一种高纯超细氧化锆的制备方法
阅读说明：本技术 一种高纯超细氧化锆的制备方法 (Preparation method of high-purity superfine zirconia ) 是由 张志峰 周海东 余瑶辰 于 2021-02-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高纯超细氧化锆的制备方法,包括以下步骤：S1：配制锆盐水溶液,配制复合萃取剂；两者混合萃取,静置,分相,取有机相,得到含有Zr～(4+)的微乳液A；S2：将短链醇、氨水和复合萃取剂进行混合,配制得到微乳液B；S3：将微乳液A和微乳液B混合,静置陈化反应分层后,底层为沉淀物,中间层为含有铵根的水相,上层为含有复合萃取剂的油相；S4：水相外排,油相经过酸洗和水洗后重新返回进行微乳液A和微乳液B的配制,而沉淀物经过干燥,煅烧后,得到所述高纯超细氧化锆微粒。本发明的氧化锆制备方法,成本低、操作简单,易于批量化制备,所得到的产品纯度高,粒径分布理想,可满足各工业领域的使用。(The invention discloses a preparation method of high-purity superfine zirconia, which comprises the following steps: s1: preparing a zirconium salt aqueous solution and preparing a composite extracting agent; mixing the two, extracting, standing, separating phases, and taking an organic phase to obtain the Zr-containing solution 4+ The microemulsion A of (a); s2: mixing short-chain alcohol, ammonia water and a composite extracting agent to prepare a microemulsion B; s3: mixing the microemulsion A and the microemulsion B, standing, ageing, reacting and layering, wherein the bottom layer is a precipitate, the middle layer is a water phase containing ammonium groups, and the upper layer is an oil phase containing the composite extractant; s4: and discharging the water phase, returning the oil phase after acid washing and water washing to prepare the microemulsion A and the microemulsion B, and drying and calcining the precipitate to obtain the high-purity superfine zirconia particles. The preparation method of the zirconium oxide has the advantages of low cost, simple operation and easy batch preparation, and the obtained product has high purity and ideal particle size distribution and can meet the use requirements of various industrial fields.)
技术领域
本发明涉及氧化锆制备方法的技术领域，尤其涉及一种高纯超细氧化锆的制备方法。
背景技术
纳米氧化锆具有抗热震性强、耐高温、化学稳定性好、材料复合性突出等特点。其广泛应用在国防、电子、高温结构和功能陶瓷等领域，尤其是在表面涂层等高科技领域具有重要应用价值。纳米氧化锆材料通常采用水热法、共沉淀法及微乳液法等合成。
微乳液法在制备纳米颗粒时，微乳液通常由表面活性剂、助表面活性剂、溶剂和水(或水溶液)组成。在此体系中，两种互不相溶的连续介质被表面活性剂双亲分子分割成微小空间形成微型反应器，其大小可控制在纳米级范围，反应物在体系中反应生成固相粒子。由于微乳液能对纳米材料的粒径和稳定性进行精确控制，限制了纳米粒子的成核、生长、聚结、团聚等过程，从而形成的纳米粒子包裹有一层表面活性剂，并有一定的凝聚态结构。中国CN01130825.7公开了一种制备粒径可控的纳米氧化锆的方法，该专利采用微乳液法制备了纳米氧化锆，但是该方法以损失表面活性剂为代价，而且不能规模制备。
由鉴于此，亟需提供一种高纯超细氧化锆的制备方法。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种高纯超细氧化锆的制备方法，以解决现有氧化锆制备方法中无法得到高纯超细氧化锆、无法批量制备，表面活性剂消耗大等问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种高纯超细氧化锆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1：配制锆盐水溶液，并调节pH为1～4；配制复合萃取剂，所述复合萃取剂浓度为0.1～0.5g/mL；将配制好的锆盐水溶液和复合萃取剂进行混合萃取，静置，分相，取有机相，得到含有Zr4+的微乳液A；
S2：将短链醇、氨水和步骤S1中的复合萃取剂进行混合，配制得到微乳液B；
S3：将微乳液A和微乳液B在反应釜内进行搅拌混合，然后静置陈化反应，所述反应釜分层后，底层为沉淀物，中间层为含有铵根的水相，上层为含有复合萃取剂的油相；
S4：将所述含有铵根的水相外排，所述含有复合萃取剂的油相经过酸洗和水洗后重新返回步骤S1和S2进行微乳液A和微乳液B的配制，而步骤S3得到的沉淀物经过干燥，煅烧后，得到所述高纯超细氧化锆微粒。
优选地，所述锆盐为氯化锆或硝酸锆，所述锆盐浓度为0.3～1mol/L。
优选地，所述复合萃取剂为二正辛胺、正辛醇和正己烷的混合溶液，所述二正辛胺、正辛醇和正己烷的质量比为1.2～5.6：1.5～3.6：10～20。
优选地，所述锆盐水溶液和复合萃取剂的体积比为1：2～8。
优选地，所述短链醇为丙醇、正丁醇或异丁醇中的一种。
优选地，所述短链醇、氨水和复合萃取剂的体积比为1：3.2～5.5：12～27。
优选地，在所述步骤S3中，所述微乳液A和微乳液B按Zr4+和短链醇的摩尔比为1：1～4进行混合反应。
优选地，所述陈化反应的反应温度为30～50℃，反应时间为1～10h。
优选地，所述沉淀物的干燥温度为110～120℃，煅烧温度为750～950℃。
本发明的有益效果：
本发明通过由二正辛胺、正辛醇和正己烷组成的混合溶液作为萃取剂，其中二正辛胺包含了具有烷基链非极性基团和胺基极性基团，因此具有表面活性剂的性质，其中正己烷为油相物质，正辛醇起到助表面活性助的作用，因此萃取平衡后的有机相及添加氨水和短链醇后的溶液均由表面活性剂、油相和水相构成，得到W/O 型微乳液。微乳液具有微型反应器的作用，使制备得到的微乳液A和微乳液B在该反应器内进行锆离子与短链醇和氨水的反应，形成锆醇盐，该锆醇盐在水中极不稳定，易于分解和缩合反应，经过静置陈化后，得到高纯的二氧化锆颗粒；同时该微乳液也可以作为模板的作用，从而有效控制反应生成的二氧化锆微粒粒径和形貌。
本发明提供的氧化锆的制备方法，其突出的优点是制备工艺简单；能耗低，可批量制备；反应后的产物，易于分离和控制；所采用的萃取剂可以循环使用，大大降低成本；制备的材料性能稳定，可满足不同用途超纯纳米氧化锆的添加，以充分发挥超纯纳米氧化锆在不同应用体系中的作用。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
本实施例的高纯超细氧化锆的制备方法，其包括以下步骤：
S1：配制锆盐水溶液，所述锆盐为氯化锆，所述锆盐浓度为0.3mol/L，并调节pH为2；配制复合萃取剂，所述复合萃取剂为二正辛胺、正辛醇和正己烷的混合溶液，所述二正辛胺、正辛醇和正己烷的质量比为1.2：1.5：10，所述复合萃取剂浓度为0.1g/mL；将配制好的锆盐水溶液和复合萃取剂进行混合萃取，所述锆盐水溶液和复合萃取剂的体积比为1：2，静置，分相，取有机相，得到含有Zr4+的微乳液A；
S2：将丙醇、氨水和步骤S1中的复合萃取剂进行混合，配制得到微乳液B；所述丙醇、氨水和复合萃取剂的体积比为1：3.2：12；
S3：将微乳液A和微乳液B在反应釜内进行搅拌混合，所述微乳液A和微乳液B按Zr4+和丙醇的摩尔比为1：2进行混合反应，然后静置陈化反应，反应温度为30℃，反应时间为3h，所述反应釜分层后，底层为沉淀物，中间层为含有铵根的水相，上层为含有复合萃取剂的油相；
S4：将所述含有铵根的水相外排，所述含有复合萃取剂的油相经过酸洗和水洗后重新返回步骤S1和S2进行微乳液A和微乳液B的配制，而步骤S3得到的沉淀物经过干燥，煅烧后，所述沉淀物的干燥温度为110℃，煅烧温度为780℃，得到所述高纯超细氧化锆微粒。
检测结果表明，本实施例制备得到的氧化锆微粒的平均粒径为10.4nm，氧化锆纯度为99.87%。
实施例2
本实施例的高纯超细氧化锆的制备方法，其包括以下步骤：
S1：配制锆盐水溶液，所述锆盐为氯化锆，所述锆盐浓度为0.7mol/L，并调节pH为3；配制复合萃取剂，所述复合萃取剂为二正辛胺、正辛醇和正己烷的混合溶液，所述二正辛胺、正辛醇和正己烷的质量比为3.5：2.8：15，所述复合萃取剂浓度为0.3g/mL；将配制好的锆盐水溶液和复合萃取剂进行混合萃取，所述锆盐水溶液和复合萃取剂的体积比为1：6，静置，分相，取有机相，得到含有Zr4+的微乳液A；
S2：将正丁醇、氨水和步骤S1中的复合萃取剂进行混合，配制得到微乳液B；所述正丁醇、氨水和复合萃取剂的体积比为1：4.7：18；
S3：将微乳液A和微乳液B在反应釜内进行搅拌混合，所述微乳液A和微乳液B按Zr4+和正丁醇的摩尔比为1：3进行混合反应，然后静置陈化反应，反应温度为50℃，反应时间为6h，所述反应釜分层后，底层为沉淀物，中间层为含有铵根的水相，上层为含有复合萃取剂的油相；
S4：将所述含有铵根的水相外排，所述含有复合萃取剂的油相经过酸洗和水洗后重新返回步骤S1和S2进行微乳液A和微乳液B的配制，而步骤S3得到的沉淀物经过干燥，煅烧后，所述沉淀物的干燥温度为115℃，煅烧温度为900℃，得到所述高纯超细氧化锆微粒。
检测结果表明，本实施例制备得到的氧化锆微粒的平均粒径为12nm，氧化锆纯度为99.77%。
实施例3
本实施例的高纯超细氧化锆的制备方法，其包括以下步骤：
S1：配制锆盐水溶液，所述锆盐为硝酸锆，所述锆盐浓度为1mol/L，并调节pH为4；配制复合萃取剂，所述复合萃取剂为二正辛胺、正辛醇和正己烷的混合溶液，所述二正辛胺、正辛醇和正己烷的质量比为5.6：3.6：20，所述复合萃取剂浓度为0.5g/mL；将配制好的锆盐水溶液和复合萃取剂进行混合萃取，所述锆盐水溶液和复合萃取剂的体积比为1：8，静置，分相，取有机相，得到含有Zr4+的微乳液A；
S2：将异丁醇、氨水和步骤S1中的复合萃取剂进行混合，配制得到微乳液B；所述异丁醇、氨水和复合萃取剂的体积比为1：5.5：27；
S3：将微乳液A和微乳液B在反应釜内进行搅拌混合，所述微乳液A和微乳液B按Zr4+和异丁醇的摩尔比为1：4进行混合反应，然后静置陈化反应，反应温度为50℃，反应时间为8h，所述反应釜分层后，底层为沉淀物，中间层为含有铵根的水相，上层为含有复合萃取剂的油相；
S4：将所述含有铵根的水相外排，所述含有复合萃取剂的油相经过酸洗和水洗后重新返回步骤S1和S2进行微乳液A和微乳液B的配制，而步骤S3得到的沉淀物经过干燥，煅烧后，所述沉淀物的干燥温度为120℃，煅烧温度为950℃，得到所述高纯超细氧化锆微粒。
检测结果表明，本实施例制备得到的氧化锆微粒的平均粒径为12.4nm，氧化锆纯度为99.79%。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。
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