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地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。