CN1453217A - 球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备方法及制备装置 - Google Patents

球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备方法及制备装置 Download PDF

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Abstract

本发明的球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备方法，步骤是：1)将锆盐溶液压入密闭雾化发生器中进行雾化；2)将雾化的锆盐溶液微细雾滴和纯氨气同时导入反应器中，发生沉淀反应，生成球形Zr(OH)4纳米粒子；3)将生成的球形Zr(OH)4纳米粒子导入装有溶剂的颗粒收集器中进行回收；装置包括雾化发生器、反应器、颗粒收集器，雾化发生器上端通过乳胶管与保护性气体瓶相通，通过乳胶管和位于反应器顶部的雾滴导流管与反应器相通，反应器底部通过位于底部向上弯曲的氨气导流管和乳胶管与氨气瓶相通，反应器上部通过乳胶管与颗粒收集器相通；雾化发生器内顶部设圆形细孔筛板；雾滴导流管伸至反应器中部；其结构简单，工艺操作方便，可规模化、连续化生产。

Description

球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备方法及制备装置
                          发明领域本发明属于粉体合成领域，特别涉及一种球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备方法及制备装置。
                          背景技术
Zr(OH)4是沉淀法制备ZrO2的前驱物，直接决定着产物ZrO2的形貌及大小，而球形Zr(OH)4纳米粒子的流动性好，易制备出致密的陶瓷体；同时能提高以ZrO2为增韧物质的复合陶瓷力学性能。ZrO2由于其优良的力学性能，低的热导性和良好的抗热震性以及室温下的高硬度，又可作为功能陶瓷材料，因此在燃料电池、氧气传感器及氧气泵等方面也有着很好的用途。所以近二十年来，具有各种性能的ZrO2陶瓷和以ZrO2为相变增韧物质的复合陶瓷得到迅速发展，是陶瓷材料研究最活跃的领域之一。通过沉淀法制备性能优良的ZrO2粉体的前提是对Zr(OH)4前驱体性能的有效控制，因此Zr(OH)4前驱体性能的好坏对沉淀法合成ZrO2粉体性能起着至关重要的作用。由于Zr(OH)4稳定性差，所以文献中没有相关的Zr(OH)4直接制备技术报道。与Zr(OH)4制备有关的技术大多都与沉淀法合成ZrO2粉体技术相联系。
现有的Zr(OH)4制备技术主要有以下两类：
1)从锆英石(ZrSiO4)矿中提取，方法有：熔碱法、氟硅酸钾熔解法、碳酸钙
  烧结法等，这类方法生产成本较低，但工艺复杂，颗粒形态不易控制，尺
  寸均匀性差，产物的纯度不高(＜99.5％)。
2)人工合成技术，方法有：直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法、反胶团法
  等，这类方法生产成本适中，工艺较简单，颗粒形态控制一般，尺寸均匀性
  较好，产物的纯度较高(＞99.5％)。这些方法普遍存在的缺陷是：都是液
  相反应，因而不易获得球形颗粒；间歇式操作，费时费力；不能实现规模
  化生产。
                          发明内容
本发明的目的是克服上述方法存在的缺陷，而提供一种可连续化、规模化的球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备方法，通过对此方法合成的Zr(OH)4纳米粒子进行适当的后序处理，便可得到球形的ZrO2纳米颗粒；
本发明的另一目的是提供一种球形Zr(OH)4纳米粒准气相法制备装置，该装置结构简单，使用方便。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备方法，其工艺步骤如下：
1)将质量浓度为25.0-40.0％的锆盐溶液压入密闭的雾化发生器中，在常温、常压下进行雾化处理；
2)将雾化的锆盐溶液微细雾滴和纯氨气同时导入到反应器中，锆盐溶液微细雾滴与纯氨气相遇发生沉淀反应，便生成球形Zr(OH)4纳米粒子；所述的锆盐溶液微细雾滴用保护性气体进行导入，其保护性气体导入流量为4-7L/min；氨气导入流量为3-5L/min；
3)将生成球形Zr(OH)4纳米粒子导入盛有溶剂的颗粒收集器中进行回收；
所述步骤3)回收所生成的球形Zr(OH)4纳米粒子时使用的溶剂为水或无水乙醇；所述的锆盐溶液为氯氧化锆溶液、硝酸锆溶液或硫酸锆溶液；所述的保护性气体为氮气、氩气或其它保护性气体。
本发明提供的球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备装置，其特征在于，包括雾化发生器2、反应器8和颗粒收集器7，雾化发生器2上端通过乳胶管11与保护性气体瓶1相连通，通过乳胶管21和位于反应器顶部的雾滴导流管5与反应器8相连通，反应器8底部通过位于其底部向上弯曲的氨气导流管4和乳胶管81与氨气瓶6相连通，反应器8器壁上部通过乳胶管71与颗粒收集器7相连通；所述雾化发生器2内顶部设有圆形细孔筛板；所述雾滴导流管伸至反应器中部；所述的保护性气体瓶1为氮气瓶、氩气瓶或其它保护性气体瓶。
本发明球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备方法装置具有如下特点：
1)本发明方法所使用的原料低廉，工艺简单，操作容易，生产成本低，省时，效率高，可实现规模化、连续化生产；
2)本发明的装置构造简单，材料选择范围宽，容易加工。
                          附图说明
附图1为本发明的装置的结构示意图；
附图2-(a)和(b)为发明方法制备的球形Zr(OH)4纳米粒子的透射电镜形貌像；
其中：氮气瓶1        雾化发生器2    雾化发生头3
      氨气导流管4    雾滴导入管5    氨气瓶6
      颗粒收集器7    反应器8        乳胶管11、21、71、81
                       具体实施方式
附图1为本发明装置的结构示意图，由图1可知，本发明的球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备装置，包括雾化发生器2、反应器8和颗粒收集器7，雾化发生器2上端通过乳胶管11与保护性气体瓶1相连通，通过乳胶管21和位于反应器顶部的雾滴导流管5与反应器8相连通，反应器8底部通过位于其底部向上弯曲的氨气导流管4和乳胶管81与氨气瓶6相连通，反应器8器壁上部通过乳胶管71与颗粒收集器7相连通；所述雾化发生器2内顶部设有圆形细孔筛板；所述雾滴导流管伸至反应器中部；所述的保护性气体瓶1为氮气瓶、氩气瓶或其它保护性气体瓶。
使用时，操作步骤如下：
1)将质量浓度25.0-40.0％的锆盐溶液压入密闭的雾化发生器2中，开启雾化发生器2雾化发生头3将锆盐溶液在常温、常压下进行雾化；
2)开启保护性气体瓶1，将锆盐溶液微细的雾滴通过导入玻璃管吹送到反应器8中，保护性气体瓶1为氮气瓶、氩气瓶或其它安全性保护性气体瓶，其保护性气体流量为4-7L/min；
开启氨气瓶6，将氨气通过导入管输送到反应器8中，氨气流量为3-5L/min，锆盐溶液微细雾滴与纯氨气在反应器中相遇，发生沉淀反应，便生成球形Zr(OH)4纳米粒子；
3)反应器8中的气体压力大于标准大气压，反应器8中生成的球形Zr(OH)4纳米粒子被输送到装有溶剂的收集器7中；收集器7装有的溶剂为水或无水乙醇。
实施例1：
1)将质量浓度25％的氯氧化锆溶液压入密闭的雾化发生器2中，开启雾化发生器2的雾化发生头3将氯氧化锆溶液进行雾化；
2)开启保护性气体瓶(氮气瓶)1，其氮气流量为4L/min；将氯氧化锆水溶液微细的雾滴通过导入玻璃管吹送到反应器8中；
开启氨气瓶6，其氨气流量为3L/min，将氨气通过导入管输送到反应器8中，氯氧化锆溶液微细雾滴与纯氨气在反应器中相遇，发生沉淀反应，生成球形Zr(OH)4微颗粒；
3)反应器8中的气体压力大于标准大气压，反应器8中生成的球形Zr(OH)4纳米粒子被输送到装有溶剂的收集器7中，收集器7中装有溶剂水。
实施例2：
1)将质量浓度30％的硝酸锆溶液压入密闭的雾化发生器2中，开启雾化发生器2的雾化发生头3将硝酸锆溶液进行雾化；
2)开启保护性气体瓶(氮气瓶)1，其氮气流量为6L/min；将硝酸锆溶液微细的雾滴通过导入玻璃管吹送到反应器8中；
开启氨气瓶6，其氨气流量为5L/min，将氨气通过导入管输送到反应器8中，硝酸锆溶液微细雾滴与纯氨气在反应器中相遇，发生沉淀反应，生成球形Zr(OH)4微颗粒；
3)反应器8中的气体压力大于标准大气压，反应器8中生成的球形Zr(OH)4纳米粒子被输送到装有溶剂的收集器7中，收集器7装有溶剂乙醇。
实施例3：
1)将质量浓度40％的硫酸锆溶液压入密闭的雾化发生器2中，开启雾化发生器2的雾化发生头3将硫酸锆溶液进行雾化；
2)开启保护性气体瓶(氩气瓶)1，其氩气流量为7L/min；将硫酸锆溶液微细的雾滴通过导入玻璃管吹送到反应器8中；
开启氨气瓶6，其氨气流量为4L/min，将氨气通过导入管输送到反应器8中，硫酸锆溶液微细雾滴与纯氨气在反应器中相遇，发生沉淀反应，生成单分散、球形Zr(OH)4微颗粒；
3)反应器8中的气体压力大于标准大气压，反应器8中生成的球形Zr(OH)4纳米粒子被输送到装有溶剂的收集器7中；收集器7装有溶剂乙醇。

Claims (6)

1.一种球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备方法，其工艺步骤如下：
1)将质量浓度为25.0-40.0％的锆盐溶液压入密闭的雾化发生器中，在常温、常压下进行雾化处理；
2)将雾化的锆盐溶液微细雾滴和纯氨气同时导入到反应器中，锆盐溶液微细雾滴与纯氨气相遇发生沉淀反应，便生成球形Zr(OH)4纳米粒子；所述的锆盐溶液微细雾滴用保护性气体进行导入，其保护性气体导入流量为4-7L/min；氨气导入流量为3-5L/min。
3)将生成球形Zr(OH)4纳米粒子导入盛有溶剂的颗粒收集器中进行回收；
2.按权利要求1所述的球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备方法，其特征在于，所述步骤3)回收所生成的球形Zr(OH)4纳米粒子时使用的溶剂为水或无水乙醇。
3.按权利要求1所述的球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备方法，其特征在于，所述的锆盐溶液为氯氧化锆溶液、硝酸锆溶液或硫酸锆溶液。
4.按权利要求1所述的球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备方法，其特征在于，所述的保护性气体为氮气、氩气或其它保护性气体。
5.一种球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备装置，其特征在于，包括雾化发生器(2)、反应器(8)和颗粒收集器(7)，雾化发生器(2)上端通过乳胶管(11)与保护性气体瓶(1)相连通，通过乳胶管(21)和位于反应器顶部的雾滴导流管(5)与反应器(8)相连通，反应器(8)底部通过位于其底部向上弯曲的氨气导流管(4)和乳胶管(81)与氨气瓶(6)相连通，反应器(8)器壁上部通过乳胶管(71)与颗粒收集器(7)相连通；所述雾化发生器(2)内顶部设有圆形细孔筛板；所述雾滴导流管伸至反应器中部。
6.按权利要求4所述的球形Zr(OH)4纳米粒子的准气相法连续化制备装置，其特征在于，所述的保护性气体瓶(1)为氮气瓶、氩气瓶或其它保护性气体瓶。
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