一种纳米氧化锆粉体超临界水热合成方法.pdf

本发明涉及一种纳米氧化锆粉体超临界水热合成方法，将草酸与溶解性锆化合物分别用水溶解，在搅拌状态下，将氧氯化锆溶液加入到草酸溶液中进行沉淀反应得到白色草酸锆沉淀；将草酸锆沉淀洗涤、干燥后进行热分解反应，然后将热分解反应后的产物进行湿式粉碎，获得纳米级分散浆料；将纳米浆料进行超临界水热反应，即可得到纳米氧化锆粉体，该方法制备的纳米氧化锆粉体具有颗粒细、粒度分布窄、稳定性好、纯度高等优点。

权利要求书一种纳米氧化锆粉体超临界水热合成方法，其特征在于合成步骤为：
1）将草酸与溶解性锆化合物分别用水溶解，溶解温度为60‑80℃，得摩尔浓度为0.4～2.5mol/L的草酸溶液和摩尔浓度为0.1～2.0mol/L的锆化合物溶液；
2）在搅拌状态下，将锆化合物溶液加入到草酸溶液中进行沉淀反应，得到白色草酸锆沉淀，草酸与锆离子摩尔比≥2.0；
3）将获得的草酸锆沉淀洗涤后进行干燥，干燥完毕后进行热分解反应，热分解反应温度为360℃～470℃，热分解反应时间为0.5～1h； 
4）热分解反应后的产物进行湿式粉碎，获得纳米级分散浆料； 
5）将获得的纳米浆料进行超临界水热反应，超临界水热反应温度为400～450℃，反应压力≥25Mpa，反应时间为20～60秒，即可得到纳米氧化锆粉体。
根据权利要求1所述的一种纳米氧化锆粉体超临界水热合成方法，其特征在于：所述的溶解性锆化合物包括八水氧氯化锆，硝酸锆，硫酸锆等。
根据权利要求1所述的一种纳米氧化锆粉体超临界水热合成方法，其特征在于：所述的获得的纳米级分散浆料粒度分布D90≤0.2μm，D100≤0.3μm。
根据权利要求1所述的一种纳米氧化锆粉体超临界水热合成方法，其特征在于：所述的获得的纳米氧化锆粒径≤20nm。
根据权利要求1所述的一种纳米氧化锆粉体超临界水热合成方法，其特征在于合成步骤的最佳方案为：
1）将草酸与八水氧氯化锆分别用水溶解，溶解温度为70℃，得摩尔浓度为1.5mol/L的草酸溶液和摩尔浓度为1.2mol/L的锆化合物溶液；
2）在搅拌状态下，将锆化合物溶液加入到草酸溶液中进行沉淀反应，得到白色草酸锆沉淀，草酸与锆离子摩尔比为2.5；
3）将获得的草酸锆沉淀洗涤后进行干燥，干燥完毕后进行热分解反应，热分解反应温度为400℃，热分解反应时间为40min； 
4）热分解反应后的产物进行湿式粉碎，料水比为1：2，转速为300rpm，研磨7h，获得纳米级分散浆料； 
5）将获得的纳米浆料进行超临界水热反应，超临界水热反应温度为420℃，反应压力为30Mpa，反应时间为30秒，即得到纳米氧化锆粉体。

说明书一种纳米氧化锆粉体超临界水热合成方法
技术领域
本发明涉及一种无机材料的合成方法，尤其是一种纳米级的氧化锆粉体合成方法。
背景技术
氧化锆应用于精细陶瓷、耐火材料、触媒原料、压电元件、光纤连接器、气敏元件、固体燃料电池及热障涂层等，具有优良的物理化学及材料工艺特性。纳米二氧化锆粉体具有粒径小、比表面大等特点，改善了其应用性能。
目前制备纳米二氧化锆粉体有多种方法，如沉淀法、溶胶凝胶法、金属醇盐水解法、微乳液法、常规水热法等，其中沉淀法、溶胶凝胶法、水解法、微乳液法等一般都要经过高温煅烧，导致团聚非常严重，容易出现粉体颗粒异常生长的现象，虽然降低煅烧温度后可以有效缓解这一现象，但会导致结晶度不高的问题。而常规水热法需要较长的反应时间，也难避免晶粒的生长的问题。而直接采用锆化合物溶液或氢氧化锆作为原材料进行超临界水热合成时，由于此类原料反应活性较高，为获得纳米产品，需要极短的反应时间，在工业上不易实现和控制，本发明采用的方法，可有效控制原材料活性，通过超临界水热法获得结晶度高、团聚轻微的纳米氧化锆产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米氧化锆粉体超临界水热合成方法。
本发明的技术方案包括：一种纳米氧化锆粉体超临界水热合成方法，其合成步骤为：
1）将草酸与溶解性锆化合物分别用水溶解，溶解温度为60‑80℃，得摩尔浓度为0.4～2.5mol/L的草酸溶液和摩尔浓度为0.1～2.0mol/L的锆化合物溶液；
2）在搅拌状态下，将锆化合物溶液加入到草酸溶液中进行沉淀反应，得到白色草酸锆沉淀，草酸与锆离子摩尔比≥2.0；
3）将获得的草酸锆沉淀洗涤后进行干燥，干燥完毕后进行热分解反应，热分解反应温度为360℃～470℃，热分解反应时间为0.5～1h； 
4）热分解反应后的产物进行湿式粉碎，获得纳米级分散浆料； 
5）将获得的纳米浆料进行超临界水热反应，超临界水热反应温度为400～450℃，反应压力≥25Mpa，反应时间为20～60秒，即可得到纳米氧化锆粉体。
所述的溶解性锆化合物包括八水氧氯化锆，硝酸锆，硫酸锆等。
所述的获得的纳米级分散浆料粒度分布D90≤0.2μm，D100≤0.3μm。
所述的获得的纳米氧化锆粒径≤20nm。
其最佳方案为：
1）将草酸与八水氧氯化锆分别用水溶解，溶解温度为70℃，得摩尔浓度为1.5mol/L的草酸溶液和摩尔浓度为1.2mol/L的锆化合物溶液；
2）在搅拌状态下，将锆化合物溶液加入到草酸溶液中进行沉淀反应，得到白色草酸锆沉淀，草酸与锆离子摩尔比为2.5；
3）将获得的草酸锆沉淀洗涤后进行干燥，干燥完毕后进行热分解反应，热分解反应温度为400℃，热分解反应时间为40min； 
4）热分解反应后的产物进行湿式粉碎，料水比为1：2，转速为300rpm，研磨7h，获得纳米级分散浆料； 
5）将获得的纳米浆料进行超临界水热反应，超临界水热反应温度为420℃，反应压力为30Mpa，反应时间为30秒，即得到纳米氧化锆粉体。
与现有技术相比，本发明的优点是：制备的纳米氧化锆粉体具有颗粒细、粒度分布窄、稳定性好、纯度高等优点，可应用于涂层、触媒、化学精密抛光等领域。
附图说明
图1为本发明实施例中所得产品的XRD图。
具体实施方式
一种纳米氧化锆粉体超临界水热合成方法，合成步骤为：
1）将草酸与溶解性锆化合物分别用水溶解，溶解温度为60‑80℃，得摩尔浓度为0.4～2.5mol/L的草酸溶液和摩尔浓度为0.1～2.0mol/L的锆化合物溶液；
2）在搅拌状态下，将锆化合物溶液加入到草酸溶液中进行沉淀反应，得到白色草酸锆沉淀，草酸与锆离子摩尔比≥2.0；
3）将获得的草酸锆沉淀洗涤后进行干燥，干燥完毕后进行热分解反应，热分解反应温度为360℃～470℃，热分解反应时间为0.5～1h； 
4）热分解反应后的产物进行湿式粉碎，获得纳米级分散浆料； 
5）将获得的纳米浆料进行超临界水热反应，超临界水热反应温度为400～450℃，反应压力≥25Mpa，反应时间为20～60秒，即可得到纳米氧化锆粉体。
所述的溶解性锆化合物包括八水氧氯化锆，硝酸锆，硫酸锆等。
所述的获得的纳米级分散浆料粒度分布D90≤0.2μm，D100≤0.3μm。
所述的获得的纳米氧化锆粒径≤20nm。
合成步骤的最佳方案为：
1）将草酸与八水氧氯化锆分别用水溶解，溶解温度为70℃，得摩尔浓度为1.5mol/L的草酸溶液和摩尔浓度为1.2mol/L的锆化合物溶液；
2）在搅拌状态下，将锆化合物溶液加入到草酸溶液中进行沉淀反应，得到白色草酸锆沉淀，草酸与锆离子摩尔比为2.5；
3）将获得的草酸锆沉淀洗涤后进行干燥，干燥完毕后进行热分解反应，热分解反应温度为400℃，热分解反应时间为40min； 
4）热分解反应后的产物进行湿式粉碎，料水比为1：2，转速为300rpm，研磨7h，获得纳米级分散浆料； 
5）将获得的纳米浆料进行超临界水热反应，超临界水热反应温度为420℃，反应压力为30Mpa，反应时间为30秒，即得到纳米氧化锆粉体。
实施例：
称取322 g八水氧氯化锆和270g草酸，分别在70℃下溶解于600 ml和1000ml纯水中，搅拌状态下将氧氯化锆溶液加入草酸溶液中反应生成白色沉淀；将白色沉淀洗涤至氯离子含量＜100ppm后进行干燥，干燥后于400℃加热40分钟，然后转移至行星磨罐中，控制料水比=1:2，转速设定为300 rpm研磨7h；将研磨后的浆料转移采用连续超临界水热合成设备进行反应（反应温度=420℃，反应压力=30Mpa，反应时间=30秒），将反应获得的产物用纯水洗涤数遍烘干后测量比表面积和XRD，比表面积=117.45m2/g，XRD测量显示产物晶相为单斜相。