纳米前驱体颗粒浆料的无团聚化快速分离方法技术

技术编号:703655 阅读:231 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了纳米前驱体颗粒浆料的无团聚化快速分离方法。该方法在纳米前驱体颗粒浆料中加入5~10ml、浓度为0.1~1%的有非离子型、阴离子型或阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂溶液,缓慢搅拌后静置5~20min,待其分层后倾倒上层清液;然后在下层沉淀溶液中加入20~40ml蒸馏水,充分搅拌均匀,待其分层后再倾去清液,重复该步骤3~4次;最后过滤下层浆料即可;采用本方法对纳米前驱体颗粒浆料进行后处理,能显著提高纳米前驱体颗粒浆料的分离速度,且有效地消除粒子的团聚,为工业化的无团聚化纳米材料的生产提供了一种全新的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米前驱体颗粒浆料,尤其是涉及一种适用于难沉降、易团聚、粒径小于100nm的胶体颗粒的无团聚化快速分离方法。
技术介绍
自上世纪末日本名古屋大学上田良二教授通过电子显微镜观察到纳米微粒以来,由于纳米材料具有与大粒子或块状材料明显不同的优良特性如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,从而使得纳米材料及纳米技术在最近几年里得到了快速的发展。有关纳米材料的制备方法有多种。主要有固相法、液相法和气相法。固相法具有简单易行、成本低等优点,但存在着产品粒径大、粒度及组成不均匀、易混入杂质等缺点;气相法具有产物粒径小,组成均匀,纯度高等优点,但设备投资大,成本高;液相法虽具有设备简单、成本低等优点,但制备过程中粒子极易团聚、前驱体难以洗涤和分离,这些因素是目前制约液相法制备纳米材料发展的主要瓶颈。为加快纳米材料生产的工业化进程,解决液相法制备纳米材料时纳米颗粒浆料和前驱体颗粒浆料难分离和易团聚等问题,目前,通常采用高速离心机分离、压榨法分离或减压抽滤分离等方式进行分离,但分离时间长,成本过高,且主要适用于实验室工作,远不能适应工业化大生产的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种既能加快纳米前驱体颗粒浆料的分离过滤速度,又能有效地阻止其在干燥或高温煅烧阶段产生硬团聚的方法。本专利技术的目的通过如下技术方案实现本专利技术的纳米前驱体颗粒浆料的无团聚化分离方法,包括以下步骤(1)在体积约为100mL、温度为25~40℃、pH值为6~9、浓度为0.1~1mol/L的纳米前驱体颗粒浆料中加入约5~10mL、浓度为0.1~1%的有机高分子絮凝剂溶液,在200~250rpm转速下搅拌2~5min,静置10~20min,待其分层后倾倒上层清液; (2)在步骤(1)得到的下层沉淀溶液中加入2~40mL蒸馏水,充分搅拌均匀,待其分层后再倾去上层清液,重复该步骤3~4次;(3)将步骤(2)得到的下层浆料过滤1次即可。所述的纳米前驱体颗粒浆料为氧化锌前驱体颗粒浆料或纳米锑掺杂二氧化锡前驱体颗粒浆料;所述的有机高分子絮凝剂为非离子型、阴离子型或阳离子型聚丙烯酰胺;所述的高分子有机絮凝剂溶液的分子量为500万~1500万;步骤(1)所述溶液使用浆式搅拌器搅拌,在200~250rpm转速下缓慢搅拌2~5min;步骤(3)所述的过滤过程为减压过滤或常压过滤。有机高分子絮凝剂PAM的絮凝过程是一个相当复杂的物理化学过程,一般认为是“吸附-电中和-桥连”机理。有机高分子絮凝剂在纳米前驱体颗粒浆料粒子与液体界面上的吸附被认为是多点附着。有机高分子主要是凭借其结构单元上的极性基团与表面活性点的作用而实现在微细颗粒表面的吸附。分子量大的高分子对搭桥有利,絮凝效率高。但分子量过高,在搭桥过程中也可能会引起链段间的重叠,反而会产生排斥作用,所以并不是分子量越高越好。选用高分子有机絮凝剂分子量在500万~1500万。由于高分子有机絮凝剂的用量对絮凝效果也有显著影响,应当考虑其最佳用量。用量过多会使絮凝作用下降。由于用量大,浓度很高,粒子表面被吸附的高分子有机絮凝剂完全覆盖,形成保护作用,反而不起搭桥作用,絮凝效果较差。但从影响产物粒径分布来看,根据胶体化学DLVO理论,在纳米前驱体颗粒浆料中加入高分子絮凝剂PAM,使生成的前驱体沉淀颗粒表面被高分子絮凝剂PAM所包裹,一方面,长链结构的高分子絮凝剂PAM被吸附在前驱体沉淀颗粒表面,使颗粒表面状态发生变化,颗粒间的羟基被相互隔开,形成较大的空间位阻。当纳米前驱体被干燥或煅烧时,由于PAM吸附或键合在前驱体颗粒的表面,降低了颗粒表面羟基的作用力,消除颗粒间的氢键作用,阻止氧桥键的形成,从而防止了硬团聚的形成。另一方面,在高温煅烧阶段由于长链结构的高分子絮凝剂产生复杂的化学反应并生成大量的气体,气体的挥发能够带走体系大量的热量,从而有效地防止颗粒内大量的能量不易及时排出而产生烧结;而且,经过高分子PAM处理的纳米颗粒浆料和前驱体胶体水溶液在干燥后,PAM仍保留在粉体的表面,使前驱体粒子间存在一定间距,尽管在焙烧升温过程中PAM发生反应被移去,但是,粉体之间的间距在很大程度上却得到了保留,从而降低了纳米粒子的相互接触、团聚的几率。由于pH值对纳米前驱体粒子的形貌、粒径及产量的影响很大,而有机高分子絮凝剂溶液的pH值直接影响纳米前驱体中悬浮粒子的ζ电位,因而高分子絮凝剂的絮凝性能也与纳米前驱体的pH具有密切的关系。有机高分子絮凝剂的絮凝性能通常受pH值影响较小,特别是非离子型有机高分子絮凝剂对pH值的影响最小。兼顾纳米前驱体粒子的形貌、粒径及产量及其pH值对絮凝效果的影响,pH值选用在6~9之间。pH值控制采用易挥发性的弱碱或弱酸来实现。由于弱碱或弱酸的加入对纳米前驱体粒子的形貌、粒径及产量有一定的影响,为减少粉体煅烧时残留离子影响粉体质量,故采用氨水或醋酸来进行调节。氨水或醋酸的浓度为0.1~1.5mol/L。絮凝效果与纳米前驱体纳米颗粒浆料的处理温度也有一定的关系。通常,待处理溶液的温度越高,絮凝效果越好。这是因为随着水温的提高,水的粘度就会显著降低,同时由于悬浮粒子和高分子的动能因温度提高而增大,因而加快了分子扩散的速度,有利于粒子彼此间的碰撞和絮体的生成与长大,提高了絮凝效果。但温度也不是越高越好,如果温度太高,既浪费能源,还可能会增加絮凝剂大分子的断链而大幅度地降低其絮凝效果。但如果处理温度太低,可能造成PAM的溶解度下降和絮凝操作相对较难。通常,絮凝操作较好的温度范围是25~40℃。虽然高分子絮凝剂是水溶性的高聚物,但因其分子量大,如果将其直接与超细粉体的浆料相混合来进行絮凝时其絮凝效果往往很差。因而,通常在使用前预先将其配制成质量浓度为0.1~1%的水溶液,使其高分子链变成伸展的状态,便于在应用时能得到均匀的分散,以最大限度地发挥其絮凝效能。在使用高分子絮凝剂对纳米前驱体颗粒浆料进行絮凝分离时,其投料方式和搅拌方式等对絮凝效果也有影响。对于同一剂量的高分子絮凝剂,分次投料方法比一次投料方法效果好。由于絮凝过程实际上包括混合分散期、絮凝反应期和沉降期等三个不同性质的阶段,所以对于不同的絮凝阶段要采用不同的搅拌强度。在混合阶段,要求絮凝剂与纳米前驱体纳米颗粒浆料达到迅速均匀的混合,所以搅拌速度要快些。在反应阶段,既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会,又要防止生成的小絮体被打碎。因此,搅拌强度要逐步减小,反应时间要延长。在沉降期,主要是已形成的絮体依靠重力作用而自然沉降,此时应避免搅拌。相对于现有技术,本专利技术具有如下优点(1)克服了液相法制备纳米材料过程中的前驱体浆料极难分离过滤的缺点;(2)极大地缩短了前驱体浆料的分离时间;(3)本专利技术可以有效地防止前驱体在分离和煅烧过程中硬团聚的形成;(4)该工艺具有操作简单,成本低和易于工业化等。具体实施例方式为了更好地理解本专利技术,下面结合实施例对本专利技术作进一步说明,但本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。实施例1在100mL、0.1mol/L ZnCl2溶液中,于反应温度为40℃,转速为2000rpm下缓慢滴入浓度为0.2mol/L氨水,直到溶液pH=6。在恒温40℃下将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米前驱体颗粒浆料的无团聚化快速分离方法,其特征在于包括以下步骤:(1)在体积为100mL、温度为25~40℃、pH值为6~9、浓度为0.1~1mol/L的纳米前驱体颗粒浆料中加入5~10mL、浓度为0.1~1%的有机高分子絮凝 剂溶液,缓慢搅拌后静置5~20min,待其分层后倾倒上层清液;(2)在步骤(1)得到的下层沉淀溶液中加入20~40mL蒸馏水,充分搅拌均匀,待其分层后再倾去清液,重复该步骤3~4次;(3)将步骤(2)得到的下层浆料过滤; 所述的纳米前驱体颗粒浆料为氧化锌前驱体颗粒浆料或纳米锑掺杂二氧化锡前驱体颗粒浆料;所述的有机高分子絮凝剂为非离子型、阴离子型或阳离子型聚丙烯酰胺。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:涂伟萍何秋星胡剑青
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:81[中国|广州]

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