CN102502816A

CN102502816A - 一种共沉淀法制备Gd2Zr2O7纳米粉体的方法

Info

Publication number: CN102502816A
Application number: CN2011103311418A
Authority: CN
Inventors: 马伟民; 李�权; 马雷; 赵翔; 张倩
Original assignee: Shenyang University of Chemical Technology
Current assignee: Shenyang University of Chemical Technology
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-06-20

Abstract

一种共沉淀法制备Gd₂Zr₂O₇纳米粉体的方法，涉及一种制备防核辐射纳米粉体材料的方法，制备步骤：配置溶液按Gd₂Zr₂O₇组分称取稀土氧化物Gd₂O₃、ZrOCl₂·8H₂O，并溶于浓硝酸中，加入蒸馏水，配置成稀土溶液；将沉淀剂氨水配置成稀氨水，制备前驱体，将上述配置好的稀土溶液滴加到沉淀剂中，得到的先驱沉淀物经时效，清洗，过滤，烘干，过筛得前驱体粉末；然后将前驱体煅烧，球磨后即得到粉体样品。本发明获得的Gd₂Zr₂O₇粉体分散性好，一次粒径平均约为80nm，而且制备工艺简单，周期短，成本低，适于批量生产，是一种非常有前景的防核辐射材料。

Description

一种共沉淀法制备Gd2Zr2O7纳米粉体的方法

技术领域

本发明涉及一种制备防核辐射纳米粉体材料的方法，特别是涉及一种共沉淀法制备防核辐射Gd₂Zr₂O₇纳米粉体材料的方法。

背景技术

在防核辐射技术领域中，以烧绿石型氧化物为代表的人造岩石固化体的抗辐射能力最好，使之成为重要的防核辐射材料，主要包括缺陷型和非缺陷型两种结构。缺陷型烧绿石结构在粉体制备过程中具有均匀掺杂，制备工艺简单，成本低廉，及良好的机械加工性能等优点，已成为防核辐射材料的首选材料。

Gd₂Zr₂O₇是由基质材料Gd₂O₃、ZrOCl₂·8H₂O组成，立方晶体结构，光学各向同性，是氧不透过材料，其中钆具有极高的中子吸收截面。这种材料在Pu自辐射条件下，其抗辐射能力达到3000万年，而锆酸钆的纯度并不影响其防辐射能力，是一种非常有前景的防核辐射材料。近年来，随着核技术的发展，核废料的安全处置问题已成为人类面临的极具挑战性的科学和技术问题，防辐射材料将是未来科学研究领域的研究热点，Gd₂Zr₂O₇纳米粉体经特殊烧结工艺制备的缺陷型烧绿石结构尚处于实验阶段，其粉体制备成本高、工艺复杂一直是新材料研究领域需要解决的问题。

目前国内外制备锆酸钆粉体主要有机械球磨反应法，常压下的高温固相反应法以及高温高压合成法。上述粉体合成方法中，合成Gd₂Zr₂O₇粉体粒径大，煅烧温度高，对设备要求高，生产工艺复杂，团聚严重，不适宜产业化生产。

发明内容

本发明的目的是通过以氨水为沉淀剂的共沉淀法制备一种粒径小、分散性好的Gd₂Zr₂O₇纳米粉体。制备的粉体比表面积大、活性高，有利于降低其烧结性能，是一种成本低廉、各组分可精确控制、工艺相对简单、易于实现产业化生产的合成方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种共沉淀法制备Gd₂Zr₂O₇纳米粉体的方法，所述方法包括如下制备步骤：配置溶液按Gd₂Zr₂O₇组分准确称取稀土氧化物Gd₂O₃、ZrOCl₂·8H₂O，并溶于浓硝酸中，加入蒸馏水，配置成稀土溶液，稀土溶液的初始浓度为0.01～1mol/L；沉淀剂氨水的浓度为0.1～6mol/L；将沉淀剂氨水配置成稀氨水；再制备前驱体，将上述配置好的稀土溶液滴加到沉淀剂中，得到的先驱沉淀物经时效，清洗，过滤，烘干，过筛得前驱体粉末；滴定时，环境温度为0～20℃，滴定速度为1～5ml/min，沉淀完全后调节体系的PH为9～13，时效0～12h ，干燥的温度和时间分别为70～100℃和8～24 h，然后将前驱体煅烧，球磨后即得到粉体样品。

所述的一种共沉淀法制备Gd₂Zr₂O₇纳米粉体的方法，其所述的前驱体煅烧采用弱还原性气氛，煅烧温度和保温时间分别为600～1100℃和1～6h。

本发明的优点与效果是：

1.先驱沉淀物经600℃煅烧时就已经有晶相Gd₂Zr₂O₇形成，到 1100℃时，纯晶相Gd₂Zr₂O₇已经完全形成了，晶化温度低，无杂相，结晶度好。

2.制备工艺简单，周期短，成本低，适于投入批量生产。

3.制备的Gd₂Zr₂O₇粉体颗粒团聚较少，分散性好，近似球形，平均粒径约为80nm。

附图说明

图1是Gd₂Zr₂O₇粉体的XRD图；

图2是平均粒径为80nm的Gd₂Zr₂O₇粉体的SEM图。

注：本发明的图1—图2产物状态的分析示意图，图中文字或影像不清晰并不影响对本发明技术方案的理解。

具体实施方案

下面参照附图对本发明进行详细说明。

发明溶液的配置按Gd₂Zr₂O₇组分称取Gd₂O₃（99.9%）、ZrOCl₂·8H₂O（99.9%），Gd₂O₃经浓盐酸溶解，ZrOCl₂·8H₂O溶于浓盐酸或蒸馏水中，配成浓度为0.01～1mol/L的混合溶液。沉淀剂氨水的浓度配为0.1～6mol/L。本发明前驱体的制备是将上述配置好的混合溶液滴加到沉淀剂中，温度为0～20℃，滴加速率为1～5ml/min,调节体系的PH为9～13，得到的先驱沉淀物时效0～12h，用蒸馏水和无水乙醇反复清洗数次，过滤，把先驱沉淀物置于干燥箱中在70～100℃干燥8～24h。分散剂的浓度为1mol%～10mol%。本发明煅烧是把干燥好的前驱体粉末粉碎，置于600～1100℃的马弗炉中煅烧1～4h。

实施例1：

把0.582gGd₂O₃溶于浓硝酸中，1.069gZrOCl₂·8H₂O溶于浓硝酸或蒸馏水中，将两种溶液混合，加蒸馏水配成含稀土离子0,03mol/L的溶液。配成的氨水浓度为1mol/L，把配好的混合溶液滴入氨水中，速率2ml/min，直至PH=7~8左右，并用磁力搅拌器搅拌，滴定结束后时效1h，过滤，用蒸馏水清洗三遍，无水乙醇洗两遍直至PH=8,置于温度为70℃干燥箱中干燥24h，研磨，过80目的网筛，置于马弗炉中1100℃煅烧2h，球磨，获得一次粒径为68nm左右的，球状的，团聚较严重的Gd₂Zr₂O₇粉体。

实施例2：

把0.596gGd₂O₃溶于浓硝酸中，1.046gZrOCl₂·8H₂O溶于浓硝酸或蒸馏水中，将两种溶液混合，加蒸馏水配成含稀土离子0,03mol/L的溶液。配成的氨水浓度为1mol/L，把配好的混合溶液滴入氨水中，速率2ml/min，直至PH=7～8左右，并用磁力搅拌器搅拌，滴定结束后时效1h，过滤，用蒸馏水清洗三遍，无水乙醇洗两遍直至PH=8,置于温度为70℃干燥箱中干燥24h，研磨，过80目的网筛，置于马弗炉中1100℃煅烧2h，球磨，获得一次粒径为76nm左右的，球状的，分散性良好的Gd₂Zr₂O₇粉体。

实施例3：

把0.592gGd₂O₃溶于浓硝酸中，1.062gZrOCl₂·8H₂O溶于浓硝酸或蒸馏水中，将两种溶液混合，加蒸馏水配成含稀土离子0.03mol/L的溶液。配成的氨水浓度为1mol/L，把配好的混合溶液滴入氨水中，速率2ml/min，直至PH=7～8左右，并用磁力搅拌器搅拌，滴定结束后时效1h，过滤，用蒸馏水清洗三遍，无水乙醇洗两遍直至PH=8,置于温度为70℃干燥箱中干燥24h，研磨，过80目的网筛，置于马弗炉中1100℃煅烧2h，球磨，获得一次粒径为80nm左右的，球状的，分散性良好的Gd₂Zr₂O₇粉体。

Claims

1.一种共沉淀法制备Gd₂Zr₂O₇纳米粉体的方法，其特征在于，所述方法包括如下制备步骤：配置溶液按Gd₂Zr₂O₇组分准确称取稀土氧化物Gd₂O₃、ZrOCl₂·8H₂O，并溶于浓硝酸中，加入蒸馏水，配置成稀土溶液，稀土溶液的初始浓度为0.01～1mol/L；沉淀剂氨水的浓度为0.1～6mol/L；将沉淀剂氨水配置成稀氨水；再制备前驱体，将上述配置好的稀土溶液滴加到沉淀剂中，得到的先驱沉淀物经时效，清洗，过滤，烘干，过筛得前驱体粉末；滴定时，环境温度为0～20℃，滴定速度为1～5ml/min，沉淀完全后调节体系的PH为9～13，时效0～12h ，干燥的温度和时间分别为70～100℃和8～24 h，然后将前驱体煅烧，球磨后即得到粉体样品。

2.根据权利要求1所述的一种共沉淀法制备Gd₂Zr₂O₇纳米粉体的方法，其特征在于，所述的前驱体煅烧采用弱还原性气氛，煅烧温度和保温时间分别为600～1100℃和1～6h。