CN103570066A

CN103570066A - 一种氧化锆纳米粉的制备方法

Info

Publication number: CN103570066A
Application number: CN201310560848.5A
Authority: CN
Inventors: 刘军; 彭润玲; 李洪仁
Original assignee: Shenyang University
Current assignee: Shenyang University
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-02-12

Abstract

一种氧化锆纳米粉的制备方法，其特征是：1、配制前驱体的溶液。2、将前躯体的溶液冻结成冻结物。3、冻结物冷冻真空干燥。4、将前驱体的粉体真空煅烧，使前驱体的粉体发生分解而转化成氧化锆纳米粉。本发明工艺过程很简单，操作方便，反应条件容易控制与实现，可进行工业化生产。前驱体制备在水溶液中进行，不使用任何有机试剂，不污染环境，所制备氧化锆纳米粉化学成分纯净，粒径均匀，无硬团聚，为非晶态纳米粉，活性高。

Description

一种氧化锆纳米粉的制备方法

技术领域

本发明涉及纳米粉体材料的制备技术领域，特别涉及一种采用冷冻真空干燥技术制备氧化锆纳米粉体材料的制备方法。

背景技术

由于氧化锆纳米粉的特殊的物理化学性质，使得氧化锆纳米粉在功能陶瓷、新型催化剂、传感器、润滑油、燃料电池等方面有着广泛的应用前景。因此，制备氧化锆纳米粉的方法成为人们研究的焦点。目前，制备氧化锆纳米粉主要采用化学液相法，如沉淀法、微乳液法、凝胶法、水解法等。这些方法一般是在液相中，通过控制化学反应条件，包括温度、压强、搅拌速度、pH值范围、化学试剂滴加的速度和滴加的顺序等，得到氧化锆前驱体沉淀或胶体，然后将前驱体干燥、煅烧，得到氧化锆粉体。为了防止所制备的前驱体聚集、团聚，多数方法中使用了一些特殊的物质或手段，如选择特殊的原料，加入碳纳米管或者有机溶剂、有机分散剂、表面活性剂、细菌纤维素膜等特殊物质，以及使用高速剪切分散乳化机、超声波、研磨、通电等手段。这些制备氧化锆纳米粉体的方法存在如下缺点。

1、制备前驱体的操作复杂，化学反应条件苛刻，往往需要多个条件协同作用，不容易控制。

2、在前驱体形成、干燥、煅烧过程中，颗粒之间易聚集或发生硬团聚。

3、使用有机试剂，污染环境，也造成产品中存留杂质。

4、所制备粉体为晶体颗粒，活性小。

冷冻真空干燥（简称为冷冻干燥，或冻干）方法作为一项成熟技术，已经在食品、医药、生物、材料等领域获得广泛的应用；采用冷冻真空干燥方法制备纳米粉体材料已有几十年的研究历史。目前，人们借助冷冻干燥技术，通过设计不同的化学路径，已经成功制备出多种金属、金属氧化物等纳米粉体材料。

发明内容

本发明提供一种氧化锆纳米粉的制备方法,该方法工艺过程很简单，操作方便，反应条件容易控制与实现，可进行工业化生产。前驱体制备在水溶液中进行，不使用任何有机试剂，不污染环境，所制备氧化锆纳米粉化学成分纯净，粒径均匀，无硬团聚，为非晶态纳米粉，活性高。

本发明提供的冷冻真空干燥技术制备氧化锆纳米粉的工艺流程为：前驱体的固体溶于水—前驱体的溶液冻结—冻结物冷冻真空干燥生成前驱体的粉体—前驱体的粉体真空煅烧成氧化锆纳米粉。

一种氧化锆纳米粉的制备方法，具体过程为：

1、配制前驱体的溶液。将前驱体的固体盛入容器中，加入去离子水，搅拌至完全溶解，得到前驱体的溶液。这里所说的前驱体包括：碳酸锆铵、氧氯化锆、乙酸锆。

2、将前躯体的溶液冻结成冻结物。这里所说的冻结其方式包括：经冷媒冻结、在制冷机中冻结、在冻干机中经冻干机的搁板制冷冻结、在冻干机中通过直接抽真空进行真空蒸发冻结。

3、冻结物冷冻真空干燥。开启冻干机，将冻结物置于冻干机的冻干箱内，保持冻干箱内温度低于冻结物的共熔点温度。开启真空泵，对冻干机的冷阱和冻干箱抽真空，使冻结物中的水分子全部升华。提高冻干机的搁板温度并继续抽真空，使前驱体中结合的结晶水分子全部解析并挥发掉，得到前驱体的粉体。

4、将前驱体的粉体真空煅烧，使前驱体的粉体发生分解而转化成氧化锆纳米粉。

步骤1中所说的氧氯化锆也称为氯化锆酰。

本发明提供的氧化锆纳米粉的制备方法其特点在于：1、制备前驱体的操作很简单，条件容易控制和实现；2、前驱体在水中以分子级别分散，不会聚集，前驱体干燥是在冷冻前提下完成，粉体粒径均匀，不会发生团聚；3、不使用任何有机溶剂和分散剂，不污染环境，产品化学成分纯净；4、所制备粉体颗粒为非晶体颗粒，活性高。

具体实施方式

实施例1

一种氧化锆纳米粉的制备方法为：

1、将氧氯化锆的固体100克放入容器中，加入1000毫升去离子水，搅拌约5分钟，至完全溶解，得到氧氯化锆溶液。

2、将盛放氧氯化锆溶液的容器放在制冷机中冷冻成氧氯化锆溶液的冻结物。

3、开启冻干机，将上述冻结物置于冻干机的冻干箱内。冻干箱内的搁板温度保持在-5℃，开启真空泵，对冻干机的冷阱和冻干箱抽真空至10-30帕，使冻结物中的水分子全部升华。提高搁板温度至90℃并继续保持抽真空，使氧氯化锆中结合的水分子全部解析并挥发掉，得到氧氯化锆粉体。

4、将氧氯化锆粉体放在真空煅烧炉中，于300℃、50帕的条件下煅烧1小时，使氧氯化锆分解成氧化锆纳米粉。

实施例2

一种氧化锆纳米粉的制备方法为：

1、将碳酸锆铵10千克放入容器中，加入50升去离子水，搅拌约10分钟，至完全溶解，得到碳酸锆铵溶液。

2、将盛放碳酸锆铵溶液的容器，放在冻干机的冻干箱内的搁板上，开启冻干机，为搁板制冷至-10℃，使碳酸锆铵溶液完全冻结成冻结物。

3、将上述冻结物保留在冻干机的冻干箱内，对冻干机的冷阱和冻干箱抽真空至10-30帕，致冻结物中的水分子全部升华。提高搁板温度至20℃并继续保持抽真空，使碳酸锆铵中结合的水分子全部解析并挥发掉，得到碳酸锆铵粉体。

4、将碳酸锆铵粉体保留在冻干机中，提高冻干机的搁板温度至50℃，保持真空度在50帕以下1小时，使碳酸锆铵分解成氧化锆纳米粉。

实施例3

一种氧化锆纳米粉的制备方法为：

1、将乙酸锆0.5千克放入容器中，加入2升去离子水，搅拌约10分钟，至完全溶解，得到乙酸锆溶液。

2、将盛放乙酸锆溶液的容器，放在冻干机的冻干箱内的搁板上，开启冻干机，为冻干机的冷阱制冷至-40℃，为冻干箱和冷阱抽真空，使乙酸锆溶液真空蒸发冻结成冻结物。

3、将上述冻结物保留在冻干机的冻干箱内，对冻干机的冷阱和冻干箱继续抽真空至10-20帕，致冻结物中的水分子全部升华。提高冻干机的搁板温度至20℃并继续保持抽真空，使乙酸锆中结合的水分子全部解析并挥发掉，得到乙酸锆粉体。

4、将乙酸锆粉体保留在冻干机中，提高冻干机的搁板温度至70℃，保持真空度在30帕以下1小时，使乙酸锆分解成氧化锆纳米粉。

实施例4

一种氧化锆纳米粉的制备方法为：

1、将碳酸锆铵50克放入容器中，加入300毫升去离子水，搅拌约10分钟，至完全溶解，得到碳酸锆铵溶液。

2、将碳酸锆铵溶液滴入（或喷雾至）液氮中，使碳酸锆铵溶液冻结成冰珠。

3、将盛放冰珠的容器，放置在冻干机的冻干箱内，对冷阱和冻干箱抽真空至10-30帕，使冰珠中的水分子全部升华。提高搁板温度至20℃并继续保持抽真空，使碳酸锆铵中结合的水分子全部解析并挥发掉，得到碳酸锆铵粉体。

4、将碳酸锆铵粉体保留在冻干机中，提高搁板温度至50℃，保持真空度在50帕以下1小时，使碳酸锆铵分解成氧化锆纳米粉。

Claims

1.一种氧化锆纳米粉的制备方法，其特征是：(1)、配制前驱体的溶液将前驱体的固体盛入容器中，加入去离子水，搅拌至完全溶解，得到前驱体的溶液这里所说的前驱体包括：碳酸锆铵、氧氯化锆、乙酸锆；（2）、将前躯体的溶液冻结成冻结物这里所说的冻结其方式包括：经冷媒冻结、在制冷机中冻结、在冻干机中经冻干机的搁板制冷冻结、在冻干机中通过直接抽真空进行真空蒸发冻结；（3）、冻结物冷冻真空干燥开启冻干机，将冻结物置于冻干机的冻干箱内，保持冻干箱内温度低于冻结物的共熔点温度开启真空泵，对冻干机的冷阱和冻干箱抽真空，使冻结物中的水分子全部升华提高冻干机的搁板温度并继续抽真空，使前驱体中结合的结晶水分子全部解析并挥发掉，得到前驱体的粉体；（4）、将前驱体的粉体真空煅烧，使前驱体的粉体发生分解而转化成氧化锆纳米粉。