一种纳米三氧化钨空心团聚球粉末的制备方法技术

一种纳米三氧化钨空心团聚球粉末的制备方法，将偏钨酸铵和高浓度的硝酸放入高压水热釜中进行水热反应，将得到的水热产物进行静置、清洗、抽滤，最后干燥即可得到空心团聚球的氧化钨粉末。本发明专利技术制备的空心团聚球中细小均匀的纳米氧化钨颗粒极其规则地团聚形成空心球的球壁，经过二段氢气还原的粉末保留了这种空心团聚结构。成品纳米三氧化钨空心团聚球粉末多孔疏松、粒径分布均匀、呈规则球形，球壳壁薄。其多孔疏松结构及超细尺寸在化学、力学、光学和磁学等方面表现出优异的特性，有望在化工、电子、冶金、航空、医药等军事和民用领域里得到广泛应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米粉末材料的制备
，具体的说是一种纳米三氧化钨空心团聚球粉末的制备方法。
技术介绍
近年来，随着人们对纳米材料性能以及相关制备技术研究的不断深入，具有特殊形貌和功能的超细结构粉末在化学、力学、光学和磁学等方面表现出优异的特性，因此，其有望在化工、电子、冶金、航空、医药等军事和民用领域里得到广泛应用。三氧化钨(WO3)作为一种重要的过渡金属氧化物半导体，其化学性质稳定，无毒性，在可见光催化、太阳能利用等方面具有重要的应用前景。因此，利用WO3进行光降解，可在室温下直接利用太阳能降解各种有机污染物，且不形成二次污染，是一种理想的污染治理技术。在制备的WO3材料中，多孔疏松结构的纳米粉末因其较高的比表面积以及高活性使其在光催化领域中具有较大的应用前景，可以高效的分解水制备清洁能源，降解有机污染物，用于气敏材料以及电致变色等。国内外研究者已采用不同的方法进行WO3的制备，并通过控制空心粉末的粒径大小，球壁厚度以及粉体的表面形貌可以得到具有特定性能的空心粉末。常用的空心粉末的制备方法有雾化热分解法、置换法和模板法。但这些方法又都存在一些问题，现阶段对于雾化热分解法的研究还存在两个关键问题有待解决：一是在制备过程中会有大量破碎空心粒子出现，碎片的存在会严重影响后续的工艺过程，降低产物质量的稳定性；二是对于制备空心粉末而言，使用喷雾热分解法，得到的空心粉末粒径分布不均匀。置换法制备超细金属粉末核心本身存在较大的困难，因此，这种制备方法很难在工业生产中得到应用。模板法制备的空心粉末很大程度上依赖于模板的选择，并且模板的去除效果影响产物纯度。而这些问题的存在严重影响着金属钨材料在工业上的应用。
技术实现思路
针对现有技术中制备三氧化钨空心团聚球粉末的技术现状，本专利技术旨在提供一种新的制备纳米三氧化钨空心团聚球粉末的方法，以制备出粒径分布均匀、多孔疏松、呈规则球形，球壳壁薄且团聚一次粉末颗粒均匀的纳米三氧化钨空心团聚球粉末。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种纳米三氧化钨空心团聚球粉末的制备方法，包括以下步骤：步骤一、取偏钨酸铵加入到过量的浓度为7~14mol/L的硝酸溶液中，充分搅拌混合后，得反应体系，备用；步骤二、将步骤一搅拌混合后的反应体系在10min之内转置于聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，之后，将反应釜置于干燥箱内，控制干燥箱以3~5℃/min的升温速率升温至150℃~200℃，进行水热反应15~20h，得水热产物，备用；步骤三、将步骤二制得的水热产物水冷至室温，之后，对水热产物进行反复搅拌静置处理2-3次，其中，每次搅拌静置处理的操作包括搅拌混合2h之后静置2h；步骤四、将步骤三反复搅拌静置处理后的水热产物进行多次真空清洗抽滤，其中，前3-5次采用蒸馏水清洗抽滤，后2-3次采用乙醇清洗抽滤，之后，转置于干燥箱内进行干燥处理，即得球径为5-50μm的纳米WO3空心团聚球粉末。在步骤一中，所述搅拌混合的时间为10-30min。在步骤四中，所述干燥处理的温度为70-90℃，干燥时间为5-10h。利用上述所制备的三氧化钨进行纳米金属钨空心团聚球粉末的制备方法，包括在氢气氛围中对纳米WO3空心团聚球粉末进行两次还原处理的步骤，其中，两次还原处理的操作为：首先在氢气氛围中，升温至500-700℃进行第一次还原处理4-10h，然后控制升温至700-900℃、进行第二次还原处理4-10h，还原结束后，在氩气保护下自然冷却至室温，即得金属钨空心团聚球粉末。所述两次还原处理中升温阶段的升温速度为5-20℃/min。所述两次还原处理中氢气的流量为1-5m3/h。所述两次还原处理中氩气的流量为1.5-2m3/h，氩气纯度为99.999%。在具体操作实施时，本专利技术的主要制备步骤和发生的反应如下：1）、量取市售硝酸溶液200ml~400ml，其中硝酸溶液的质量浓度为63%，密度为1.4g/ml。置于干净的烧杯中，用去离子水将烧杯中的硝酸溶液体积填充至400ml。2）、按照反应摩尔配比（控制硝酸溶液过量），称取一定量的偏钨酸铵粉末[(NH4)6H2W12O40]加入到步骤1）中盛有硝酸溶液的烧杯中，搅拌10~30min使其混合均匀。其中偏钨酸铵为白色结晶粉末。3）、将步骤2）搅拌混合后得到的反应体系转移至聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，并在10min之内将水热反应釜置于真空干燥箱内，放入后才开始升温，升温速率3~5℃/min，升温到150℃~200℃后，保温进行水热反应15~20h。4）、在步骤3）水热反应后，取出反应釜应经过水冷，此处如果缓慢冷却会导致水热反应产物中更多的WO3和水反应，最终导致团聚球的消解，冷却至室温后打开反应釜，取出水热产物，并对得到的水热产物进行多次反复搅拌静置，即充分搅拌2h之后静置2h，再搅拌2h静置2h，反复2~3次。此处的反复搅拌静置是为了使胶体粒子经过机械搅拌产生的静电力团聚在一起，为最终成多孔疏松的团聚球打基础。5）、对步骤4）反复搅拌静置后的水热产物进行多次真空清洗抽滤，首先将蒸馏水缓慢加入漏斗中，反复进行抽滤3~5次，其目的在于除去水热产物中残留的NH4NO3。之后再用乙醇继续清洗抽滤2~3次，其目的在于分散颗粒。6）、将步骤5）抽滤后得到的粉末进行干燥，干燥温度为70-90℃，干燥时间为5-10h。干燥的目的是为了除去抽滤过程中残留的水分和乙醇。此步骤结束后得到纳米级WO3粉末，其微观形貌为纳米小颗粒均匀团聚组成的空心球状，球径约5-50μm。为了佐证这种三氧化钨空心团聚球结构的稳固性，并制备纳米金属钨空心团聚球粉末，本申请还对步骤6）制得的三氧化钨空心团聚球粉末进行有以下处理步骤：7）、将步骤6）得到的干燥粉末放入氢气还原炉进行一次还原。还原气氛为氢气，氢气流量是1-5m3/h，温度是500-700℃，时间为4-10h。升温阶段的升温速度为5-20℃/min。经过一次还原后，WO3被氢气还原生成WO2。反应方程式如下：WO3+H2=WO2+H2O8）、将步骤7）一次还原后的粉末进行二次还原，还原气氛为氢气，氢气流量是1-5m3/h，温度是700-900℃，时间为4-10h。升温阶段的升温速度为5-20℃/min。WO2在此阶段被H2还原为金属W。还原结束炉腔内停止通氢气，改通入氩气保护，氩气纯度为99.999%，氩气流量是1.5-2m3/h，之后随炉冷却至室温，最终生成了纳米级钨粉末，其微观形貌为纳米小颗粒均匀团聚组成的空心球状，球径约5-70μ-。反应方程式如下：WO2+2H2=W+2H2O有益效果：1、本专利技术通过调控水热反应的反应原料和反应条件以及对水热反应产物进行多次搅拌静置、真空清洗抽滤等操作步骤，制备出了一种粒径分布均匀、活性强、产物质量稳定性好，无杂质残留，且性状呈多孔疏松的空心球状结构的纳米三氧化钨空心团聚球粉末。方法本身工艺简单，操作方便，安全可靠性好。成品空心球粉末呈粒径为5-50μm的规则球形，细小均匀的纳米钨颗粒一次性极其规则地团聚形成空心球的球壁，且该球壁壳薄均匀，使成品粉末具有多孔疏松结构和超细尺寸，在工业应用上表现出优异的理化性能。适合在工业上推广使用。2、本专利技术在原料选择上，摒弃了常规的水热法制备三氧化钨通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米三氧化钨空心团聚球粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、取偏钨酸铵加入到过量的浓度为7~14mol/L的硝酸溶液中，充分搅拌混合后，得反应体系，备用；步骤二、将步骤一搅拌混合后的反应体系在10min之内转置于聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，之后，将反应釜置于干燥箱内，控制干燥箱以3~5℃/min的升温速率升温至150℃~200℃，进行水热反应15~20h，得水热产物，备用；步骤三、将步骤二制得的水热产物水冷至室温，之后，对水热产物进行反复搅拌静置处理2‑3次，其中，每次搅拌静置处理的操作包括搅拌混合2h之后静置2h；步骤四、将步骤三反复搅拌静置处理后的水热产物进行多次真空清洗抽滤，其中，前3‑5次采用蒸馏水清洗抽滤，后2‑3次采用乙醇清洗抽滤，之后，转置于干燥箱内进行干燥处理，即得球径为5‑50μm的纳米WO3空心团聚球粉末。

【技术特征摘要】
1.一种纳米三氧化钨空心团聚球粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、取偏钨酸铵加入到过量的浓度为7~14mol/L的硝酸溶液中，充分搅拌混合后，得反应体系，备用；步骤二、将步骤一搅拌混合后的反应体系在10min之内转置于聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，之后，将反应釜置于干燥箱内，控制干燥箱以3~5℃/min的升温速率升温至150℃~200℃，进行水热反应15~20h，得水热产物，备用；步骤三、将步骤二制得的水热产物水冷至室温，之后，对水热产物进行反复搅拌静置处理2-3次，其中，每次搅拌静置处理的操作包括搅拌混合2h之后静置2h；步骤四、将步骤三反复搅拌静置处理后的水热产物进行多次真空清洗抽滤，其中，前3-5次采用蒸馏水清洗抽滤，后2-3次采用乙醇清洗抽滤，之后，转置于干燥箱内进行干燥处理，即得球径为5-50μm的纳米WO3空心团聚球粉末。2.根据权利要求1所述的一种纳米三氧化钨空心团聚球粉末的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述搅拌混合的时间为10-30min。3.根据权利要求1所述的一种纳米三氧化钨空心团聚球粉末的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述每次搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏世忠，赵阳，潘昆明，单康宁，宋向阳，李亚星，蒋永年，王新中，赵德龙，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41