一种单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将有机锆源、电解质溶液和醇溶液按照体积比为1～10:0.5～1.4:50～100备料，将醇溶液分成2份；在惰性气体环境中，将有机锆源和电解质溶液分别加入2份醇溶液中，混合均匀后得到A混合液和B混合液；(2)将B混合液以6～14d/s的速度滴入A混合液中，混合均匀后，在62～78℃下陈化7～9h，反应完成后，产物经离心、洗涤、真空干燥即得二氧化锆前驱体粉末；(3)将二氧化锆前驱体粉末在450～750℃温度下煅烧，煅烧完后冷却至室温后，即得纳米二氧化锆粉体材料。本发明专利技术制备的二氧化锆呈球形，粒径分布集中，分散性好。

【技术实现步骤摘要】
一种单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法
本专利技术属于无机非金属氧化物材料制备
，具体涉及一种单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法。
技术介绍
二氧化锆(ZrO2)具有独特的物理和化学性质，比如良好的热学和化学稳定性、高的强度和断裂韧性、低的热传导性以及良好的耐磨损性和耐腐蚀性等，因而除了用于传统耐火材料外，还广泛用于压电元器件、陶瓷电容器等功能陶瓷领域，以及先进结构陶瓷、功能涂层、氧传感器及催化剂载体等领域，且在冶金、化工、化妆品、航天和医学等部门的应用也不断增加，具有广阔的应用前景。目前，纳米二氧化锆的制备方法主要有水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法、共沉淀法等。水热法操作不方便、制备的颗粒纯度较低且易团聚，粒度不易控制，颗粒粒径较大，产物损失多，产量低。溶胶-凝胶法制备二氧化锆粉体材料的优点较多，例如反应温度较低，二氧化锆粉体粒度分布均匀且粒径可控，但由于反应过程中加入螯合剂或者表面活性剂使得生产成本大大提高，不利于大规模工业化生产，在高温下做热处理时会使颗粒快速团聚，形成胶粒及凝胶过滤、洗涤过程不易控制。微乳液法存在生产过程复杂，成本高以及产率低等不足之处。共沉淀法工艺简单，但极易引入多种杂质离子造成纯度不佳，在二氧化锆沉淀干燥煅烧的过程中极易团聚从而造成二氧化锆粉体颗粒的形貌及分散性差强人意。因此，寻找一种简单可控的方法，制备出分散性好，形状规则，且粒度分布集中的纳米级二氧化锆粉体材料有着重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法，解决现有技术中纳米二氧化锆分散性差、形状不规则以及粒径分布广的技术问题。为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法，包括以下步骤：S1.将有机锆源、电解质溶液和醇溶液按照体积比为1～10：0.5～1.4：50～100备料，将醇溶液分成2份；在惰性气体环境中，将有机锆源和电解质溶液分别加入2份醇溶液中，混合均匀后得到A混合液和B混合液；S2.在惰性气体环境中，将B混合液以6～14d/s的速度滴入A混合液中，混合均匀后，在62～78℃下陈化7～9h，反应完成后，产物经离心、洗涤、真空干燥即得二氧化锆前驱体粉末；S3.在惰性气体保护下，将二氧化锆前驱体粉末在450～750℃温度下煅烧，煅烧完后冷却至室温后，即得纳米二氧化锆粉体材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：本技术方案通过控制有机锆源、电解质溶液和醇溶液的体积比，陈化反应温度，陈化时间以及加入速率，能有效的抑制二氧化锆前驱体粉末制备过程中二氧化锆颗粒团聚现象；通过控制煅烧温度，能直接获得球形且粒径均匀的纳米级材料，而不需要使用额外的螯合剂或者表面活性剂。本技术方案采用水解锆源和控温煅烧联合的方法制备纳米二氧化锆粉体材料，制备出的二氧化锆粉体材料呈球形，粒径分布集中，分散性好且单分散性效果优异，本技术方案的制备过程简单易行，适合大规模生产球形纳米二氧化锆粉体材料。附图说明图1是实施例1制备的二氧化锆的SEM图；图2是实施例1制备的二氧化锆的XRD谱图；图3是实施例1制备的二氧化锆的粒径分布图。具体实施方式本实施例提供了一种单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将有机锆源、电解质溶液和醇溶液按照体积比为1～10：0.5～1.4：50～100备料，并将醇溶液分成2份；在惰性气体环境中，惰性气体优选为氮气，将有机锆源和电解质溶液分别加入2份醇溶液中，在温度为20～80℃时搅拌混合均匀，作为优选混合温度为50℃，得到A混合液(有机锆源-醇溶液的混合液)和B混合液(电解质溶液-醇溶液的混合液)；有机锆源包括四乙氧基锆、正丙醇锆、异丙醇锆、四异丙氧基锆、正丁醇锆、叔丁醇锆、2-[(2-氨基乙基)氨基]乙醇锆络合物、2-甲基-1-丙醇锆盐、双(二乙基柠檬酸)二丙醇锆中的至少一种。电解质溶液可以为金属盐溶液、强碱、弱酸和弱碱中的至少一种，作为优选，电解质溶液为NaCl溶液、NaOH溶液、KOH溶液、KCl溶液、CH3COOH溶液、NH4OH溶液中的至少一种；电解质溶液为浓溶液，浓度为0.01～2.0mol/L，优选为0.3mol/L。醇溶液中的醇包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇中的至少一种。(2)在惰性气体环境中，惰性气体为氮气，将步骤(1)中的B混合液以6～14d/s的速度滴入A混合液中，然后将混合溶液搅拌混合均匀并进行陈化反应，反应温度为62～78℃，反应时间为7～9h，反应完成后，产物经离心、洗涤、真空干燥即得二氧化锆前驱体粉末；(3)将步骤(2)中的二氧化锆前驱体粉末置于惰性气氛炉中控温煅烧2～10h，惰性气氛炉为氮气气氛炉，煅烧温度为450～750℃，煅烧完后随炉冷却至室温后，即得纳米二氧化锆粉体材料。下面将结合具体实施例对本专利技术提供的单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法予以进一步说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。由于有机锆源、电解质溶液以及醇溶液在本专利技术中的作用大致相同，可以相互替换，下述实施例中的有机锆源均选用正丁醇锆(IV)进行示例说明，电解质溶液均选用KCl溶液进行示例说明，醇溶液均选用正丁醇溶液进行示例说明。实施例1：本实施例提供了一种单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将KCl配成0.3mol/L的KCl溶液，按照正丁醇锆(IV)、KCl溶液和正丁醇溶液的体积比为2：1：80备料，并将醇溶液分成2份；在氮气气氛保护下，将正丁醇锆和KCl溶液分别加入2份正丁醇溶液中，在50℃下持续搅拌30min得到混合均匀的A混合液和B混合液；(2)将步骤(1)中的B混合液按照10d/s的速度滴入A混合液中，并持续搅拌混合液1h后升温至70℃开始陈化，持续陈化8h，反应完成后，所得产物经离心、洗涤、真空干燥即得二氧化锆前驱体粉末；(3)将步骤(2)中的二氧化锆前驱体粉末置于氮气气氛炉中进行煅烧，在600℃恒温煅烧5h，煅烧完后随炉冷却至室温，即得纳米二氧化锆粉体材料。经过检测和分析，本实施例得到的纳米二氧化锆粉体材料呈均匀分散的球形，平均粒径为130nm。按照实施例1的方法制备实施例2～10以及比较例1～4的产品，原料和方法均同实施例1，区别在于，步骤(1)中加入的原料的体积比不同，具体的实验条件和结果见表1。表1原料的体积比对产品的影响(注：表格内“--”表示无法测量或未测量)由实施例1～10和比较例1～4可知，当正丁醇锆，KCl溶液以及正丁醇中任一原料的量加入过多或过少时，制得的二氧化锆呈不规则形或者类球形，且二氧化锆粉体会部分团聚或严重团聚，只有当V(正丁醇锆)：V(KCl溶液)：V(正丁醇)为1～10：0.5～1.4：50～100加入，制得的二氧化锆粉体材料才呈球形，粒径分布集中且分散性好；由实施例1～4以及实施例5～10可知，当V(正丁醇锆)：V(KCl溶液)：V(正丁醇)为2：0.5～1.4：80时，与采用其他体积比原料制备的二氧化锆相比，制得的二氧化锆平均粒径更小，效果更好；由实施例1～4可知，当V(正丁醇锆)：V(KCl溶液)：V(正丁醇)为2：1：80本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将有机锆源、电解质溶液和醇溶液按照体积比为1～10：0.5～1.4：50～100备料，将醇溶液分成2份；在惰性气体环境中，将有机锆源和电解质溶液分别加入2份醇溶液中，混合均匀后得到A混合液和B混合液；S2.在惰性气体环境中，将B混合液以6～14d/s的速度滴入A混合液中，混合均匀后，在62～78℃下陈化7～9h，反应完成后，产物经离心、洗涤、真空干燥即得二氧化锆前驱体粉末；S3.在惰性气体保护下，将二氧化锆前驱体粉末在450～750℃温度下煅烧，煅烧完后冷却至室温后，即得纳米二氧化锆粉体材料。

【技术特征摘要】
1.一种单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将有机锆源、电解质溶液和醇溶液按照体积比为1～10：0.5～1.4：50～100备料，将醇溶液分成2份；在惰性气体环境中，将有机锆源和电解质溶液分别加入2份醇溶液中，混合均匀后得到A混合液和B混合液；S2.在惰性气体环境中，将B混合液以6～14d/s的速度滴入A混合液中，混合均匀后，在62～78℃下陈化7～9h，反应完成后，产物经离心、洗涤、真空干燥即得二氧化锆前驱体粉末；S3.在惰性气体保护下，将二氧化锆前驱体粉末在450～750℃温度下煅烧，煅烧完后冷却至室温后，即得纳米二氧化锆粉体材料。2.根据权利要求1所述的单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中有机锆源、电解质溶液和醇溶液的体积比为2：0.5～1.4：80。3.根据权利要求1所述的单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中有机锆源、电解质溶液和醇溶液的体积比为2：1：80。4.根据权利要求1所述的单分散球形纳米二氧化锆粉体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的有机锆源包括四乙氧基锆、正...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖围，王脂胭，缪畅，刘杨，牟豪轶，方锐，熊雄，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42