CN112340774A - 一种常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法 - Google Patents

一种常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112340774A
CN112340774A CN202011250755.9A CN202011250755A CN112340774A CN 112340774 A CN112340774 A CN 112340774A CN 202011250755 A CN202011250755 A CN 202011250755A CN 112340774 A CN112340774 A CN 112340774A
Authority
CN
China
Prior art keywords
self
normal pressure
spherical powder
tetragonal
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011250755.9A
Other languages
English (en)
Inventor
李峻峰
宋联荣
刘毅
朱志威
林雨听
唐柳群
舒雨玫
周皓东
张佩聪
赖雪飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Univeristy of Technology
Original Assignee
Chengdu Univeristy of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Univeristy of Technology filed Critical Chengdu Univeristy of Technology
Priority to CN202011250755.9A priority Critical patent/CN112340774A/zh
Publication of CN112340774A publication Critical patent/CN112340774A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00—Compounds of zirconium
    • C01G25/02—Oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明提供了一种常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法，属于纳米氧化锆粉体生产技术领域。本发明的合成方法：以无机锆盐为起始原料、常用碱为沉淀剂，制成溶液，缓慢滴定形成沉淀，再常压低温水浴老化，经洗涤干燥得到纳米粉体。本发明通过控制组分浓度、用量以及老化温度、时间等参数，结合不同分子量的聚乙二醇作表面活性剂，能够准确获得四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体。本发明方法工艺设备简单，反应条件温和，无需耐压设备，能耗少成本低；得到的四方相纳米氧化锆粉体不经过焙烧过程，晶型自稳定，化学纯度高，结晶度好，粒度分布窄，球形度好。

Description

一种常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备 方法
技术领域
本发明涉及一种常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法，属于纳米材料生产技术领域。
背景技术
二氧化锆具有高强度、高硬度、高韧性、高耐磨性等优异的力学特性；以及良好的化学稳定性、热力学稳定性、生物相容性；同时还具有带隙宽、介电常数高、优良的离子交换性能等功能特性。由于自身的力学和功能特性，二氧化锆成为一种性能优异的功能材料和功能材料，广泛应用于功能陶瓷材料、电子陶瓷材料、催化材料、耐火材料、牙齿修复材料等领域。
目前的纳米氧化锆制备工艺主要分为固相法、液相法和气相法，均存在一定的局限性，如原料成本高、能耗高、设备昂贵、反应条件剧烈等，且所得粉体多为非晶态或不同晶型的复合粉体。
二氧化锆粉体性能和晶型密切相关，相对于单斜相和立方相，四方相具有更加优良的性能和更广泛的用途，但常温下四方相氧化锆是亚稳相。
为了在室温下得到稳定的四方相二氧化锆，人们常用稳定剂和掺杂的方法。常用的稳定剂有Y2O3、CaO、MgO、CeO2和其它稀土氧化物。常用的三个掺杂方法包括：(1)通过掺杂离子半径比锆离子大的四价金属来增大阳离子和阴离子的半径比，如；Ce4+；(2)通过掺杂离子半径小于四价锆的碱土和稀土金属离子，如Ca2+、Mg2+、Y3+、Er3+等； (3)利用碳、氮等阴离子的掺杂稳定室温下的立方或四方相二氧化锆。中国专利CN 101024514 A公开了一种常压水热合成四方相氧化锆的新方法，中国专利CN 110203969 A公开了一种高分散四方相纳米氧化锆的制备方法，但都需要引入钙盐、镁盐、钇盐做稳定剂，这些稳定剂和掺杂物的引入势必造成后期产品成分控制的困难，并影响其物理、化学性能，限制其在电子器件、催化反应中的应用。
中国专利CN 1935670 A公开了一种四方相氧化锆纳米粉的制备方法，中国专利CN108190951 A公开了一种水热法制备四方相二氧化锆晶粒方法，两种方法虽然不需要引入稳定剂，但都需要经160~260°C的水热反应且需要耐压设备。中国专利CN 107032397 A公开了一种高纯四方相纳米氧化锆的制备方法，中国专利CN 103708547 A公开了一种利用诱导剂制备室温稳定四方相氧化锆纳米粉体的方法，但两种方法都需要经过600°C以上的焙烧过程，步骤多且能耗高。中国专利CN 109354064 A公开了一种制备单分散单斜相二氧化锆纳米粉体的方法，所用原料为价格昂贵的有机锆醇，生产成本高且对环境污染大。
本发明采用常压低温液相合成法制备四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体，该方法工艺设备简单，反应条件温和，能耗少成本低；得到的纳米氧化锆粉体晶型自稳定，化学纯度高，结晶度好，粒度分布窄，球形度好，产率高，因此该方法对于工业化生产四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体具有独特的优势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体方法。
本发明的技术方案如下：
一种常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体制备工艺，包括如下步骤：
（1）称量0.01 mol无机锆盐与表面活性剂，溶解于去离子水中制得到无机锆盐的浓度为0.1~0.25 mol/L的混合溶液A；
（2）称取0.06~0.1mol沉淀剂溶于去离子水中，制得0.6 ~6 mol/L的溶液B；
（3）在600~1200 r/min磁力搅拌条件下，将10~167 mL溶液B缓慢滴入40~100 mL溶液A，室温持续搅拌5~10 min获得的混合液C；
（4）将步骤（3）所得混合液C密封保持浓度，置于75~85°C常压陈化12~48h后，将所得沉淀分离，用去离子水洗涤2~5次，然后将所得粉体干燥，得到最终产物。
步骤（1）中，所述锆盐为硝酸锆、氯氧化锆。
步骤（1）中所述表面活性剂为聚乙二醇（分子量为1000~10000），用量为锆盐质量的1%~5%。
步骤（2）中所述沉淀剂为氨水、氢氧化钠，优选氢氧化钠。
步骤（4）中所述陈化温度优选85°C，陈化时间优选24h。
步骤（4）中所述产物为四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体。
本发明有益效果如下：
1)本发明以硝酸锆、氯氧化锆等常用无机锆盐，氢氧化钠或氨水、聚乙二醇4000为原料，原料丰富且成本低。
2)本发明提供的常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体方法反应在常压低温下进行，无需耐压设备，且无需焙烧过程，设备及工艺简单，节约能耗，生产成本低。
3)本发明的方法获得的的四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体，不含稳定剂，纯度高，四方相纯且自稳定，适用于电子器件、催化等对原料纯度要求高的应用领域。
附图说明：
图1是实施例1样品的XRD图谱。
图2是实施例1样品的扫描电镜图谱（SEM）。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
先按照硝酸锆、氢氧化钠摩尔比1:8，称取0.01 mol五水合硝酸锆，0.1288 g聚乙二醇4000，溶于50 mL去离子水制得溶液0.2 mol/L的硝酸锆溶液A；再称取3.1997 g氢氧化钠，溶于27mL去离子水制得溶液B，在1000 r/min磁力搅拌下，将溶液A以3 mL/min的滴速缓慢滴加到溶液B中，制得溶胶C，继续搅拌5 min，在将溶胶C置于85°C的水浴锅中陈化24 h，最后将沉淀分离、洗涤、干燥制得纳米氧化锆粉。
实施例2
先按照硝酸锆、氢氧化钠摩尔比1:12，称取0.01 mol五水合硝酸锆，0.1288 g聚乙二醇2000，溶于100 mL去离子水制得溶液0.1 mol/L的硝酸锆溶液A；再称取4.7996 g氢氧化钠，溶于60 mL去离子水制得溶液B，在600 r/min磁力搅拌下，将溶液A以2 mL/min的滴速缓慢滴加到溶液B中，制得溶胶C，继续搅拌5 min，在将溶胶C置于80 °C的水浴锅中陈化12 h，最后将沉淀分离、洗涤、干燥制得纳米氧化锆粉。
实施例3
先按照硝酸锆、氢氧化钠摩尔比1:10，称取0.01 mol五水合硝酸锆，0.1288 g聚乙二醇1000，溶于40 mL去离子水制得溶液0.25 mol/L的硝酸锆溶液A；再称取3.9997 g氢氧化钠，溶于100mL去离子水制得溶液B，在1000 r/min磁力搅拌下，将溶液A以1.5 mL/min的滴速缓慢滴加到溶液B中，制得溶胶C，继续搅拌5 min，在将溶胶C置于85°C的水浴锅中陈化24 h，最后将沉淀分离、洗涤、干燥制得纳米氧化锆粉。
实施例4
先按照硝酸锆、氢氧化钠摩尔比1:6，称取0.01 mol五水合硝酸锆，0.1288 g聚乙二醇10000，溶于67 mL去离子水制得溶液0.15 mol/L的硝酸锆溶液A；再称取2.3998 g氢氧化钠，溶于20 mL去离子水制得溶液B，在1200 r/min磁力搅拌下，将溶液A以2 mL/min的滴速缓慢滴加到溶液B中，制得溶胶C，继续搅拌5 min，在将溶胶C置于80 °C的水浴锅中陈化48h，最后将沉淀分离、洗涤、干燥制得纳米氧化锆粉。
实施例5
先按照氯氧化锆、氢氧化钠摩尔比1:4，称取0.01 mol八水合氯氧化锆，0.1288 g聚乙二醇4000，溶于50 mL去离子水制得溶液0.2 mol/L的硝酸锆溶液A；再称取1.5999 g氢氧化钠，溶于40 mL去离子水制得溶液B，在800 r/min磁力搅拌下，将溶液A以3 mL/min的滴速缓慢滴加到溶液B中，制得溶胶C，继续搅拌5 min，在将溶胶C置于75 °C的水浴锅中陈化36 h，最后将沉淀分离、洗涤、干燥制得纳米氧化锆粉。
实施例6
先按照氯氧化锆、氢氧化钠摩尔比1:12，称取0.01 mol八水合氯氧化锆，0.1288 g聚乙二醇6000，溶于40 mL去离子水制得溶液0.25 mol/L的硝酸锆溶液A；再量取8 mL浓氨水（25wt%），加入20 mL去离子水稀释后，制得溶液B，在600 r/min磁力搅拌下，将溶液A以3mL/min的滴速缓慢滴加到溶液B中，制得溶胶C，继续搅拌10 min，在将溶胶C置于80 °C的水浴锅中陈化48 h，最后将沉淀分离、洗涤、干燥制得纳米氧化锆粉。
实施例7
先按照硝酸锆、氢氧化钠摩尔比1:12，称取0.01 mol五水合硝酸锆，0.1288 g聚乙二醇2000，溶于50 mL去离子水制得溶液0.2 mol/L的硝酸锆溶液A；再称取3.1997 g氢氧化钠，溶于13 mL去离子水制得溶液B，在1000 r/min磁力搅拌下，将溶液A以1 mL/min的滴速缓慢滴加到溶液B中，制得溶胶C，继续搅拌5 min，在将溶胶C置于85 °C的水浴锅中陈化24 h，最后将沉淀分离、洗涤、干燥制得纳米氧化锆粉。
实施例8
先按照硝酸锆、氨水摩尔比1:6，称取0.01 mol五水合硝酸锆，0.1288 g聚乙二醇4000，溶于67 mL去离子水制得溶液0.15 mol/L的硝酸锆溶液A；再量取8 mL浓氨水（25wt%），加入20 mL去离子水稀释后，制得溶液B，在1200 r/min磁力搅拌下，将溶液A以2 mL/min的滴速缓慢滴加到溶液B中，制得溶胶C，继续搅拌5 min，在将溶胶C置于85 °C的水浴锅中陈化36h，最后将沉淀分离、洗涤、干燥制得纳米氧化锆粉。

Claims (7)

1.一种常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法，包括如下步骤：
称量0.01 mol无机锆盐与表面活性剂，溶解于去离子水中制得到无机锆盐的浓度为0.1~0.25 mol/L的混合溶液A；
称取0.06~0.1 mol沉淀剂溶于去离子水中，制得0.6 ~6 mol/L的溶液B；
在600~1200 r/min磁力搅拌条件下，将10~167 mL溶液B缓慢滴入40~100 mL溶液A，室温持续搅拌5~10 min获得的混合液C；
将步骤（3）所得混合液C密封保持浓度，置于75~85 °C常压陈化12~48 h后，将所得沉淀分离，用去离子水洗涤2~5次，然后将所得粉体干燥，得到最终产物。
2.根据权利要求1所述的常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述锆盐为硝酸锆、氯氧化锆。
3.根据权利要求1所述的常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述表面活性剂为聚乙二醇（分子量为1000~10000），用量为锆盐质量的1%~5%。
4.根据权利要求1所述的常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述沉淀剂为氨水、氢氧化钠，优选氢氧化钠。
5.根据权利要求1所述的常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述陈化温度优选85 °C，陈化时间优选24 h。
6.根据权利要求1所述的常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述产物为自稳定的四方相纳米氧化锆球形粉体，直径约20nm。
7.根据权利要求1所述的常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述产物适用于电子陶瓷、催化反应、3D打印原料领域。
CN202011250755.9A 2020-11-11 2020-11-11 一种常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法 Pending CN112340774A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011250755.9A CN112340774A (zh) 2020-11-11 2020-11-11 一种常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011250755.9A CN112340774A (zh) 2020-11-11 2020-11-11 一种常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112340774A true CN112340774A (zh) 2021-02-09

Family

ID=74363196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011250755.9A Pending CN112340774A (zh) 2020-11-11 2020-11-11 一种常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112340774A (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991003439A1 (en) * 1989-09-08 1991-03-21 Corhart Refractories Corporation Zircon refractories with improved thermal shock resistance
KR950026845A (ko) * 1994-03-15 1995-10-16 김은영 고인성.내저온열화 정방정 지르코니아 복합체의 제조방법
US20030113254A1 (en) * 2001-12-17 2003-06-19 Vladimir Belov Method for manufacturing stabilized zirconia
CN101024514A (zh) * 2007-01-31 2007-08-29 吉林大学 一种制备四方相(立方相)纳米二氧化锆的新方法
CN105036099A (zh) * 2015-07-15 2015-11-11 李亚丰 常温常压下碳稳定的四方相二氧化锆及制备方法
CN107032397A (zh) * 2016-10-26 2017-08-11 中科合成油技术有限公司 一种高比表面高纯四方相纳米氧化锆及其制备方法与在催化合成气催化转化中的应用
CN109761274A (zh) * 2019-01-31 2019-05-17 中锆纳米材料股份有限公司 一种低温制备自稳定纳米氧化锆溶胶的方法
CN110203969A (zh) * 2019-06-28 2019-09-06 河南科技大学 一种高分散四方相纳米氧化锆及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991003439A1 (en) * 1989-09-08 1991-03-21 Corhart Refractories Corporation Zircon refractories with improved thermal shock resistance
KR950026845A (ko) * 1994-03-15 1995-10-16 김은영 고인성.내저온열화 정방정 지르코니아 복합체의 제조방법
US20030113254A1 (en) * 2001-12-17 2003-06-19 Vladimir Belov Method for manufacturing stabilized zirconia
CN101024514A (zh) * 2007-01-31 2007-08-29 吉林大学 一种制备四方相(立方相)纳米二氧化锆的新方法
CN105036099A (zh) * 2015-07-15 2015-11-11 李亚丰 常温常压下碳稳定的四方相二氧化锆及制备方法
CN107032397A (zh) * 2016-10-26 2017-08-11 中科合成油技术有限公司 一种高比表面高纯四方相纳米氧化锆及其制备方法与在催化合成气催化转化中的应用
CN109761274A (zh) * 2019-01-31 2019-05-17 中锆纳米材料股份有限公司 一种低温制备自稳定纳米氧化锆溶胶的方法
CN110203969A (zh) * 2019-06-28 2019-09-06 河南科技大学 一种高分散四方相纳米氧化锆及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ELTEJAEI ET AL.: "The influence of preparation conditions on ZrO2 nanoparticles with different PEG-PPG-PEG surfactants by statistical experimental design", 《MATERIALS LETTERS》 *
力国民: "氧化锆纳米粉体的制备及其烧结性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *
杨琦: "《3D打印技术基础及实践》", 31 December 2018 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103708831B (zh) 一种氧化钇稳定氧化锆粉体及其制备方法
Loghman-Estarki et al. Comparative studies on synthesis of nanocrystalline Sc 2 O 3–Y 2 O 3 doped zirconia (SYDZ) and YSZ solid solution via modified and classic Pechini method
Tsukada et al. Low‐Temperature Hydrothermal Synthesis of Yttrium‐Doped Zirconia Powders
Khan et al. Low temperature synthesis of nano porous 12CaO∙ 7Al2O3 powder by hydrothermal method
CN111960466B (zh) 一种纳米氧化锆空心球的制备方法
Loghman-Estarki et al. Large scale synthesis of non-transformable tetragonal Sc2O3, Y2O3 doped ZrO2 nanopowders via the citric acid based gel method to obtain plasma sprayed coating
CN104528799A (zh) 一种镁基稀土六铝酸盐超细粉体的制备方法
Wang et al. Magnetic nanocomposites through polyacrylamide gel route
CN109721357A (zh) 一种单分散粒度可控的纳米钇稳定的氧化锆粉末及其制备方法和应用
CN106542560A (zh) 一种稀土含氧硫酸盐的制备方法
CN109928763A (zh) 一种钽基氧氮化物纳米粉及其制备方法
JP3586711B2 (ja) ナノセリア粉末の製造方法
CN112723409B (zh) 一种SrTiO3多面体的制备方法
EP3816133A1 (en) Method for preparing alumina-based solid solution ceramic powder by using aluminum oxygen combustion synthesis water mist process
CN106268612B (zh) 一种多孔钛酸锶钡粉体的制备方法
Zhang et al. Nanocrystalline rare earth stabilized zirconia: solvothermal synthesis via heterogeneous nucleation-growth mechanism, and electrical properties
CN108262051A (zh) 一种机械球磨热处理两步法合成二氧化铈-碳酸氧铋纳米复合物的方法
CN108083334A (zh) 一种单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法
CN112340774A (zh) 一种常压低温合成四方相自稳定纳米氧化锆球形粉体的制备方法
Li et al. Controllable synthesis of polyhedral YF 3 microcrystals via a potassium sodium tartrate-assisted hydrothermal route
CN108525668B (zh) 海泡石纳米纤维负载钴铝复合氧化物的制备方法
CN113877515B (zh) 一种十八面体铁酸镧吸附剂及其制备方法
CN108706631B (zh) 一种矩形片状单斜氧化锆的制备方法
Zahir et al. CaO‐containing La CO 3 OH nanogears and their luminescence and de‐NO x properties
Mordekovitz et al. Thermal stability of nano Ce1− xTixO2 material system for X< 0.2

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210209