[0013]上面步驟(2)中所述的脂肪酸為模板劑。脂肪酸為癸酸、月桂酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸或硬脂酸其中之一。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1.本發(fā)明方法所得的氧化鋯多晶粉體是指具有有序?qū)訝罴{米結(jié)構(gòu)的多晶粉體。如圖2所示，煅燒后的產(chǎn)物中仍然可以清楚的觀察到片層納米氧化鋯和納米孔道平行相間排列成有序?qū)訝罴{米結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的重復(fù)周期約為1.0納米，與圖1b中XRD小角衍射對(duì)應(yīng)的d值相一致。從圖1產(chǎn)物的XRD譜圖可以看出，產(chǎn)物為氧化鋯納米晶，且經(jīng)過(guò)600°C煅燒后，其XRD小角部分仍然保持著明顯的衍射峰，且廣角部分沒(méi)有顯著變化，說(shuō)明產(chǎn)物有良好的熱穩(wěn)定性。
[0016]2.本發(fā)明采用脂肪酸為模板劑，綠色環(huán)保，成本低。
[0017]3.本發(fā)明采用的原料氧氯化鋯、氫氧化鈉、脂肪酸均為普通化學(xué)試劑，廉價(jià)易得?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]圖1為實(shí)施例1中層狀納米氧化鋯多晶粉末的XRD譜圖，其中(a)為煅燒前的產(chǎn)物，(b)為煅燒后的產(chǎn)物。
[0020]圖2為實(shí)施例1中的產(chǎn)物中觀測(cè)到層狀納米氧化鋯多晶粉末的透射電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
[0022](1)將0.003mol氧氯化鋯溶于盛有50ml水的燒瓶中，配制成氧氯化鋯水溶液，待用；
[0023](2)將0.72g氫氧化鈉溶解于盛有50ml水的燒瓶中，再加入0.00065mol的月桂酸，配制成混合液，待用；
[0024](3)在攪拌條件下，將步驟⑴中配制的溶液加入到步驟⑵中的燒瓶中，升溫，在100°C下回流反應(yīng)1個(gè)小時(shí)；
[0025](4)然后將步驟(3)中得到的混合物移到反應(yīng)釜的內(nèi)套聚四氟乙烯容器中，密封，將反應(yīng)釜放入烘箱中，升溫到160°C，自生壓力下水熱反應(yīng)12小時(shí)；
[0026](5)室溫下靜置1天，然后水洗3次，經(jīng)離心分離，所得的沉淀在60°C下5小時(shí)烘干，得到白色粉末為熱穩(wěn)定的層狀納米氧化鋯多晶粉體0.35g ；
[0027](6)將(5)所得的粉末從室溫以5攝氏度/分鐘的速率升溫到600°C后煅燒2小時(shí)，得到產(chǎn)物為煅燒后的層狀納米氧化鋯多晶粉末0.32g ；
[0028]經(jīng)XRD測(cè)試，產(chǎn)物為具有有序?qū)訝罴{米結(jié)構(gòu)的氧化鋯多晶粉末。圖1中煅燒前后的樣品，產(chǎn)物都是氧化鋯納米晶。煅燒前后的樣品的小角衍射部分均為一個(gè)明顯衍射峰，其對(duì)應(yīng)的層狀結(jié)構(gòu)重復(fù)周期分別為1.1和1.0納米，煅燒后的層狀納米結(jié)構(gòu)略有收縮，說(shuō)明該有序?qū)訝罴{米氧化鋯多晶粉體具有很好的熱穩(wěn)定性。
[0029]經(jīng)TEM測(cè)試觀察到煅燒后的產(chǎn)物氧化鋯多晶粉體的有序?qū)訝罴{米結(jié)構(gòu)。圖2可以看出明暗相間的規(guī)整的周期條紋，其中深色的為片狀氧化鋯，淺色條紋為形成的層狀納米孔道，相鄰的深層與淺層部分構(gòu)成一個(gè)重復(fù)周期，對(duì)應(yīng)的周期約為1.0納米，與XRD小角衍射峰所對(duì)應(yīng)的d值具有很好的一致性。
[0030]實(shí)施例2-5
[0031]將實(shí)施例1中的步驟(2)中的月桂酸依次改為癸酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸、硬脂酸，其他步驟同實(shí)施例1。得到的產(chǎn)物同實(shí)施例1。
[0032]實(shí)施例6-10
[0033]將實(shí)施例1-5中的步驟⑵中的月桂酸、癸酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸、硬脂酸的量分別改為0.0013mol，其他步驟同實(shí)施例1-5。得到的產(chǎn)物同實(shí)施例1-5。
[0034]實(shí)施例11-15
[0035]將實(shí)施例6-10中的步驟(3)中的回流反應(yīng)時(shí)間定為4小時(shí)。其他步驟同實(shí)施例6-10。得到產(chǎn)物同實(shí)施例6-10。
[0036]實(shí)施例16-20 [0037]將實(shí)施例1-5中的步驟(4)中的溫度調(diào)節(jié)到100°C，其他步驟同實(shí)施例1-5。得到的產(chǎn)物同實(shí)施例1-5。
[0038]實(shí)施例21-25
[0039]將實(shí)施例1-5中的步驟(4)中的水熱反應(yīng)時(shí)間定為24個(gè)小時(shí)，其他步驟同實(shí)施例1-5。得到的產(chǎn)物同實(shí)施例1-5。
[0040]實(shí)施例26-30
[0041]將實(shí)施例6-10中的步驟⑷中的水熱反應(yīng)時(shí)間定為36小時(shí)，其他步驟同實(shí)施例6-10。得到的產(chǎn)物同實(shí)施例6-10。
[0042]實(shí)施例31-35
[0043]將實(shí)施例1-5中的步驟(5)中的室溫下靜置定為3天，其他步驟同實(shí)施例1-5。得到的產(chǎn)物同實(shí)施例1-5。
[0044]實(shí)施例36-40
[0045]將實(shí)施例6-10中的步驟(5)中的室溫下靜置定為0天，其他步驟同實(shí)施例6-10。得到的產(chǎn)物同實(shí)施例610。
【權(quán)利要求】
1.一種脂肪酸為模板合成熱穩(wěn)定的層狀納米氧化鋯多晶粉體的方法，該方法步驟為: (1)取50份濃度為0.00006摩爾氧氯化鋯/毫升水的氧氯化鋯溶液,待用； (2)取50份濃度為0.0144克氫氧化鈉/毫升水的氫氧化鈉溶液，每毫升氫氧化鈉溶液中再加入0.000013~0.000026摩爾的脂肪酸，配制成混合溶液，待用； (3)在攪拌條件下，將步驟⑴中配制的溶液加入到步驟(2)的反應(yīng)器中，升溫，在100°C下回流反應(yīng)I~4個(gè)小時(shí)； (4)然后將步驟(3)中所得的混合物移到反應(yīng)釜，升溫到100~160°C，自生壓力下水熱反應(yīng)12~36小時(shí)； (5)室溫下原液靜置O~3天，然后水洗，經(jīng)離心分離，烘干，得到白色粉體為熱穩(wěn)定的層狀納米氧化鋯多晶粉體； (6)將(5)中所得的粉末升溫至600°C后煅燒2小時(shí)，得到產(chǎn)物為煅燒后的層狀納米氧化鋯多晶粉體； 上述組分的份數(shù)均為體積份數(shù)，且各步驟中所用的體積單位相同。
2.如權(quán)利要求1所述一種脂肪酸為模板合成熱穩(wěn)定的層狀納米氧化鋯多晶粉體的方法，其特征為所述步驟(2)中所述的脂肪酸為模板劑。脂肪酸為癸酸、月桂酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸或硬脂酸其中之一。`
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK103771514SQ201410069190
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】紀(jì)秀杰, 蘇芃赫, 劉超, 程博聞, 唐成春 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)