惰性浓盐介质法制备纳米粉体的方法.pdf

惰性浓盐介质法制备纳米粉体的方法，涉及一种用沉淀法制备纳米粉体的方法。是先将要进行反应的物质分别溶解在一种或几种惰性的高浓度盐组成的溶液中，然后在搅拌下进行混合反应，将反应产生的产品沉淀物经过滤，用含有分散剂的洗涤剂洗尽惰性浓盐，经干燥得到纳米粉体材料；或将反应产生的产品前驱体沉淀物，经过滤后进行干燥、粉碎、热分解，然后经冷却、洗涤、过滤、干燥得纳米粉体材料。惰性浓盐中的盐是指在制备条件下不与反应物、前驱体沉淀物、产物及溶剂发生反应，并能稳定存在的盐。本方法能简便有效的抑制沉淀的生长速率和防止沉淀的二次凝聚。本方法可适用于金属氧化物、金属氢氧化物、难溶性金属盐、非金属氧化物等纳米粉体的制备。

1、  惰性浓盐介质法制备纳米粉体的方法，其特征在于先将要进行反应的物质分别溶解在一种或几种惰性的高浓度盐组成的溶液中，然后在搅拌下将反应物混合反应，1)将反应产生的产品沉淀物经过滤，用含有分散剂的洗涤剂洗尽惰性浓盐，经干燥得到纳米粉体材料，2)将反应产生的产品前驱体沉淀物，经过滤后进行干燥、粉碎、热分解，然后经冷却、洗涤、过滤、干燥得纳米粉体材料。

2、  根据权利要求1所述的惰性浓盐介质法制备纳米粉体的方法，其特征在于沉淀的生成方式，包括直接沉淀法、间接沉淀法、水解沉淀法。

3、  根据权利要求1所述的惰性浓盐介质法制备纳米粉体的方法，其特征在于惰性浓盐中的盐是指在制备条件下不与反应物、产物以及溶剂发生反应，且在反应中能稳定存在，能溶解在反应进行的溶剂中的一类无机或有机盐中的一种或几种。

4、  根据权利要求1所述的惰性浓盐介质法制备纳米粉体的方法，其特征在于惰性浓盐中的盐是指在制备条件下不与反应物、前驱体沉淀物、产物以及溶剂发生反应，且在反应中能稳定存在，能溶解在反应进行的溶剂中的一类无机或有机盐中的一种或几种。

5、  根据权利要求1、3、4所述的惰性浓盐介质法制备纳米粉体的方法，其特征在于惰性浓盐中的盐为NaCl和KCl。

6、  根据权利要求1所述的惰性浓盐介质法制备纳米粉体的方法，其特征在于产品包括金属氧化物、金属氢氧化物、难溶性金属盐、非金属氧化物。

惰性浓盐介质法制备纳米粉体的方法
技术领域  本发明涉及一种用沉淀法制备纳米粉体的方法。
背景技术  液相沉淀法是制备纳米粉体中较为常用的一种方法，其优点是无需苛刻的物理条件，就可能得到性能较优异的纳米粉体。它是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合产生沉淀，以制取纳米粒子产品或前驱体沉淀物。产品沉淀物用含分散剂的洗涤剂进行洗涤，然后过滤、干燥得纳米粉体材料；前驱体沉淀物，过滤后进行干燥、粉碎、热分解，然后冷却、用含分散剂的洗涤剂进行洗涤、过滤、干燥得纳米粉体材料。
沉淀法按其特点又可分为直接沉淀法、间接沉淀法、水解沉淀法等。
直接沉淀法是在一定的条件下，在包含一种或多种离子的可溶性盐溶液中加入沉淀剂和分散剂，直接生成沉淀，从溶液中析出，将杂质离子除去，沉淀物经干燥、热分解等操作制得纳米粉体。由于加入的沉淀剂不可能在瞬间分散于整个溶液中，导致成核、长大、沉淀的过程难以控制，易发生不均匀成核，而使制得的粉体粒度不均匀。
间接沉淀法也叫均匀沉淀法，是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子从含有分散剂的溶液中缓慢地、均匀地释放出来，其他的步骤与直接沉淀法相同。在反应过程中，加入的沉淀剂不是立刻与被沉淀组分发生反应，而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢析出，使得构晶离子在整个溶液中分布比较均匀，所以沉淀物的颗粒均匀而致密，便于过滤和洗涤，产品粒度小、分布窄、团聚小。
水解沉淀法是利用醇盐在水中能快速发生水解，形成氢氧化物沉淀，再经过滤、干燥、焙烧等过程来制备纳米粉体。目前已经开发研制的可水解的金属醇盐已有30多种元素。该法的突出优点是反应条件温和，操作简单。但原料成本较高，其应用受到一定限制。
以上三种沉淀法的关键是如何促进沉淀的生成速率，抑制沉淀的生长速率，防止沉淀的二次凝聚，人们已经总结出许多有效的成功的经验，并在继续探索新的方法，如《一种沉淀法连续制备超细纳米粉体工艺》(专利号申请号03113326)，是将物料经计量加料装置按一定比例和速度同时向反应釜加料，在一定的温度、搅拌速率下，混合均匀发生成核后，迅速进入晶核成长管，在物料混合装置作用下向前推进，最终在晶核成长管的管端出口收集悬浮液经适当干燥后得超细纳米粉体。通过分别调整反应釜和晶核成长管的温度、反应物料的配比、加料速度、搅拌速率等控制因素来实现对晶粒大小的控制。该发明可使沉淀反应连续进行，将沉淀反应中的成核过程和生长过程分开，成核、生长在相对稳定的环境下形成，生成的颗粒粒径可以得到调控，颗粒的单分散性好，分布窄，形貌差异小。《一种制备纳米粉体的技术》(专利号申请号01142821)，采用如下步骤：将两种反应物通过加压后形成高速的流体，两种高速流体通过一定的角度进行瞬间混合，在混合过程中进行反应，生成固体料浆，将反应生成的同体料浆与反应物料分开，保持反应过程中反应物料的浓度一致，进而控制生成颗粒的粒径。将反应得到的固体物质进行干燥后得到纳米粉体、或将干燥后的粉体进行焙烧得到纳米粉体。该技术可适用于金属氧化物、金属氢氧化物、难溶性金属盐、非金属氧化物纳米粉体的制备。
发明内容  本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种能简便有效的抑制沉淀的生长速率和防止沉淀的二次凝聚的惰性浓盐介质法制备纳米粉体的方法。
本发明目的的实现方式为，惰性浓盐介质法制备纳米粉体的方法，先将要进行反应的物质分别溶解在一种或几种惰性的高浓度盐组成的溶液中，然后在搅拌下将反应物混合反应，将反应产生的产品沉淀物1)经过滤，用含有分散剂的洗涤剂洗尽惰性浓盐，经干燥得到纳米粉体材料，2)将反应产生的产品前驱体沉淀物，经过滤后进行干燥、粉碎、热分解，然后经冷却、过滤洗涤、干燥得纳米粉体材料。
本方法能简便有效的抑制沉淀的生长速率和防止沉淀的二次凝聚。本方法可适用于金属氧化物、金属氢氧化物、难溶性金属盐、非金属氧化物等纳米粉体的制备。
具体实施方式  本发明是将要进行反应的物质分别溶解惰性的高浓度盐组成的溶液中，然后在搅拌下将反应物混合反应，将反应产生的产品沉淀物经过滤，用含有分散剂地洗涤剂洗尽惰性浓盐，经干燥得到纳米粉体材料，或将反应产生的产品前驱体沉淀物，经过滤后进行干燥、粉碎、热分解，然后经冷却、过滤洗涤、干燥得纳米粉体材料。
本发明沉淀的生成方式，包括直接沉淀法、间接沉淀法、水解沉淀法。
惰性浓盐中的盐是指在制备条件下不与反应物、产物以及溶剂发生反应，且在反应中能稳定存在，能溶解在反应进行的溶剂中的一类无机或有机盐中的一种或几种。
在生成前驱体沉淀物的反应中，惰性浓盐中的盐是指在制备条件下不与反应物、前驱体沉淀物、产物以及溶剂发生反应，且在反应中能稳定存在，能溶解在反应进行的溶剂中的一类无机或有机盐中的一种或几种。
上述的惰性浓盐中的盐为NaCl和KCl，也就是说以NaCl和KCl为首选。
用本发明方法获得的产品包括金属氧化物、金属氢氧化物、难溶性金属盐、非金属氧化物等。
下面举出本发明
例1：纳米碱式硫酸铜的制备：
取50gCuSO₄.5H₂O溶于100ml水中，室温条件下逐步加入固体NaCl直至饱和，计消耗144NaCg。另取8gNaOH溶于100ml水中，冷却至室温后也逐步加入固体NaCl直至饱和，计消耗35NaClg。充分搅拌下将NaOH溶液加入到CuSO₄溶液中，加至反应计量时，得到蓝绿色碱式硫酸铜纳米浆。真空抽滤，滤饼用浓度为0.3％多聚磷酸钠的水溶液洗涤3～4次，得到碱式硫酸铜为主体的纳米浆，碱式硫酸铜粒径约40nm。如滤饼最后用无水乙醇洗涤2次，于50℃下真空干燥3小时，则得到碱式硫酸铜纳米粉体。
例2纳米氧化锌的制备：
取无水21.2gNa₂CO₃，加蒸馏水100ml搅拌溶解后，逐步加入26.5g固体氯化钠使其溶解，制成30℃时的饱和溶液，称取27.2gZnCl₂，加水100ml溶解，逐步加入58g固体氯化钠制成30℃时的饱和溶液。剧烈搅拌下将Na₂CO₃溶液加入到ZnCl₂溶液中，反应完毕后过滤，前驱体于105℃下干燥，烘干后粉碎，置入马弗炉中，于300℃温度下灼烧3小时，取出用浓度为0.3％多聚磷酸钠的水溶液浸泡并洗涤3～4遍，溶解去除氯化钠，最后用无水乙醇洗涤2遍，沉淀物于50℃下真空干燥3小时，即得到疏松的纳米ZnO粉体，含量98.5％，粒度15～20nm。
例3纳米Sb₂O₃粉体的制备：
室温下配制NaCl的饱和溶液1500ml备用，另配制3‰的三聚磷酸钠分散液备用。
称取106g硫酸亚锑置于2000ml的烧杯中，搅拌下缓缓加入饱和氯化钠溶液直至1500ml，继续搅拌30分钟，使之水解完全。离心分离，沉淀转入2000ml烧杯中，加入3‰的二聚磷酸钠分散剂约300ml，升温至沸腾，分次加入30％的氨水142ml，并保温至Sb₂O₃生成完全。离心沉降，用浓度为0.3％多聚磷酸钠的水溶液洗涤沉淀3～4次。最后用甲醇洗涤2次，在50-60℃温度范围内真空干燥即得到Sb₂O₃纳米晶，粒径20～30nm。
例4纳米Mg(OH)₂粉体的制备：
称取101.68MgCl₂.6H2O于1000mL烧杯中，加入去离子水500mL，搅拌下添加氯化纳至饱和备用，计消耗氯化纳180g。量取17mol/L的浓氨水76mL于2000mL烧杯中，稀释至300mL，添加氯化纳至饱和，计消耗氯化纳114g，将变速搅拌机搅拌桨插入并调整好高度和搅拌速度，升温到60°左右，在强烈搅拌下将氯化镁溶液徐徐转入氨水中，转移完毕后强烈搅拌60min，然后继续在此温度下搅拌1小时。提高并保持温度至90°缓慢搅拌2小时，高速离心分离，并以含0.3％硬脂酸、pH值为11的稀氨水搅拌洗涤并离心分离，如此重复3次。最后用无水乙醇洗涤2次，转入蒸发皿中，置于真空干燥箱中于50℃下真空干燥3小时，得到疏松的白色Mg(OH)₂纳米粉体，粒径约30nm。