一种溶胶凝胶法制备蓝色钴铝尖晶石的方法技术

本发明专利技术涉及一种溶胶凝胶法制备蓝色钴铝尖晶石的方法，包括：配制含有可溶性钴盐、可溶性铝盐的水溶液，其中Co与Al的摩尔比为1：（2～4）；将所得水溶液搅拌并调节pH至3～6，形成凝胶；将所得凝胶充分搅拌后，再经静置、分离出固体、洗涤和干燥后在800～1200℃下煅烧2～5小时，得到所述蓝色钴铝尖晶石。本发明专利技术采用湿化学方法，在液态条件下将前驱体(金属无机盐、溶剂等)混合均匀，并经金属盐类的水解、缩聚(合)等化学反应，形成溶液形态稳定透明溶胶体系。

【技术实现步骤摘要】
一种溶胶凝胶法制备蓝色钴铝尖晶石的方法
本专利技术是关于纳米CoAl2O4粉末的合成方法，特别涉及凝胶法制备前驱体溶液，属于纳米颜料制备领域。
技术介绍
钴蓝是一种很古老的颜料，在18世纪末叶Thenard就制成这类蓝颜料，所以至今国外还有称钴蓝为Thenard’sblue当时仅用作美术颜料。钴蓝的主要组成是CoO、Al2O3，或称为铝酸钴(CoAl2O4)。钴蓝颜料有鲜明的色泽，有很好的耐候性和耐酸碱性，耐各种溶剂能力强，耐热高达1200℃,已被广泛用于塑料、涂料、纤维、纸张、橡胶着色玻璃、水泥和陶瓷体([1]W.Li,J.Li,J.Guo,(欧洲陶瓷学会杂志)J.Eur.Ceram.Soc.23(2003)2289–2295)。钴铝尖晶石蓝色色料可通过固相法、湿化学法和气相法等方法制备。传统的固相法是将金属盐、氢氧化物或金属氧化物按比例混合、混合固体研磨并高温下煅烧，再经粉碎得到成品。因其生产工艺比较简单，目前一些工业生产多采用该方法。然而，固相反应依赖扩散动力学来完成，反应时间长，使反应不均匀且粒度一般是微米级；煅烧温度高会造成某些组分的挥发，导致反应物最终的化学计量比偏差，且易形成局部烧结，从而使粉体的比表面积降低。通常固相法应法制备的粉体的比表面积为1～5m2g-1([2]C.OterM.Mentruit,etal.(材料科学)Mater.Lett.39(1999)22-27)其应用领域有限，只能作为陶瓷级颜料应用。自上世纪80年代以来，湿化学方法包括沉淀法、溶胶-凝胶法和水热法、有机配合物前驱体法等，在固体材料的制备中，因其具有反应充分、粒度分布均匀、中间物的粒径小等优点备受关注，同时该方法也应用在纳米钴蓝的制备中，并取得了较大的进展。CoAl2O4的晶粒尺寸对于材料的性能具有显著的重要性，更准确的说，当CoAl2O4是微米级的颜料时，是不透明的，具有很好的遮盖能力，因此分类为陶瓷级颜料；当CoAl2O4是纳米级的颜料时，并分散在基质中，能够产生透明的着色效果([3]L.Ji,S.Tang,H.C.Zeng,J.Lin,K.L.Tan,(应用催化作用)Appl.Catal.A.Gen.207(2001)247–255)，其着色性能取决于颜料粒度和在基质中的分散程度([4]李伟东,李家治,郭景坤.中国专利,(2003)CN1443811A)。针对合成亚微米尺寸且非聚集的颗粒，就需要更先进的合成方法。溶胶-凝胶(sol-gel)法是采用湿化学方法,在液态条件下将前驱体(金属醇盐、金属无机盐、溶剂、催化剂等)混合均匀，并经金属盐类的水解、缩聚(合)等化学反应，形成溶液形态稳定透明溶胶体系；溶胶经陈化后，胶体间进一步缓慢聚合，将会形成以前驱体为骨架的三维空间网络的聚合物形态，未蒸发的溶剂填充于网络结构中构成了湿凝胶体系；湿凝胶再经干燥过程脱去结构中的溶剂从而形成一种多孔结构的干凝胶体系；最后经热处理过程制备成所需材料的一种新型方法。该方法对设备要求不高，工艺过程简单，反应过程易于控制；制品形态多样化，可得到纤维、粉末、涂层、块体等；材料掺杂范围宽，多元掺杂组分化学均匀性以及产物的纯度都较高；与传统制备工艺相比，采用溶胶凝胶工艺所得产物为比表面积很大的凝胶体，具有烧结温度较低，材料强度和韧性较高等特点；可得到一些传统制备工艺无法获得的材料，如无机材料大多经高温处理制备，而有机物高温下会分解，通过溶胶凝胶工艺可在较低温度下制备有机-无机复合材料。自1864年J.J.Ebelmen发现在湿空气中SiCl4和乙醇混合后发生水解生成了凝胶以来，溶胶凝胶方法已在玻璃、涂层、纤维、功能陶瓷粉料制备等方面得到了成功应用，同时也开始应用于传统方法难以制备的复合氧化物材料、超导材料等方面([5]杨南如,余桂郁.硅酸盐通报.2(1992)56-63)。然而，目前还没有采用溶胶-凝胶法制备钴铝尖晶石的报道。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种原料简单，操作方便，可工业化生产的纳米CoAl2O4粉末的制备方法。一方面，本专利技术提供了一种溶胶凝胶法制备蓝色钴铝尖晶石的方法，包括：配制含有可溶性钴盐、可溶性铝盐的水溶液，其中Co与Al的摩尔比为1：(2～4)；将所得水溶液搅拌并调节pH至3～6，形成凝胶；将所得凝胶充分搅拌后，再经静置、分离出固体、洗涤和干燥后在800～1200℃下煅烧2～5小时，得到所述蓝色钴铝尖晶石。本专利技术采用溶胶-凝胶法合成纳米CoAl2O4。具体来说，本专利技术采用湿化学方法，在液态条件下将前驱体(金属无机盐、溶剂等)混合均匀，并经金属盐类的水解、缩聚(合)等化学反应，形成溶液形态稳定透明溶胶体系。使用草酸调节所述混合溶液的pH后，胶体间进一步缓慢聚合，将会形成以前驱体为骨架的三维空间网络的聚合物形态，未蒸发的溶剂填充于网络结构中构成了湿凝胶体系。湿凝胶再经干燥过程脱去结构中的溶剂从而形成一种多孔结构的干凝胶体系。最后经热处理过程制备成所需材料。较佳地，所述可溶性钴盐为氯化钴、硫酸钴、草酸钴中的至少一种。较佳地，所述可溶性铝盐为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝中的至少一种。较佳地，用草酸溶液或醋酸调节pH至3～6。较佳地，所述静置的时间为12～24小时。较佳地，通过调节Co、Al比例和/或煅烧温度，控制所得蓝色钴铝尖晶石的晶粒粒径为10～50nm。另一方面，本专利技术还提供了一种蓝色钴铝尖晶石，粒径约为10～50nm。较佳地，所述蓝色钴铝尖晶石的平均粒径为10～50nm。较佳地，所述蓝色钴铝尖晶石的CIEL*a*b*数值为(47～55)*(－0.1～－12.2)*(－19～－44)。本专利技术所述方法对设备要求不高，工艺过程简单，反应过程易于控制；制品形态多样化，可得到纤维、粉末、涂层、块体等；材料掺杂范围宽，多元掺杂组分化学均匀性以及产物的纯度都较高；与传统制备工艺相比，采用溶胶凝胶工艺所得产物为比表面积很大的凝胶体，具有烧结温度较低，材料强度和韧性较高等特点。本专利技术所用初始原料简单，与现有的纳米CoAl2O4粉末制备方法相比具有以下优点：(1)反应以液相法进行，有利于原料充分反应。反应工艺简单，无需高压设备，反应原料安全环保，后续热处理温度不超过1200℃，热处理时间不大于5h；(2)通过调节Co、Al比例以及后续的热处理温度，可以控制晶粒粒径为10～50nm；(3)产物颜色正，纯度高，粒径可控。附图说明图1为本专利技术提供的制备蓝色钴铝尖晶石的流程图；图2为实施例1制备的CoAl2O4粉末的XRD图谱；图3为实施例2制备的CoAl2O4粉末的XRD图谱；图4为实施例3制备的CoAl2O4粉末的XRD图谱；图5为实施例4制备的CoAl2O4粉末的XRD图谱；图6为实施例1制备的CoAl2O4粉末的TEM照片；图7为实施例2制备的CoAl2O4粉末的TEM照片；图8为实施例3制备的CoAl2O4粉末的TEM照片；图9为实施例4制备的CoAl2O4粉末的TEM照片；图10为实施例1制备的CoAl2O4粉末的L*a*b*图像；图11为实施例2制备的CoAl2O4粉末的L*a*b*图像；图12为实施例3制备的CoAl2O4粉末的L*a*b*图像；图13为实施例4制备的CoAl2O4粉末的L*a*b*图像。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种溶胶凝胶法制备蓝色钴铝尖晶石的方法，其特征在于，包括：配制含有可溶性钴盐、可溶性铝盐的水溶液，其中Co与Al的摩尔比为1：（2～4）；将所得水溶液搅拌并调节pH至3～6，形成凝胶；将所得凝胶充分搅拌后，再经静置、分离出固体、洗涤和干燥后在800～1200℃下煅烧2～5小时，得到所述蓝色钴铝尖晶石。

【技术特征摘要】
1.一种溶胶凝胶法制备蓝色钴铝尖晶石的方法，其特征在于，包括：配制含有可溶性钴盐、可溶性铝盐的水溶液，其中Co与Al的摩尔比为1：（2～4）；将所得水溶液搅拌并调节pH至3～6，形成凝胶；将所得凝胶充分搅拌后，再经静置、分离出固体、洗涤和干燥后在800～1200℃下煅烧2～5小时，得到所述蓝色钴铝尖晶石。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可溶性钴盐为氯化钴、硫酸钴、草酸钴中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述可溶性铝盐为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝中的至少一种。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，用草酸溶液或醋酸调...

【专利技术属性】
技术研发人员：高彦峰，邸雪，余子涯，窦维维，陈长，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31