CN101074116B - 单分散纳米级超细二氧化锆的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种单分散纳米级超细二氧化锆的制备工艺。包括以下步骤：将氯氧化锆溶解于去离子水中；在连续搅拌的条件下，将氯氧化锆溶液缓慢加入至氨水中反应；将得到氢氧化锆水溶胶送入压滤机加水进行洗涤；将得到氢氧化锆粉体放入窑炉内煅烧，恒温煅烧4—5小时后取出，再经气流粉碎，得到超细二氧化锆粉体。采用本发明工艺制得的二氧化锆粉体很松散，并且纯度高，活性高，在电镜下显示粉体颗粒形貌完整，具有单分散性，并且粒度小且分布集中，单个晶体粒径为60-100nm。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化锆的制备方法，尤其是涉及一种单分散纳米级超细二氧化锆的制备工艺。
背景技术
优质纳米级超细二氧化锆粉体一般具有分散性好，粒度分布集中等特点，是现代高技术导电陶瓷、功能陶瓷、现代冶金用高性能耐火材料、高性能催化剂的主要材料之一。传统纳米级超细二氧化锆粉体的生产一般采用气相法，液相法，固相法等制备方法；其中液相法是目前实验室和工业生产中广为采用的方法。但目前采用常规液相法制备二氧化锆时，由于其凝胶颗粒表面容易吸附水及残余Cl-、OH-离子而形成盐桥，因此易形成严重的软团聚；而在洗涤过程中，由于软团聚的存在，上述残余离子洗涤就较为困难，这样残余离子被带入后继煅烧步骤中，软团聚便转化为硬团聚。由于这种硬团聚是很难被机械彻底分离的，即使依靠机械强行粉碎形成分散颗粒，其颗粒结构及表面也会受到破坏，从而导致ZrO2粉体颗粒形貌差、分散性差、粒度分布宽。
为了克服上述问题，人们对现有液相法工艺进行了改进，如中国专利CN1743272公开了一种纳米级二氧化锆水合物颗粒——水体系中离子脱除方法。该方法采用超滤膜分离技术来去除纳米ZrO2水合物与各种浓度盐溶液的混合体系中的离子。虽然采用此方法可以获得到较小粒径、较大比表面的纳米ZrO2粒子，但其需要专门的过滤设备，并且需要经常更换滤芯，因而成本较高且操作复杂。
发明内容
本发明主要是解决现有二氧化锆超细粉体生产所存在的纯度低，分散性差，颗粒大且粒度分布宽等技术问题。以提供一种分散性好，粒径小且粒度分布集中的单分散纳米级超细二氧化锆。
本发明主要是通过下述技术方案得以解决上述技术问题的：其包括以下步骤：
a.将氯氧化锆溶解于去离子水中，配制成0.2-0.4mol/L氯氧化锆溶液备用；将液氨通入去离子水中，配制成浓度为4-6％的氨水，接着向氨水中加入氨水总重1.0-1.5‰的添加剂，并搅拌均匀；
b.在连续搅拌的条件下，将氯氧化锆溶液缓慢加入至氨水中反应，同时控制反应温度为27-35℃，反应时，观测反应液中PH值的变化，当反应液的PH值为9时，停止加料，便得到氢氧化锆水溶胶；
c.将氢氧化锆水溶胶送入压滤机加水进行洗涤，当洗涤至洗涤水中氯离子含量小于120ppm时，取出氢氧化锆滤饼放入醇液罐中用醇液再洗涤一次，过滤后放入真空干燥机进行真空烘干，然后取出过筛，得到氢氧化锆粉体；
d.将氢氧化锆粉体放入窑炉内煅烧，煅烧温度设定在1000-1200℃，恒温煅烧4-5小时后取出，再经气流粉碎，便得到超细二氧化锆粉体。
作为优选，所述添加剂为聚丙烯酸酰胺、聚乙二醇的混合物，其混合比例为1∶1.5-2。
作为优选，所述醇液为甲醇或乙醇。
上述添加剂中，聚乙二醇是一种非离子表面活性剂，加入本发明反应体系后，可以改变氢氧化锆凝胶颗粒的表面特性，增强空间位阻效应，使氢氧化锆凝胶颗粒分散均匀；而聚丙烯酸酰胺则对分散于反应液中的氢氧化锆凝胶颗粒有一定的絮凝作用，可加速其凝胶颗粒的沉降，并且还可以降低反应液的摩擦阻力，从而有利于阻止其大量吸附Cl-、OH-等离子，因此，当氨水中加入一定量添加剂后，其锆盐溶液与氨水的反应沉淀物——氢氧化锆凝胶颗粒没有团聚和包裹现象。
另外，在后继的洗涤过程中，上述氢氧化锆凝胶通过水洗和醇洗两次洗涤，其Cl-离子完全被洗涤掉，这样就彻底消除了在凝胶颗粒间形成盐桥的条件，因而煅烧后没有硬团聚。
采用本发明工艺制得的二氧化锆粉体很松散，并且纯度高，活性高，在电镜下显示粉体颗粒形貌完整，具有单分散性，并且粒度小且分布集中，单个晶体粒径为60-100nm。
附图说明
图1是本发明方法制备的二氧化锆粉体的电镜照片；
图2是本发明方法制备的二氧化锆粉体的电镜照片；
图3是对比例制备的二氧化锆粉体的电镜照片。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：称取氯氧化锆120g溶解于去离子水中，配制成0.3mol/L氯氧化锆溶液备用；将40g液氨通入960ml去离子水中，配制成浓度为4％的氨水，接着向氨水中加1.3g的添加剂，该添加剂为聚丙烯酸酰胺和聚乙二醇按1∶1.5比例混合的混合物，搅拌均匀后，再将氯氧化锆溶液缓慢加入至氨水中反应，继续搅拌，并控制反应温度在35℃，当检测到反应液的PH值为9时，立即停止加料，将得到的氢氧化锆水溶胶送入压滤机中加水进行洗涤，当洗涤至洗涤水中氯离子含量小于120ppm时，取出氢氧化锆滤饼放入醇液罐中用乙醇再洗涤一次，过滤后放入真空干燥机进行真空烘干，最后过筛，得到氢氧化锆粉体；然后将其放入窑炉内煅烧，煅烧温度为1000℃，恒温煅烧4.5小时后取出，最后经气流粉碎，便得到超细二氧化锆粉体。在16000倍扫描电镜下显示该粉体颗粒形貌完整并且单一，分散性良好，颗粒大小接近，粒径为60-80nm，其扫描电镜照片如图1所示。
实施例2：称取氯氧化锆170g溶解于去离子水中，配制成0.2mol/L氯氧化锆溶液备用；将50g液氨中通入950ml去离子水中，配制成浓度为5％的氨水，接着向氨水中加1.0的添加剂，该添加剂为聚丙烯酸酰胺和聚乙二醇按1∶2比例混合的混合物，搅拌均匀后，再将氯氧化锆溶液缓慢加入至氨水中反应，继续搅拌，并控制反应温度在30℃，当检测到反应液的PH值为9时，立即停止加料，将得到的氢氧化锆水溶胶送入压滤机中加水进行洗涤，当洗涤至洗涤水中氯离子含量小于120ppm时，取出氢氧化锆滤饼放入醇液罐中用甲醇再洗涤一次，过滤后放入真空干燥机进行真空烘干，最后过筛，得到氢氧化锆粉体；然后将其放入窑炉内煅烧，煅烧温度为1200℃，恒温煅烧5小时后取出，最后经气流粉碎，便得到超细二氧化锆粉体。在16000倍扫描电镜下显示该粉体颗粒形貌完整并且单一，分散性良好，粒径为粒径为70-100nm，其扫描电镜照片如图2所示
实施例3：称取氯氧化锆170g溶解于去离子水中，配制成0.4mol/L氯氧化锆溶液备用；将60g液氨通入940ml去离子水中，配制成浓度为6％的氨水，接着向氨水中加1.5g的添加剂，该添加剂为聚丙烯酸酰胺和聚乙二醇按1∶1.8比例混合的混合物，搅拌均匀后，再将氯氧化锆溶液缓慢加入至氨水中反应，继续搅拌，并控制反应温度在27℃，当检测到反应液的PH值为9时，立即停止加料，将得到的氢氧化锆水溶胶送入压滤机中加水进行洗涤，当洗涤至洗涤水中氯离子含量小于120ppm时，取出氢氧化锆滤饼放入醇液罐中用乙醇再洗涤一次，过滤后放入真空干燥机进行真空烘干，最后过筛，得到氢氧化锆粉体；然后将其放入窑炉内煅烧，煅烧温度为1100℃，恒温煅烧4小时后取出，最后经气流粉碎，便得到超细二氧化锆粉体。在16000倍扫描电镜下显示该粉体颗粒形貌完整并且单一，分散性良好，粒径为70-90nm。
对比例：称取氯氧化锆170g溶解于去离子水中，配制成0.5mol/L氯氧化锆溶液备用；将60g液氨通入940ml去离子水中，配制成浓度为6％的氨水，再将氯氧化锆溶液缓慢加入至氨水中反应，连续搅拌，并控制反应温度在25℃，当检测到反应液的PH值为9时，立即停止加料，将得到的氢氧化锆水溶胶送入压滤机中加水进行洗涤，当洗涤至洗涤水中氯离子含量小于120ppm时，进行压滤，得到氢氧化锆滤饼，将其烘干后放入窑炉内煅烧，煅烧温度为1000℃，恒温煅烧9小时后取出，为块状的二氧化锆，经粉碎，得到二氧化锆粉体。在16000倍扫描电镜下显示该粉体形貌有缺陷，并且分散性不好，团聚严重，其扫描电镜照片如图3所示。
Claims (2)
1.一种单分散纳米级超细二氧化锆的制备工艺，其特征是所述工艺包括以下步骤：
a.将氯氧化锆溶解于去离子水中，配制成0.2-0.4mol/L氯氧化锆溶液备用；将液氨通入去离子水中，配制成浓度为4-6％的氨水，接着向氨水中加入氨水总重1.0-1.5‰的添加剂，并搅拌均匀，所述添加剂为聚丙烯酸酰胺、聚乙二醇的混合物，其混合比例为1∶1.5-2；
b.在连续搅拌的条件下，将氯氧化锆溶液缓慢加入至氨水中反应，同时控制反应温度为27-35℃，反应时，观测反应液中pH值的变化，当反应液的pH值为9时，停止加料，便得到氢氧化锆水溶胶；
c.将氢氧化锆水溶胶送入压滤机加水进行洗涤，当洗涤至洗涤水中氯离子含量小于120ppm时，取出氢氧化锆滤饼放入醇液罐中用醇液再洗涤一次，过滤后放入真空干燥机进行真空烘干，然后取出过筛，得到氢氧化锆粉体；
d.将氢氧化锆粉体放入窑炉内煅烧，煅烧温度设定在1000-1200℃，恒温煅烧4-5小时后取出，再经气流粉碎，便得到超细二氧化锆粉体。
2.根据权利要求1所述的一种单分散纳米级超细二氧化锆的制备工艺，其特征是所述醇液为甲醇或乙醇。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Production of superfine mono-dispered nano-zirconium dioxide Effective date of registration: 20130918 Granted publication date: 20100707 Pledgee: China Development Bank Co. Pledgor: XIANTAO ZHONGXING ELECTRONIC MATERIAL CO.,LTD. Registration number: 2013420000017 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
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Effective date of registration: 20191217 Granted publication date: 20100707 |
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| PP01 | Preservation of patent right | ||
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Date of cancellation: 20221217 Granted publication date: 20100707 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100707 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |