CN114634201A - 一种凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法 - Google Patents
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Abstract
一种凝胶‑燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法，本发明提供了一种纳米氧化锆制备的方法，所述方法为通过化学凝胶工艺将氧化锆原材料与尿素结合在一起，之后通过燃烧合成工艺合成纳米氧化锆。过程中，可通过调整加热速率，来控制燃烧过程；燃烧温度相对较低，无需专门的点火装置；得到的氧化锆粉体比表面积较高、活性大。
Description
技术领域
本发明涉及纳米氧化锆制备方法技术领域，特别涉及一种凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法。
背景技术
随着新能源汽车的发展，电池用纳米氧化锆的需求量急剧增加。纳米氧化锆具有纳米颗粒尺寸细、粒度分布均匀、无硬团聚和很好的球形度。近几年，纳米氧化锆作为添加剂被用于三元材料(即镍钴锰酸锂)、钴酸锂、锰酸锂等锂电池正极材料，可显著提高电池的循环性能，倍率性能等，受到产学研各方面的重视。
纳米氧化锆粉体的制备方法主要分为固相法，湿化学法(沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、乳浊液法)和化学气相法等，其中，凝胶法能够获得粒径分布窄，形貌可控，组分均匀的纳米粉体；但其反应慢、操作复杂等缺点限制了其推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：结合凝胶原位反应与燃烧合成的高活性两种优点于一身，从而制备出更优等的纳米氧化锆粉体。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法，包括以下步骤：
步骤1：制备硝酸氧锆溶液，添加尿素，搅拌均匀，溶液记为溶液A；
步骤2：取溶液A，加入丙烯酰胺及的N，N'-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺，搅拌均匀，再滴入过硫酸铵，于65-75℃水浴中静置20-40min，反应得到混合均匀的凝胶；
步骤3：待凝胶反应结束，加热胶体，加热温度不高于450℃，使胶体会燃烧；
步骤4：待燃烧结束，即可得到疏松、泡沫状粉料，此即为高活性纳米氧化锆复合粉；
步骤5：用蒸馏水多次洗涤过滤该粉料，消除残留的离子后，烘干即可得产品纳米复合氧化锆。
进一步，上述凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法中，所述步骤3具体为：待凝胶反应结束，将该胶体置于400℃的马弗炉内，进行点火，后令其自行反应，使胶体会燃烧。
进一步，上述凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法中，所述步骤1具体为：制备2mol/L的硝酸氧锆溶液，并按摩尔比硝酸氧锆：尿素＝1：2.67添加尿素，搅拌均匀，得到溶液A。
进一步，上述凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法中，所述步骤2具体为：取1L溶液A，加入200g丙烯酰胺及8g的N，N'-亚甲基双丙烯酰胺和1ml的四甲基乙二胺，搅拌均匀，再滴入1-2ml的过硫酸铵，于70℃水浴中静置30min，反应得到混合均匀的凝胶。
本发明保护一种凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法，包括以下步骤：
步骤1：制备2mol/L的硝酸氧锆溶液，并按摩尔比硝酸氧锆：尿素＝1：2.67添加尿素，搅拌均匀，得到溶液A；
步骤2：取1L溶液A，加入200g丙烯酰胺及8g的N，N'-亚甲基双丙烯酰胺和1ml的四甲基乙二胺，搅拌均匀，再滴入1-2ml的过硫酸铵，于70℃水浴中静置30min，反应得到混合均匀的凝胶；
步骤3：待凝胶反应结束，将该胶体置于400℃的马弗炉内，进行点火，后令其自行反应，使胶体会燃烧；
步骤4：待燃烧结束，即可得到疏松、泡沫状粉料，此即为高活性纳米氧化锆复合粉；
步骤5：用蒸馏水多次洗涤过滤该粉料，消除残留的离子后，烘干即可得产品纳米复合氧化锆。
本发明的有益效果在于：本发明提供了凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法，通过化学凝胶工艺将氧化锆原材料与尿素结合在一起，之后通过燃烧合成工艺合成纳米氧化锆。过程中，可通过调整加热速率，来控制燃烧过程；燃烧温度相对较低，无需专门的点火装置；得到的氧化锆粉体比表面积较高、活性大。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法的步骤简略流程图；
图2为本发明实施例1制得的纳米复合氧化锆的粒度检测报告；
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
实施例1
一种凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法，包括以下步骤：
步骤1：称取水合硝酸氧锆(ZrO(NO3)2·2H2O)500g，称取尿素300g；溶于蒸馏水中，并加水到总体积1L，得到溶液A；
步骤2：取1L溶液A，加入200g丙烯酰胺及8g的N，N'-亚甲基双丙烯酰胺和1ml的四甲基乙二胺，搅拌均匀，再滴入1-2ml的过硫酸铵，于70℃水浴中静置30min，反应得到混合均匀的凝胶；
步骤3：待凝胶反应结束，将该胶体置于400℃的马弗炉内，进行点火，后令其自行反应，使胶体会燃烧；
步骤4：待燃烧结束，即可得到疏松、泡沫状粉料，此即为高活性纳米氧化锆复合粉；
步骤5：用蒸馏水多次洗涤过滤该粉料，消除残留的离子后，烘干即可得产品纳米复合氧化锆。
经检测其粒度D50为0.82um，另外用比表面积仪测得其比表面积为：17.427m2/g。
实施例2
实施例1所述的凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法，不同的是，步骤2中，水浴温度为65℃，水浴时间为40min。
实施例3
实施例1所述的凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法，不同的是，步骤2中，水浴温度为75℃，水浴时间为20min。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：制备硝酸氧锆溶液，添加尿素，搅拌均匀，溶液记为溶液A；
步骤2：取溶液A，加入丙烯酰胺及的N，N'-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺，搅拌均匀，再滴入过硫酸铵，于65-75℃水浴中静置20-40min，反应得到混合均匀的凝胶；
步骤3：待凝胶反应结束，加热胶体，加热温度不高于450℃，使胶体会燃烧；
步骤4：待燃烧结束，即可得到疏松、泡沫状粉料，此即为高活性纳米氧化锆复合粉；
步骤5：用蒸馏水多次洗涤过滤该粉料，消除残留的离子后，烘干即可得产品纳米复合氧化锆。
2.根据权利要求1所述的凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法，其特征在于，所述步骤3具体为：待凝胶反应结束，将该胶体置于400℃的马弗炉内，进行点火，后令其自行反应，使胶体会燃烧。
3.根据权利要求1所述的凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法，其特征在于，所述步骤1具体为：制备2mol/L的硝酸氧锆溶液，并按摩尔比硝酸氧锆：尿素＝1：2.67添加尿素，搅拌均匀，得到溶液A。
4.根据权利要求1所述的凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法，其特征在于，所述步骤2具体为：取1L溶液A，加入200g丙烯酰胺及8g的N，N'-亚甲基双丙烯酰胺和1ml的四甲基乙二胺，搅拌均匀，再滴入1-2ml的过硫酸铵，于70℃水浴中静置30min，反应得到混合均匀的凝胶。
5.一种凝胶-燃烧合成工艺制备纳米氧化锆的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：制备2mol/L的硝酸氧锆溶液，并按摩尔比硝酸氧锆：尿素＝1：2.67添加尿素，搅拌均匀，得到溶液A；
步骤2：取1L溶液A，加入200g丙烯酰胺及8g的N，N'-亚甲基双丙烯酰胺和1ml的四甲基乙二胺，搅拌均匀，再滴入1-2ml的过硫酸铵，于70℃水浴中静置30min，反应得到混合均匀的凝胶；
步骤3：待凝胶反应结束，将该胶体置于400℃的马弗炉内，进行点火，后令其自行反应，使胶体会燃烧；
步骤4：待燃烧结束，即可得到疏松、泡沫状粉料，此即为高活性纳米氧化锆复合粉；
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