一种凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法
阅读说明：本技术 一种凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法 (Method for preparing nano zirconia by gel-hydrothermal process ) 是由 周志永 骆兵 姜波 于 2020-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及纳米氧化锆制备技术领域,特别涉及一种凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法；通过将氧氯化锆与氨水反应产出的前驱物多次洗涤过滤,然后将单体、交联剂等与氢氧化锆、蒸馏水混合搅拌均匀,加入引发剂制得氢氧化锆凝胶体；将胶体置于密闭反应釜内,密闭升温,随温度升高,氧化锆晶粒析出、有机物分解；之后将产物固液分离、干燥煅烧即得到纳米氧化锆产品。该方法结合了凝胶、水热两方法的优点,并且克服了单纯水热法造成的大比表面积、洁净度不高的问题,也克服了传统凝胶法耗时过长的问题。(The invention relates to the technical field of nano zirconia preparation, in particular to a method for preparing nano zirconia by a gel-hydrothermal process; washing and filtering a precursor generated by the reaction of zirconium oxychloride and ammonia water for multiple times, then mixing and stirring a monomer, a cross-linking agent and the like with zirconium hydroxide and distilled water uniformly, and adding an initiator to prepare a zirconium hydroxide gel; placing the colloid in a closed reaction kettle, raising the temperature in a closed way, and separating out zirconium oxide crystal grains and decomposing organic matters along with the temperature rise; and then carrying out solid-liquid separation on the product, drying and calcining to obtain the nano zirconia product. The method combines the advantages of the gel method and the hydrothermal method, overcomes the problems of large specific surface area and low cleanliness caused by the simple hydrothermal method, and also overcomes the problem of long time consumption of the traditional gel method.)
技术领域
本发明涉及纳米氧化锆制备技术领域，特别涉及一种凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法。
背景技术
纳米复合氧化锆陶瓷是高技术陶瓷中力学性能最优异的一种新材料，由于氧化锆陶瓷具有高韧性、抗弯强度和耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于金属等优点，是制作高端氧化锆特种陶瓷、光电通信器件、新能源材料、3D打印用陶瓷材料的基础原料，广泛应用于光纤插件、齿科材料、氧传感器、燃料电池、陶瓷切削工具、磨介、热障涂层等领域，是特种陶瓷不可替代的一种原料。
高性能的氧化锆陶瓷对纳米氧化锆粉体的性能要求越来越高，纳米氧化锆粉体的制备方法越来越受人们的重视和关注。目前纳米氧化锆的制备工艺已有很多，但大多不能解决纳米粉易团聚的问题，而高端的氧化锆应用，对于纳米锆的粒径尺寸和分布要求越来越高。在传统工艺基础上改良来的单分散纳米氧化锆的制备工艺应运而生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法，克服传统单纯水热法制备氧化锆粉体存在的高比表面积、结晶度不高且耗时长的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法，包括以下步骤：
步骤1：将氧氯化锆和硝酸钇混合，用蒸馏水配制成1.0-2.0mol/L的反应液A；
步骤2：在搅拌的状态下，将1.0—2.0mol/L的氨水滴入反应液A中，至pH＝9为止；
步骤3：将反应液A中的沉淀物过滤并进行多次洗涤，直到洗涤液用0.1mol/L的硝酸银溶液检测不到氯离子为止；
步骤4：称取质量为M1的前驱物一水合氢氧化锆，取质量为M2的蒸馏水，取质量为M3的丙烯酰胺，取质量为M4的N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，加入四甲基乙二胺液，将其混合并搅拌均匀，再滴入过硫酸铵，加热至70—90℃，静置，得到氢氧化锆胶体；其中M1∶M2＝4∶1，M2∶M3＝5∶1，M3∶M4＝20∶1；
步骤5：将氢氧化锆胶体与适量的蒸馏水置于反应釜内，密闭升温，升温速度为4℃/min，反应温度为250℃—350℃，压力0.7MPa—1.3MPa，保温2—4小时；
步骤6：在反应釜内取出产物进行固液分离、干燥、并于800℃下煅烧2小时得到纳米氧化锆。
本发明的有益效果在于：本发明提供的凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法中，通过将氧氯化锆与氨水反应产出的前驱物多次洗涤过滤，然后将单体、交联剂等与氢氧化锆、蒸馏水混合搅拌均匀，加入引发剂制得氢氧化锆凝胶体；将胶体置于密闭反应釜内，密闭升温，随温度升高，氧化锆晶粒析出、有机物分解；之后将产物固液分离、干燥煅烧即得到纳米氧化锆产品。该方法结合了凝胶、水热两方法的优点，并且克服了单纯水热法造成的大比表面积、洁净度不高的问题，也克服了传统凝胶法耗时过长的问题。
附图说明
图1为本发明
具体实施方式
的一种凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法制得的纳米氧化锆的X射线衍射分析图谱。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：将氧氯化锆与氨水反应产出的前驱物多次洗涤过滤，然后将单体、交联剂等与氢氧化锆、蒸馏水混合搅拌均匀，加入引发剂制得氢氧化锆凝胶体；将胶体置于密闭反应釜内，密闭升温，随温度升高，氧化锆晶粒析出、有机物分解；之后将产物固液分离、干燥煅烧即得到纳米氧化锆产品。
本发明提供一种凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法，包括以下步骤：
步骤1：将氧氯化锆和硝酸钇混合，用蒸馏水配制成1.0-2.0mol/L的反应液A；
步骤2：在搅拌的状态下，将1.0—2.0mol/L的氨水滴入反应液A中，至pH＝9为止；
步骤3：将反应液A中的沉淀物过滤并进行多次洗涤，直到洗涤液用0.1mol/L的硝酸银溶液检测不到氯离子为止；
步骤4：称取质量为M1的前驱物一水合氢氧化锆，取质量为M2的蒸馏水，取质量为M3的丙烯酰胺，取质量为M4的N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，加入四甲基乙二胺液，将其混合并搅拌均匀，再滴入过硫酸铵，加热至70—90℃，静置，得到氢氧化锆胶体；其中M1∶M2＝4∶1，M2∶M3＝5∶1，M3∶M4＝20∶1；
步骤5：将氢氧化锆胶体与适量的蒸馏水置于反应釜内，密闭升温，升温速度为4℃/min，反应温度为250℃—350℃，压力0.7MPa—1.3MPa，保温2—4小时；
步骤6：在反应釜内取出产物进行固液分离、干燥、并于800℃下煅烧2小时得到纳米氧化锆。
上述凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法中，通过将氧氯化锆与氨水反应产出的前驱物多次洗涤过滤，然后将单体、交联剂等与氢氧化锆、蒸馏水混合搅拌均匀，加入引发剂制得氢氧化锆凝胶体；将胶体置于密闭反应釜内，密闭升温，随温度升高，氧化锆晶粒析出、有机物分解；之后将产物固液分离、干燥煅烧即得到纳米氧化锆产品。该方法结合了凝胶、水热两方法的优点，并且克服了单纯水热法造成的大比表面积、洁净度不高的问题，也克服了传统凝胶法耗时过长的问题。
进一步的，上述凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法中，所述氧氯化锆和硝酸钇的摩尔比为97∶6。
进一步的，上述凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法中，其特征在于，所述步骤4中，静置的时间为10分钟。
进一步的，上述凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法中，所述步骤5中，保温时间为4小时。
进一步的，上述凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法中，所述步骤5中，反应温度为300℃。
进一步的，上述凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法中，所述四甲基乙二胺液与氧氯化锆的摩尔比为13∶500。
进一步的，上述凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法中，所述过硫酸铵与氧氯化锆的摩尔比为1∶25。
实施例1
取2mol/L的氧氯化锆溶液(按3Y配比，锆与钇摩尔比为97：6)与2mol/L的氨水溶液，将氨水滴入搅拌状态的氧氯化锆溶液中，至pH＝9，得到沉淀物400g滤出清洗多次(至洗涤液用0.1mol/L的硝酸银溶液检测不到氯离子为止)；将该沉淀物与100ml蒸馏水、20g丙烯酰胺(AM)、1g N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、1ml四甲基乙二胺混合搅拌均匀；滴1—2滴过硫酸铵到该混浆料中，再将该浆料加热到70℃，静置10min，得到氢氧化锆的凝胶体；将该凝胶置于反应釜内，密闭后以4℃/min的速度升温至300℃，保温4小时；之后将产物取出，过滤并多次清洗，干燥后煅烧2小时即得到纳米氧化锆。后面进行X射线衍射分析，发现其主要晶相为t(c)相，一次粒径≤20nm，另外用比表面积仪测得其比表面积为：13.617m2/g。
实施例2
取2mol/L的氧氯化锆溶液(按3Y配比，锆与钇摩尔比为97：6)与1mol/L的氨水溶液，将氨水滴入搅拌状态的氧氯化锆溶液中，至pH＝9，得到沉淀物400g滤出清洗多次(至洗涤液用0.1mol/L的硝酸银溶液检测不到氯离子为止)；将该沉淀物与100ml蒸馏水、20g丙烯酰胺(AM)、1g N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、1ml四甲基乙二胺混合搅拌均匀；滴1—2滴过硫酸铵到该混浆料中，再将该浆料加热到70℃，静置10min，得到氢氧化锆的凝胶体；将该凝胶置于反应釜内，密闭后以4℃/min的速度升温至300℃，保温4小时；之后将产物取出，过滤并多次清洗，干燥后煅烧2小时即得到纳米氧化锆。后面进行X射线衍射分析，发现其主要晶相为t(c)相，一次粒径≤20nm，另外用比表面积仪测得其比表面积为：12.645m2/g。
实施例3
一种凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法，包括以下步骤：
步骤1：将氧氯化锆和硝酸钇混合，用蒸馏水配制成1.0mol/L的反应液A；所述氧氯化锆和硝酸钇的摩尔比为97∶6；
步骤2：在搅拌的状态下，将1.0mol/L的氨水滴入反应液A中，至pH＝9为止；
步骤3：将反应液A中的沉淀物过滤并进行多次洗涤，直到洗涤液用0.1mol/L的硝酸银溶液检测不到氯离子为止；
步骤4：称取质量为M1的前驱物一水合氢氧化锆，取质量为M2的蒸馏水，取质量为M3的丙烯酰胺，取质量为M4的N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，加入四甲基乙二胺液，将其混合并搅拌均匀，再滴入过硫酸铵，加热至70—90℃，静置10分钟，得到氢氧化锆胶体；其中M1∶M2＝4∶1，M2∶M3＝5∶1，M3∶M4＝20∶1；所述四甲基乙二胺液与氧氯化锆的摩尔比为13∶500；所述过硫酸铵与氧氯化锆的摩尔比为1∶25；
步骤5：将氢氧化锆胶体与适量的蒸馏水置于反应釜内，密闭升温，升温速度为4℃/min，反应温度为250℃，压力0.7MPaMPa，保温2小时；
步骤6：在反应釜内取出产物进行固液分离、干燥、并于800℃下煅烧2小时得到纳米氧化锆。
实施例4
一种凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法，包括以下步骤：
步骤1：将氧氯化锆和硝酸钇混合，用蒸馏水配制成2.0mol/L的反应液A；所述氧氯化锆和硝酸钇的摩尔比为97∶6；
步骤2：在搅拌的状态下，将2.0mol/L的氨水滴入反应液A中，至pH＝9为止；
步骤3：将反应液A中的沉淀物过滤并进行多次洗涤，直到洗涤液用0.1mol/L的硝酸银溶液检测不到氯离子为止；
步骤4：称取质量为M1的前驱物一水合氢氧化锆，取质量为M2的蒸馏水，取质量为M3的丙烯酰胺，取质量为M4的N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，加入四甲基乙二胺液，将其混合并搅拌均匀，再滴入过硫酸铵，加热至90℃，静置10分钟，得到氢氧化锆胶体；其中M1∶M2＝4∶1，M2∶M3＝5∶1，M3∶M4＝20∶1；所述四甲基乙二胺液与氧氯化锆的摩尔比为13∶500；所述过硫酸铵与氧氯化锆的摩尔比为1∶25；
步骤5：将氢氧化锆胶体与适量的蒸馏水置于反应釜内，密闭升温，升温速度为4℃/min，反应温度为350℃，压力1.3MPa，保温4小时；
步骤6：在反应釜内取出产物进行固液分离、干燥、并于800℃下煅烧2小时得到纳米氧化锆。
综上所述，本发明提供的凝胶-水热工艺制备纳米氧化锆的方法中，通过将氧氯化锆与氨水反应产出的前驱物多次洗涤过滤，然后将单体、交联剂等与氢氧化锆、蒸馏水混合搅拌均匀，加入引发剂制得氢氧化锆凝胶体；将胶体置于密闭反应釜内，密闭升温，随温度升高，氧化锆晶粒析出、有机物分解；之后将产物固液分离、干燥煅烧即得到纳米氧化锆产品。该方法结合了凝胶、水热两方法的优点，并且克服了单纯水热法造成的大比表面积、洁净度不高的问题，也克服了传统凝胶法耗时过长的问题。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。