RU2404125C2 - Способ получения нанопорошка диоксида циркония - Google Patents
Способ получения нанопорошка диоксида циркония Download PDFInfo
- Publication number
- RU2404125C2 RU2404125C2 RU2008144044/05A RU2008144044A RU2404125C2 RU 2404125 C2 RU2404125 C2 RU 2404125C2 RU 2008144044/05 A RU2008144044/05 A RU 2008144044/05A RU 2008144044 A RU2008144044 A RU 2008144044A RU 2404125 C2 RU2404125 C2 RU 2404125C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zirconium dioxide
- zirconium
- zirconium hydroxide
- microwave radiation
- drying
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано при изготовлении керамики, катализаторов, сорбентов. Осаждают гидроксид циркония, затем его сушку и прокаливание проводят одновременно под действием СВЧ-излучения в частотном диапазоне 500-20000 МГц с непрерывной мощностью 3,0-50,0 кВт в течение 5-60 мин. Изобретение позволяет снизить агрегацию нанопорошков диоксида циркония и получать порошки с удельной поверхностью до 39,8 м2/г, 2 ил., 1 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к технологии неорганических материалов, в частности к способам получения нанопорошка диоксида циркония, и может быть использовано для изготовления керамики, катализаторов и сорбентов.
Наиболее эффективным способом получения нанопорошка диоксида циркония является химический метод, основанный на осаждении гидроксида циркония путем нейтрализации соли циркония щелочным агентом, фильтрации и промывке полученного осадка гидроксида циркония, его сушке и дальнейшем прокаливании до диоксида циркония [1]. Главным недостатком является высокая степень агрегации и агломерации получаемых нанопорошков из-за протекания реакций оляции и оксоляции, большой величины поверхностной энергии. Однако для получения плотной керамики с высокой прочностью, а также изготовления катализаторов и сорбентов с высокой активной поверхностью необходимо в качестве исходных веществ использовать малоагрегированные нанопорошки. Для изготовления нанопорошков необходимого качества используются различные технические решения, предотвращающие агрегацию в ходе синтеза [1].
Известен способ получения порошка диоксида циркония [2], по которому гидроксид циркония, полученный осаждением, промывают водой, а затем распыляют и быстро замораживают жидким азотом, растворитель удаляют вакуум-сублимационным методом и далее порошок гидроксида циркония прокаливают до диоксида циркония в интервале температур 500-1000°С в течение 1-24 ч. Недостатком данного способа является увеличение эксплуатационных расходов из-за наличия дополнительных стадий, использования специального комплекса аппаратуры и дополнительного реагента, а также возможность агрегации частиц при их спекании в процессе прокаливания.
Известен также способ получения порошка диоксида циркония [3], по которому для сокращения количества операций и безреагентного формирования благоприятной структуры диоксида циркония осаждение гидроксида циркония проводят при перемешивании в ультразвуковом поле от 20 до 50 кГц в течение не менее 5 мин, осадок сушат при 170°С, измельчают в течение 0,5-1,0 ч и прокаливают при 700°С. Недостатком данного способа является возможность агрегации частиц из-за наличия капиллярных сил и процессов оляции и оксоляции в ходе сушки, а также их спекания в процессе прокаливания.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению и принятому в качестве прототипа является способ получения диоксида циркония, описанный в работе [4], согласно которому после осаждения гидроксида циркония (с добавкой ионов иттрия) промытый осадок подвергается действию СВЧ-сушки, импульсного магнитного поля (ИМП) и ультразвукой (УЗ) обработке, после чего прокаливают при температурах 350-900°С, что приводит к получению нанопорошка диоксида циркония (3 мол.% Y2O3) с размером частиц 5-25 нм, удельной поверхностью 135-40 м2/г и легко разрушающимися агломератами. Недостатком прототипа является возможность агрегации наночастиц (нанокристаллитов) диоксида циркония из-за протекания реакции оксоляции и спекания в процессе прокаливания с образованием агрегатов размером 500-1000 нм и более.
Технический результат, заключающийся в снижении агрегации нанопорошков диоксида циркония, достигается тем, что в известном способе, включающем осаждение гидроксида циркония, СВЧ-сушку и прокаливание, стадии сушки и прокаливания проводят одновременно под действием СВЧ-излучения в частотном диапазоне 500-20000 МГц с непрерывной мощностью 3,0-50,0 кВт в течение 5-60 мин.
Использование СВЧ-нагрева как на стадии сушки гидроксида циркония, так и его прокаливания, приводит к образованию малоагрегированных нанопорошков диоксида. Предлагаемый процесс основан на проникновении электромагнитной энергии в материал и ее поглощении, в результате чего вся поглощенная материалом энергия преобразуется в тепловую энергию. Процесс является объемным и практически безынерционным, поэтому он обеспечивает равномерный нагрев по всему объему материала. Распределение температуры в материале оказывается противоположным существующему при стандартной тепловой обработке (в сушильном шкафу или муфельной печи), а именно, максимум температуры находится в середине тела. При этом распределение температуры в теле материала создает наиболее благоприятные условия для ускорения диффузии пара, выделяющегося из внутренних слоев гидроксида циркония к периферийным, так как все три градиента (температура, давление, концентрация), определяющие скорость диффузии здесь, направлены в одну сторону. Это приводит к однородности получаемого нанопорошка диоксида циркония.
Кроме того, воздействие СВЧ-излучения на диполи молекул воды (как физически адсорбированной, так и кристаллизационной) в осадке гидроксида циркония придает им значительное вращательное и колебательное движение, что существенно затрудняет протекание реакций оляции и оксоляции и соответственно препятствует агрегации исходных первичных частиц гидроксида циркония на стадии сушки и образующихся нанокристаллитов диоксида циркония на стадии прокаливания.
Эффективность взаимодействия СВЧ-излучения с веществом протекает в частотном диапазоне 500-20000 МГц. Использование частот менее 500 МГц делает процесс нагревания невозможным для большинства несовершенных диэлектриков, к которым относятся оксидные материалы. Использование частот более 20000 МГц делает процесс нагрева нестабильным из-за возможности разрядных явлений.
Используется СВЧ-излучение с непрерывной мощностью 3,0-50,0 кВт в течение 5-60 мин. Применение СВЧ-излучения с мощностью менее 3,0 кВт в течение менее 5 мин не позволяет нагреть промытый влажный осадок гидроксида циркония до температур, необходимых для удаления из него физически адсорбированной воды и последующей дегидратации с получением диоксида циркония. Использование СВЧ-излучения с непрерывной мощностью более 50,0 кВт приводит к слишком высокой интенсивности процесса, что сопровождается разбрасыванием реакционной массы. Воздействие более 60 мин приводит к существенному росту размера кристаллитов более 100 нм и переходу от нано- к микрокристаллическому порошку диоксида циркония.
Данный способ получения был реализован в СВЧ-нагревателе [5]. В качестве исходных веществ были использованы оксихлорид циркония ZrOCl2×8H2O, нитрата иттрия Y(NO3)3×6H2O, 25% водного раствора аммиака NH4OH, дистиллированная вода.
Пример 1. 22,3 г ZrOCl2×8H2O и 1,7 г Y(NO3)3×6H2O растворяли в 150 мл дистиллированной воды. Полученный раствор фильтровали для удаления нерастворимых взвешенных частиц, получая прозрачный раствор солей с pH 0,8-0,9. 18 мл 25% NH4OH доводили до 100 мл дистиллированной водой. При интенсивном перемешивании раствор смеси солей Zr и Y дозировали в раствор аммиака, получая вязкую суспензию белого цвета с pH 9,5-10,0. Полученную суспензию фильтровали и далее осадок гидроксида циркония промывали дистиллированной водой до отсутствия в промывных водах растворимых анионов. Промытый осадок, имеющий химический состав ZrO(OH)2×(85-90)H2O (3 мол.% Y2O3), переносили в корундовый тигель и помещали в СВЧ-нагреватель. Процесс сушки и прокаливания проводили под действием СВЧ-излучения с рабочей частотой 2450 МГц и непрерывной мощностью 3,0 кВт в течение 30 мин с получением нанопорошка диоксида циркония. Рентгенографический анализ показал наличие нанокристаллитов тетрагональной фазы диоксида циркония t-ZrO2 с областью когерентного рассеяния (ОКР) 12,8 нм. Удельная поверхность (по БЭТ) полученного нанопорошка диоксида циркония составила 39,8 м2/г (см. табл.1). Обработка микрофотографии (фиг.1), полученной на просвечивающем электронном микроскопе, показала наличие небольших агрегатов со средним размером 193 нм (при этом доля агрегатов с размером в диапазоне 1-100 нм составила 37,9%) (фиг.2).
Примеры №2-4. Процесс получения гидроксида циркония и его дальнейшей обработки в СВЧ-нагревателе осуществляется, как описано в примере №1. Отличие состоит в том, что в ходе процесса менялись непрерывная мощность и время воздействия СВЧ-излучения. Полученные результаты представлены в табл.1.
Таким образом, приведенные примеры показывают, что одновременное проведение стадии сушки и прокаливания гидроксида циркония под действием СВЧ-излучения в частотном диапазоне 500-20000 МГц с непрерывной мощностью 3,0-50,0 кВт в течение 5-60 мин позволяет существенно сократить (до 250 нм) размер агрегатов получаемых нанопорошков диоксида циркония.
Предлагаемый способ может быть также распространен на оксиды других элементов (алюминий, титан, гафний, РЗЭ и т.д.) и композиции, состоящие из нескольких оксидов (например, диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия).
Источники информации:
1. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов. М.: Академкнига, 2006, 309 с.
2. Патент США №5004710, кл. C01B 35/48, 1991.
3. Патент РФ №2058939, кл. C01G 25/02, 1996.
4. Konstantinova Т.Е., et. al. The mechanisms of particle formation in Y-doped ZrO2 // Int. J. Nanotechnology, 2006, vol.3, №1, p.29-38.
5. Диденко A.H., Дмитриев M.C., Коляскин А.Д. Высокотемпературное воздействие СВЧ-излучения на несовершенные диэлектрики // Известия Российской академии наук. Энергетика, 2008, №2, с.55-63.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОПОРОШКА ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ | |||||
№ | Условия СВЧ-нагрева | Состав | ОКР, нм | Средний размер агрегатов, нм | Sуд., м2/г |
1 | 3,0 кВт/30 мин | t-ZrO2 | 12,8 | 193 | 39,8 |
2 | 4,6 кВт/9 мин | t-ZrO2 | 14,4 | 230 | 33,6 |
3 | 2,9 кВт/30 мин | ZrO(OH)2 | р.а. | 468 | 301,6 |
4 | 5,0 кВт/65 мин | t-ZrO2 | >100 | 506 | 5,4 |
Claims (1)
- Способ получения нанопорошка диоксида циркония, включающий осаждение гидроксида циркония, его СВЧ-сушку и прокаливание, отличающийся тем, что стадии сушки и прокаливания проводят одновременно под действием СВЧ-излучения в частотном диапазоне 500-20000 МГц с непрерывной мощностью 3,0-50,0 кВт в течение 5-60 мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008144044/05A RU2404125C2 (ru) | 2008-11-05 | 2008-11-05 | Способ получения нанопорошка диоксида циркония |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008144044/05A RU2404125C2 (ru) | 2008-11-05 | 2008-11-05 | Способ получения нанопорошка диоксида циркония |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008144044A RU2008144044A (ru) | 2010-05-10 |
RU2404125C2 true RU2404125C2 (ru) | 2010-11-20 |
Family
ID=42673587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008144044/05A RU2404125C2 (ru) | 2008-11-05 | 2008-11-05 | Способ получения нанопорошка диоксида циркония |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2404125C2 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2455062C1 (ru) * | 2011-02-14 | 2012-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр Реал тоталь" | Способ получения сорбента для сорбции тяжелых металлов |
CN103449516A (zh) * | 2013-08-27 | 2013-12-18 | 郑州大学 | 一种超分散纳米氧化锆粉体的制备方法 |
RU2545578C1 (ru) * | 2014-01-09 | 2015-04-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ изготовления керамических изделий |
RU2600636C2 (ru) * | 2015-03-04 | 2016-10-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ получения нанокристаллического порошка диоксида циркония |
WO2019150049A1 (fr) * | 2018-02-02 | 2019-08-08 | Rhodia Operations | Procede de preparation d'un oxyde a base de cerium et/ou de zirconium |
WO2019150048A1 (fr) * | 2018-02-02 | 2019-08-08 | Rhodia Operations | Procede de preparation d'un oxyde a base de cerium et/ou de zirconium |
-
2008
- 2008-11-05 RU RU2008144044/05A patent/RU2404125C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
QI LIANG et al. Preparation of alumina-doped yttria-stabilized zirconia nanopowders by microwave-assisted peroxyl-complex coprecipitation, Transaction of Nonferrous Metals Society of China, 2006, Vol.16, p.426-430. KONSTANTINOVA Т.Е. et al. The mechanisms of particle formation in Y-doped ZrO 2 , Int. J. Nanotechnology, 2006, Vol.3, No.1, p.29-37. * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2455062C1 (ru) * | 2011-02-14 | 2012-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр Реал тоталь" | Способ получения сорбента для сорбции тяжелых металлов |
CN103449516A (zh) * | 2013-08-27 | 2013-12-18 | 郑州大学 | 一种超分散纳米氧化锆粉体的制备方法 |
CN103449516B (zh) * | 2013-08-27 | 2015-04-22 | 郑州大学 | 一种超分散纳米氧化锆粉体的制备方法 |
RU2545578C1 (ru) * | 2014-01-09 | 2015-04-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ изготовления керамических изделий |
RU2600636C2 (ru) * | 2015-03-04 | 2016-10-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ получения нанокристаллического порошка диоксида циркония |
WO2019150049A1 (fr) * | 2018-02-02 | 2019-08-08 | Rhodia Operations | Procede de preparation d'un oxyde a base de cerium et/ou de zirconium |
WO2019150048A1 (fr) * | 2018-02-02 | 2019-08-08 | Rhodia Operations | Procede de preparation d'un oxyde a base de cerium et/ou de zirconium |
FR3077567A1 (fr) * | 2018-02-02 | 2019-08-09 | Rhodia Operations | Procede de preparation d'un oxyde a base de cerium et/ou de zirconium |
FR3077566A1 (fr) * | 2018-02-02 | 2019-08-09 | Rhodia Operations | Procede de preparation d'un oxyde a base de cerium et/ou de zirconium |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008144044A (ru) | 2010-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2404125C2 (ru) | Способ получения нанопорошка диоксида циркония | |
JP5066090B2 (ja) | 金属(m1)酸化物粒子の表面に金属(m2)酸化物超微粒子をコートする方法 | |
Yang et al. | Hydrothermal synthesis of nanosized titania powders: influence of tetraalkyl ammonium hydroxides on particle characteristics | |
ES2654295T3 (es) | Procedimiento para la producción de alfa-AL2O3 nanocristalino | |
Zhao et al. | Synthesis and characterization of CaTiO 3 particles with controlled shape and size | |
BRPI0621262A2 (pt) | métodos para a produção de nanopartìculas de óxido de metal com propriedades controladas, e nanopartìculas e preparações produzidas por meio das mesmas | |
Chen et al. | Synthesis YFeO3 by salt-assisted solution combustion method and its photocatalytic activity | |
CN108675336A (zh) | 微波与超声波双外场协同辅助液相合成稀土氧化物纳米球的方法 | |
Yin et al. | Morphology control of transition metal oxides by liquid-phase process and their material development | |
Feng et al. | Preparation of novel porous hydroxyapatite sheets with high Pb2+ adsorption properties by self-assembly non-aqueous precipitation method | |
Pan et al. | Zinc titanium glycolate acetate hydrate and its transformation to zinc titanate microrods: synthesis, characterization and photocatalytic properties | |
KR20130070092A (ko) | 산화 이트륨 분말의 제조방법 및 이에 의해 제조된 산화 이트륨 분말 | |
Nguyen-Phan et al. | Facile microwave-assisted synthesis and controllable architecture of three-dimensional nickel titanate | |
Jasrotia et al. | Cobalt ferrites: Structural insights with potential applications in magnetics, dielectrics, and Catalysis | |
RU2637907C1 (ru) | Способ получения мелкокристаллического титаната бария | |
Liu et al. | Photocatalytic properties of SrTiO3 nanocubes synthesized through molten salt modified Pechini route | |
RU2600636C2 (ru) | Способ получения нанокристаллического порошка диоксида циркония | |
Akhtar et al. | Synthesis and Characterization of uniform Fine particles of Manganese Oxide and its Morphological Stability towards Calcination Rates. | |
RU2813525C1 (ru) | Способ изготовления нанопорошка никель-цинкового феррита | |
RU2400428C2 (ru) | Способ получения ультра-нанодисперсного порошка оксида переходного металла или смеси оксидов переходных металлов | |
Letichevsky et al. | The sonochemical and microwave-assisted synthesis of nanosized YAG particles | |
Abd El-Latif et al. | Optimizing the preparation parameters of nanocrystalline zirconia for catalytic applications | |
JP2008247714A (ja) | 金属酸化物粉末の製造法 | |
Qiu et al. | Preparation of CeO2 nanophotocatalyst using precipitation method | |
Calatayud et al. | Advanced properties in fe-doped zirconia nanoparticles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171106 |