CN102826605B - 一种氧化铬纳米材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种氧化铬（Cr2O3）纳米材料的制备方法，属于无机材料的制备技术领域。本发明以硝酸铬为原料，首先在中性或者酸性条件下通过水热反应将硝酸铬水解生成水合氧化铬纳米颗粒，然后进行热焙烧处理水合氧化铬纳米颗粒重新晶化为氧化铬纳米材料。本发明原料无毒无害、不需要还原剂，不需要表面活性剂，不需要加沉淀剂，制备的纳米氧化铬纯度高，分散性好，比表面积大，而且具有优良的热稳定性。粒度分布均匀，通过简单的调节实验的酸度或者焙烧温度可以得到20～200nm不同粒径的氧化铬纳米颗粒。本方法成本低，生产工艺简单，易于工业化大规模生产，整个工艺不产生含铬废弃物，是一种对环境清洁友好的情清洁制备氧化铬的方法。

Description

一种氧化铬纳米材料的制备方法
技术领域
本发明属于无机材料的制备技术领域，具体涉及一种氧化铬（Cr2O3）纳米材料的制备方法。
背景技术
纳米氧化铬是一种重要的无机粉末，广泛的应用于催化、氢气吸收以及储存，高密度氧化铬材料、光学材料、电池阴极材料、陶瓷、高级透明颜料、功能涂料、有机合成等等领域。目前纳米氧化铬的制备方法主要是液相制备法，液相制备法主要包括以下三种方法：溶胶-凝胶法、铬酸钠酸性还原法和铬酸酐（CrO3）还原法。溶胶-凝胶法需要强力机械搅拌并加入比较昂贵表面活性剂，该方法的缺点是反应物浓度一般比较低，强机械搅拌导致耗能高，表面活性剂成本高。铬酸钠还原法是在酸性下还原得到Cr3+，然后加入表面活性剂和碱性沉淀剂得到Cr(OH)3，最后煅烧得到纳米氧化铬，这种方法工艺复杂，需要加入表面活性剂、调节酸度等，需要控制的参数比较多，工艺复杂，成本较高。铬酸酐（CrO3）还原法是采用醇类、醛类或者其他类物质进行水热还原反应，但是原料毒性大，而且容易引入杂质元素，容易残留CrO3，难以得到高品质产品，此外还有非液相法，如气相沉积法、微波等离子体法、激光诱导热解法等，但是产量小，制备装置昂贵，不适合大规模生产。
发明内容：
本发明的目的是提供一种氧化铬纳米材料的制备方法，首先在中性或者酸性调节下，采用硝酸铬水热反应制备水合氧化铬前驱体，然后对水合氧化铬前驱体进行热焙烧处理得到氧化铬纳米材料。制备的纳米氧化铬纯度高，分散性好，比表面积大，而且具有优良的热稳定性。粒度分布均匀，通过简单的调节实验的酸度或者焙烧温度可以得到20～200nm不同粒径的氧化铬纳米颗粒。可以用于催化、氢气吸收以及储存，高密度氧化铬材料、光学材料、电池阴极材料、陶瓷、高级透明颜料、功能涂料、钞票印制、有机合成等领域。同时发现这种方法制备的氧化铬具有铁磁性，可以应用于磁记录材料领域。
本发明以硝酸铬为铬源，采用水热反应制备水合氧化铬前驱体，然后对水合氧化铬前驱体进行热焙烧处理得到氧化铬纳米材料。
本发明技术方案如下：
一种氧化铬纳米材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：配制硝酸铬溶液。
在去离子水中加入硝酸铬，搅拌直至完全溶解，得淡绿色澄清硝酸铬溶液。其中硝酸铬的浓度为：0.1mol/L～3mol/L。为了调节目标产品氧化铬的粒径，可首先采用硝酸溶液调节硝酸铬溶液的pH值至0~7之间。
步骤2：水热反应生成水合氧化铬纳米颗粒。
将步骤1所配制的硝酸铬溶液转移到聚四氟乙烯内衬的水热釜中，在150～250℃下水热反应6～48小时。将水热反应后的产物过滤，去离子水洗涤，105～130℃下烘干，得到水合氧化铬（CrOOH）纳米颗粒。
步骤3：焙烧水合氧化铬纳米颗粒。
将步骤2所得水合氧化铬纳米颗粒在300～1000℃下焙烧0.5～2小时，即得氧化铬纳米颗粒。
本发明的原理是首先在中性或者酸性条件下通过水热反应将硝酸铬水解生成水合氧化铬纳米颗粒，然后进行热焙烧处理水合氧化铬纳米颗粒重新晶化为氧化铬纳米材料。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明原料无毒无害、不需要还原剂，不需要表面活性剂，不需要加沉淀剂，制备的纳米氧化铬纯度高，分散性好，比表面积大，而且具有优良的热稳定性。粒度分布均匀，通过简单的调节实验的酸度或者焙烧温度可以得到20～200nm不同粒径的氧化铬纳米颗粒。本方法成本低，生产工艺简单，易于工业化大规模生产，整个工艺不产生含铬废弃物，是一种对环境清洁友好的情清洁制备氧化铬的方法。这种方法制备的氧化铬可以用于催化、氢气吸收以及储存，高密度氧化铬材料、光学材料、电池阴极材料、陶瓷、高级透明颜料、功能涂料、钞票印制、有机合成等领域。同时发现这种方法制备的氧化铬具有铁磁性，可以应用于磁记录材料领域。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
图2为本发明所制备的氧化铬纳米材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
实施例1
在水热釜中加入120ml的去离子水，然后加入14.46g Cr(NO3)3·9H2O，搅拌至完全溶解，得淡绿色澄清硝酸铬溶液。密封好水热釜，在190℃下水热反应24小时。将水热反应后的产物过滤，去离子水洗涤，110℃下烘干，得到水合氧化铬（CrOOH）纳米颗粒。将水合氧化铬（CrOOH）纳米颗粒在400℃下焙烧1小时，即得氧化铬纳米颗粒。电子显微镜下观察此种纳米复合颗粒直径为33nm，颗粒球型，均匀，具有很好的分散性，比表面积为55.6m2/g。XRD测量结果表明氧化铬具有较好的晶型。
实施例2
采用上述实施例1的制备过程，不同之处在于，将水合氧化铬（CrOOH）纳米颗粒在600℃下焙烧1小时，得到氧化铬纳米颗粒电子显微镜观察颗粒平均粒径为52nm，比表面积为39.5m2/g，XRD测量结果表明氧化铬具有较好的晶型。
实施例3
采用上述实施例1的制备过程，不同之处在于，将水合氧化铬（CrOOH）纳米颗粒在800℃下焙烧1小时，得到氧化铬纳米颗粒电子显微镜观察颗粒平均粒径为70nm，比表面积为28.1m2/g，XRD测量结果表明氧化铬具有较好的晶型。
实施例4
在水热釜中加入100ml的去离子水，采用加入2mol/L的硝酸溶液20ml，然后加入14.46gCr(NO3)3·9H2O，搅拌至完全溶解，得淡绿色澄清硝酸铬溶液。密封好水热法，在160℃下水热反应18小时。将水热反应后的产物过滤，去离子水洗涤，110℃下烘干，得到水合氧化铬（CrOOH）纳米颗粒。将水合氧化铬（CrOOH）纳米颗粒在400℃下焙烧1小时，即得氧化铬纳米颗粒。电子显微镜下观察此种纳米复合颗粒直径为150nm，颗粒球型，均匀，具有很好的分散性，比表面积为23.5m2/g。XRD测量结果表明氧化铬具有较好的晶型。
实施例5
在水热釜中加入100ml的去离子水，采用加入2mol/L的硝酸溶液调节溶液p H值为4，然后加入72.30g Cr(NO3)3·9H2O，搅拌至完全溶解，得淡绿色澄清硝酸铬溶液。密封好水热法，在200℃下水热反应20小时。将水热反应后的产物过滤，去离子水洗涤，110℃下烘干，得到水合氧化铬（CrOOH）纳米颗粒。将水合氧化铬（CrOOH）纳米颗粒在400℃下焙烧1小时，即得氧化铬纳米颗粒。电子显微镜下观察此种纳米复合颗粒直径为35nm，颗粒球型，均匀，具有很好的分散性，比表面积为49.8m2/g。XRD测量结果表明氧化铬具有较好的晶型。

Claims (2)

1.一种氧化铬纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：配制硝酸铬溶液；
在去离子水中加入硝酸铬，搅拌直至完全溶解，得淡绿色澄清硝酸铬溶液；其中硝酸铬的浓度为：0.1mol/L～3mol/L；
步骤2：水热反应生成水合氧化铬纳米颗粒；
将步骤1所配制的硝酸铬溶液转移到聚四氟乙烯内衬的水热釜中，在150～250℃下水热反应6～48小时；将水热反应后的产物过滤，去离子水洗涤，105～130℃下烘干，得到水合氧化铬CrOOH纳米颗粒；
步骤3：焙烧水合氧化铬纳米颗粒；
将步骤2所得水合氧化铬CrOOH纳米颗粒在300～1000℃下焙烧0.5～2小时，即得氧化铬纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的氧化铬纳米材料的制备方法，其特征在于，采用硝酸溶液调节步骤1所配制的硝酸铬溶液的pH值至0~7之间。
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