CN104787802B - 形貌可控的纳米氧化锆制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单分散不同形貌氧化锆的制备方法，属于纳米材料制备的领域，其特征在于，采用模板法，确定SDS/Tritionx‑100/H₂O体系中三者配比，通过调控反应物的浓度来控制所制备纳米粉体的形貌。其步骤如下：(1)确定SDS/tritionx‑100/H₂O体系的相单相区域。采用0.5‑2mol/L的氯氧化锆及1‑13mol/L的氨水取代三元体系的水，充分混合二者，25℃下恒温1‑24小时，采用乙醇及水洗涤离心数次，直至洗涤液显中性为止。50‑80℃干燥得到的粉体，500‑700℃下煅烧2小时，即得到不同形貌的纳米氧化锆。本发明的有益效果在于采用模板法，通过调节反应物浓度合成不同形貌的纳米氧化锆，制备方法简单，制备条件温和，所制备的粉体在后续处理中不易团聚。

Description

形貌可控的纳米氧化锆制备方法

技术领域

本发明提供一种单分散的不同形貌纳米氧化锆的制备方法，尤其涉及一种混合型表面活性模板法制备形貌可控的纳米氧化锆制备方法，属于纳米材料制备的领域。

背景研究

氧化锆是一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损而且具有优良导电性能的无机非金属材料，由于其具有酸性、碱性、还原性和氧化性，又是P型半导体，易于产生氧空穴，作为催化剂载体可与活性组分产生较强的相互作用，故引起催化领域学者的高度重视，在自动催化、催化氢化、聚合和氧化反应催化及超强酸催化剂及传感器电子器件等方面均受到了特别的关注。氧化锆的各种性质与其自身形貌和粒径有很大联系：例如在制备单相陶瓷时如使用球形粉体可使制备的陶瓷材料的密度增大；氧化锆纤维在陶瓷中具有增韧作用；氧化锆纳米线与普通纳米粒子相比具有良好的光学性质。因此控制粉体的形貌对制备优质的陶瓷材料具有非常的意义。

从目前国内外对纳米氧化锆得研究来看，液相法是一种常用的制备方法，包括沉淀法，溶胶溶胶法，水热法等，现有报道中，Mihaela Popovici通过液相沉淀法制备了具有高折射率的薄片状的纳米氧化锆。吴电勇(吴电勇，孙洪巍，胡行，齐健.微乳液法制备纳米氧化锆粉体的研究[J]材料导报.2009，5.(23)：185-187)采用微乳液法制备了球形的氧化锆，得出粉体的粒度随浓度、溶水量以及焙烧温度的变化规律。孙笑非(孙笑非，硕士学位论文[D].河北师范大学，2006，4)利用均匀沉淀法制备纳米氧化锆，采用醇溶剂沉淀法，通过控制温度、改变沉淀剂，加入添加剂等条件制备了椭球形氧化锆、使用络合沉淀法，控制温度、浓度、改变沉淀剂，制备了长短、粗细可控的棒状氧化锆。马天采用微乳液法制备球形的氧化锆粉体(马天，黄勇纳米微乳液法制备球形氧化锆粉体及其致密化行为[J].稀有金属材料与工程.2004，11.(33)：1127-1131)。专利CN101830507A采用沉淀法制备片状的纳米氧化锆。以上研究均采用一种方法制备一种形貌的纳米氧化锆，如需要得到不同形貌的粉体，需要改变工艺条件，例如控制ZrOCl₂反应物的浓度和反应温度，加入添加剂、改变沉淀剂等很多操作条件，工艺较复杂，并采用以上方法制备的粉体在后续干燥及处理中容易产生团聚。因此探索易于制备单分散、工艺可控并且在后续处理中不易产生团聚的纳米粉体的制备方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过调控工艺条件、制备不易团聚的不同形貌纳米氧化锆的简单制备方法。发明的构思为不同形貌的氧化锆可以应用到不同领域，具有不同性能。

本发明为实现上述目的，采用的技术路线如下：

不同形貌的氧化锆的制备方法，其特征在于，采用模板法制备，通过改变氯氧化锆溶液 浓度控制所制备氧化锆的形貌，制备步骤依次如下：

步骤1：确定模板的组成，SDS/Tritionx-100/H₂O配比为15/38/47-45/15/40。

步骤2：采用0.5-2mol/L的氯氧化锆水溶液替代步骤1中组分水。

步骤3：采用1-13mol/L的氨水替代步骤1中组分水。

步骤4：将步骤2及3的溶液充分混合后在水浴锅内25-55℃恒温1-12小时。

步骤5：将步骤4得到的前驱体采用离心机10000转/分离心，采用无水乙醇及水交替洗涤产品，产物在80℃下干燥2-5小时。

步骤6：将步骤5得到的样品在马弗炉中煅烧，煅烧温度为400-800℃，煅烧速度为1°-5°/分，时间为2-4小时，即得到具备高分散的不同形貌的纳米氧化锆粉体。

附图说明

图1是本发明实施例在600℃煅烧后的XRD谱

图2是本发明实施例在600℃煅烧后的SEM

本发明的优点在于：采用一种制备方法，通过调控反应物浓度，制备不同形貌的纳米氧化锆，且在后续处理中不易团聚，整个制备过程反应条件温和，操作简单，易于实现。

具体实施方式

实施例1

(1)取15克SDS溶于50mL的水中，充分溶解后备用，取此溶液5mL，加入Tritonx-100 2mL，混合后恒温，三者比例为SDS/H₂O/Tritonx-100为17/58/24，获得制备纳米粉体的模板。

(2)将16.1、32.2克ZrClO₂.8H₂O溶液分别溶于100mL的水中配制成0.5mol/L及1mol/L的氯氧化锆溶液，以此溶液替代(1)中的组分水，充分混合均匀。

(3)将mol/L的氨水溶液，替代(1)中的组分水，充分混合。

(4)将(2)(3)两种溶液充分混合，在恒温水浴25℃恒温1小时。

(5)将步骤4得到的前驱体采用离心机10000转/分离心8分钟，采用无水乙醇及水交替洗涤产品，产物在真空干燥箱内80℃下干燥5小时。

(6)干燥后的粉体马弗炉中500℃烧煅烧2小时，得到图2(A)(B)的近球形氧化锆粉体。

实施例二

(1)取15克SDS溶于50mL的水中，充分溶液后备用，取此溶液5ml，加入Tritionx-100 2mL，混合后恒温，三者比例为SDS/H₂O/Tritionx-100为17/58/24，获得制备纳米的模板。

(2)将48.8克及64.6克ZrClO₂.8H₂O溶液分别溶于100mL的水中配制成1.5mol/L及2mol/L的氯氧化锆溶液，以此溶液替代(1)中的组分水，充分混合。

(3)将4mol/L的氨水溶液，替代(1)中的组分水。

(4)将(2)(3)两种溶液充分混合，在恒温水浴25℃恒温1小时。

(5)将步骤4得到的前驱体采用离心机10000转/分离心8分钟，采用无水乙醇及水交替洗涤产品，产物在真空干燥箱内80℃下干燥5小时。

(6)干燥后的粉体马弗炉中500℃烧煅烧2小时，得到图2(C)(D)的花生状及棉絮状氧化锆粉体。

Claims (8)

1.一种形貌可控的纳米氧化锆的制备方法，确定SDS/TritonX-100/H₂O模板配比，在此基础上用NH₄·OH、ZrOCl₂·8H₂O分别取代SDS/TritonX-100/H₂O体系中的组分水，利用涡旋混合器将一定质量比SDS/TritonX-100/NH₄·OH、SDS/TritonX-100/ZrOCl₂·8H₂O混合物充分混合，在恒温水浴恒温，所获的产品经过高速离心机离心、洗涤、干燥，煅烧后即为纳米氧化锆粉体，其特征在于SDS/TritonX-100/H₂O模板配比的质量比为15/38/47～45/15/40。

2.根据权利要求1所述的形貌可控的纳米氧化锆的制备方法，其特征在于：氯氧化锆浓度0.5～2.0mol/L。

3.根据权利要求1所述的形貌可控的纳米氧化锆的制备方法，其特征在于：氨水浓度为1～13mol/L。

4.根据权利要求1所述的形貌可控的纳米氧化锆的制备方法，其特征在于：反应体系温度应控制在25～50℃；恒温时间1小时。

5.根据权利要求1所述的形貌可控的纳米氧化锆的制备方法，其特征在于：离心机转数为10000转/分。

6.根据权利要求1所述的形貌可控的纳米氧化锆的制备方法，其特征在于：洗涤液采用乙醇、水。

7.根据权利要求1所述的形貌可控的纳米氧化锆的制备方法，其特征在于：干燥时间应控制为2～8小时。

8.根据权利要求1所述的形貌可控的纳米氧化锆制备方法，其特征在于：煅烧温度应控制在400～800℃，煅烧保温时间2小时。