一种制备纳米金属氧化物及纳米金属粉的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备纳米金属氧化物及纳米金属粉的方法，在二甲苯中使用纳米硫酸钾对金属氧化物前驱体颗粒进行分散并隔离，离心沉淀后，将烘干物进行高温煅烧分解，水洗后可得到分散的纳米金属氧化物。将煅烧产物在还原气氛中二次煅烧，水洗后可得分散的纳米金属粉。本发明专利技术可以快速批量制备出分散性好、结晶完善的纳米金属氧化物或纳米金属粉。

A method for preparing nanometer metal oxide and nanometer metal powder

The invention discloses a method for preparing nano metal oxide and nano metal powder. The nano potassium sulfate is used to disperse and isolate the metal oxide precursor particles in xylene. After centrifugation, the drying material is calcined and decomposed at high temperature. After washing, the dispersed nano metal oxide can be obtained. The calcined products can be calcined two times in the reducing atmosphere and washed to obtain the dispersed nano metal powder. The invention can rapidly and rapidly prepare nano metal oxide or nanometer metal powder with good dispersibility and perfect crystallization.

【技术实现步骤摘要】
一种制备纳米金属氧化物及纳米金属粉的方法
本专利技术涉及一种制备纳米金属氧化物及纳米金属粉的技术，属于纳米粉体制备领域。
技术介绍
纳米金属氧化物具有表面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子隧道效应，因而具有独特的热学、光学、电学、磁学以及化学性质，在电子、化工、机械、生物医学等领域应用广泛。但纳米金属氧化物在制备过程容易发生团聚和烧结，导致难以制备出分散的纳米粒子。目前工业上和实验室广泛采用液相法来制备纳米金属氧化物，首先在溶液中合成纳米金属氧化物前驱体，如氢氧化物、草酸盐、碳酸盐等，然后将前驱体在高温煅烧分解得到纳米金属氧化物。煅烧分解的温度往往比较高，如碳酸镁分解需要350℃，氢氧化铁完全转变为氧化铁需要500℃，而要得到α相的氧化铝，必须要经过1000℃的高温。在如此高温下，金属氧化物纳米颗粒难以避免会发生团聚和烧结。迄今为止，仅有氧化铁和氧化锌可以使用水热法或强迫水解法制备出单分散的纳米颗粒，且效率较低。而对于其它的必须经过高温煅烧的金属氧化物，现有技术均难以大规模制备出高分散性的纳米粉体。解决此问题的一种可能的方法是：采用高熔点水溶性无机盐为隔离相阻止金属氧化物纳米颗粒的团聚和烧结，使纳米颗粒在高温过程中始终被固体盐分散隔离，煅烧后用水洗掉无机盐，即可得到分散的金属氧化物纳米粒子。但此方法的的关键问题是使用纳米盐颗粒将前驱体纳米颗粒有效地隔离和分散。商用水溶性如NaCl(熔点801℃)、K2SO4(熔点1067℃)等颗粒一般在几十微米左右，用如此粗大的颗粒无法将纳米尺度的前驱体颗粒隔离。而通过球磨等方法也难以将盐颗粒的尺寸降低到纳米级别。综上所述，金属氧化物纳米颗粒在制备过程中难以避免高温煅烧分解过程中团聚和烧结，而现有技术难以解决此问题。使用高熔点水溶性无机盐来隔离前驱体颗粒是解决此问题的一条可能途径，但前提是必须制备出颗粒细小的水溶性盐颗粒，并使用水溶性盐颗粒将前驱体有效分散和隔离，方能避免金属氧化物纳米颗粒在高温煅烧过程中的团聚和烧结问题，制备出高分散性的金属氧化物纳米颗粒。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供了一种快速批量制备纳米金属氧化物的方法，同时提供一种制备纳米金属粉的方法，可稳定制备出粒径小于100nm的纳米颗粒，制备的纳米金属粉结晶完善、导电性能和磁性能良好。技术方案：本专利技术的制备纳米金属氧化物的方法，包括以下步骤：1)配制纳米硫酸钾，分散在乙醇中，得到纳米硫酸钾乙醇分散液；2)在纳米硫酸钾乙醇分散液中加入硬脂酸，在30-60℃保温1小时以上；3)将纳米硫酸钾乙醇分散液离心后，分散在二甲苯中，配制成透明纳米硫酸钾二甲苯分散液；4)将金属氧化物前驱体，加入纳米硫酸钾二甲苯分散液中，升温至40-100℃，搅拌0.5-4小时后进行离心处理，将离心物烘干、在硫酸钾熔点以下煅烧；5)将煅烧产物用水洗涤、干燥，得到纳米金属氧化物。进一步的，本专利技术的制备纳米金属氧化物的方法中，步骤1)中纳米硫酸钾按照如下方式配制：在硫酸钾水溶液中加入聚丙烯酸并溶清，在搅拌条件下，将含有聚丙烯酸的硫酸钾水溶液滴入有机溶剂，将有机溶剂离心后得到的沉淀物，用有机溶剂洗涤沉淀物1-2遍，干燥后得到纳米硫酸钾晶。进一步的，本专利技术的制备纳米金属氧化物的方法中，硫酸钾水溶液的浓度为0.01mol/L至饱和浓度，所述聚丙烯酸的加入量为硫酸钾质量的0.5％-100％，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、叔丁醇、丙酮或二甲基甲酰胺。进一步的，本专利技术的制备纳米金属氧化物的方法中，金属氧化物前驱体为氧化铝前驱体、氧化钛前驱体、氧化铁前驱体、氧化镍前驱体、氧化钴前驱体、氧化铜前驱体、氧化镁前驱体、氧化锆前驱体、氧化镉前驱体、氧化锡前驱体、氧化锌前驱体、氧化铟前驱体、氧化钇前驱体、氧化铕前驱体、氧化铈前驱体、氧化镧前驱体、氧化铽前驱体、氧化镝前驱体或氧化钕前驱体，金属氧化物前驱体为对应的金属氢氧化物、金属草酸盐、金属碳酸盐或碱式碳酸盐。进一步的，本专利技术的制备纳米金属氧化物的方法中，步骤1)得到的纳米硫酸钾乙醇分散液中，纳米硫酸钾占分散液质量的0.1％-10％，所述步骤2)中，硬脂酸加入量为纳米硫酸钾质量的1％-10％，所述步骤3)配制的透明纳米硫酸钾二甲苯分散液中，纳米硫酸钾占分散液质量的1％-10％，所述步骤4)中，加入的金属氧化物前驱体与纳米硫酸钾的摩尔比小于1。本专利技术的制备纳米金属粉的方法，包括以下步骤：1)配制纳米硫酸钾，分散在乙醇中，得到纳米硫酸钾乙醇分散液；2)在纳米硫酸钾乙醇分散液中加入硬脂酸，在30-60℃保温1小时以上；3)将纳米硫酸钾乙醇分散液离心后，分散在二甲苯中，配制成透明纳米硫酸钾二甲苯分散液；4)将金属氧化物前驱体，加入纳米硫酸钾二甲苯分散液中，升温至40-100℃，搅拌0.5-4小时后进行离心处理，将离心物烘干、在硫酸钾熔点以下煅烧；5)将煅烧产物在还原气氛中进行二次煅烧，冷却后用水洗涤、干燥，得到纳米金属粉。进一步的，本专利技术的制备纳米金属粉的方法中，步骤1)中纳米硫酸钾按照如下方式配制：在硫酸钾水溶液中加入聚丙烯酸并溶清，在搅拌条件下，将含有聚丙烯酸的硫酸钾水溶液滴入有机溶剂，将有机溶剂离心后得到的沉淀物，用有机溶剂洗涤沉淀物1-2遍，干燥后得到纳米硫酸钾晶。进一步的，本专利技术的制备纳米金属粉的方法中，硫酸钾水溶液的浓度为0.01mol/L至饱和浓度，所述聚丙烯酸的加入量为硫酸钾质量的0.5％-100％，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、叔丁醇、丙酮或二甲基甲酰胺。进一步的，本专利技术的制备纳米金属粉的方法中，金属氧化物前驱体为氧化铁前驱体、氧化镍前驱体、氧化钴前驱体或氧化铜前驱体，金属氧化物前驱体为对应的金属氢氧化物、金属草酸盐、金属碳酸盐或碱式碳酸盐。进一步的，本专利技术的制备纳米金属粉的方法中，步骤1)得到的纳米硫酸钾乙醇分散液中，纳米硫酸钾占分散液质量的0.1％-10％，所述步骤2)中，硬脂酸加入量为纳米硫酸钾质量的1％-10％，所述步骤3)配制的透明纳米硫酸钾二甲苯分散液中，纳米硫酸钾占分散液质量的1％-10％，所述步骤4)中，加入的金属氧化物前驱体与纳米硫酸钾的摩尔比小于1。纳米金属氧化物在制备过程中需要经过高温分解过程，纳米颗粒容易出现团聚和烧结。使用水溶性盐隔离法可以解决此问题，但现有的水溶性盐颗粒粗大，无法作为隔离相使用。本专利技术制备出纳米尺寸的硫酸钾颗粒，并对纳米硫酸钾颗粒进行了表面改性，使其颗粒在二甲苯中均匀分散。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：现有的制备纳米金属氧化物的方法，如化学沉淀法、溶胶凝胶法等，一般是首先制备出前驱体，如金属碳酸盐或氢氧化物等，然后在高温下煅烧，分解成金属氧化物。但颗粒尺寸越小，表面能越大，越容易团聚。无论是在脱水干燥过程还是在高温煅烧过程中，金属氧化物颗粒均会不可避免地会发生团聚，而且在高温下颗粒之间还会发生烧结，所以难以制备出高分散的纳米金属氧化物颗粒。使用隔离相可以阻止前驱体颗粒的团聚和烧结，目前研究较多的隔离相有碳、水溶性无机盐等。其中碳隔离法的残余碳难以清除，对纳米颗粒性能有较大影响。水溶性无机盐隔离法虽然从理论上具有很好的隔离效果，且容易水洗清除，简便易行。但水溶性无机盐的颗粒尺寸往往很大，如NaCl颗粒尺寸往往在几十微米以上，用那么粗大的盐颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备纳米金属氧化物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)配制纳米硫酸钾，分散在乙醇中，得到纳米硫酸钾乙醇分散液；2)在纳米硫酸钾乙醇分散液中加入硬脂酸，在30‑60℃保温1小时以上；3)将纳米硫酸钾乙醇分散液离心后，分散在二甲苯中，配制成透明纳米硫酸钾二甲苯分散液；4)将金属氧化物前驱体，加入纳米硫酸钾二甲苯分散液中，升温至40‑100℃，搅拌0.5‑4小时后进行离心处理，将离心物烘干、在硫酸钾熔点以下煅烧；5)将煅烧产物用水洗涤、干燥，得到纳米金属氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种制备纳米金属氧化物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)配制纳米硫酸钾，分散在乙醇中，得到纳米硫酸钾乙醇分散液；2)在纳米硫酸钾乙醇分散液中加入硬脂酸，在30-60℃保温1小时以上；3)将纳米硫酸钾乙醇分散液离心后，分散在二甲苯中，配制成透明纳米硫酸钾二甲苯分散液；4)将金属氧化物前驱体，加入纳米硫酸钾二甲苯分散液中，升温至40-100℃，搅拌0.5-4小时后进行离心处理，将离心物烘干、在硫酸钾熔点以下煅烧；5)将煅烧产物用水洗涤、干燥，得到纳米金属氧化物。2.根据权利要求1所述的一种制备纳米金属氧化物的方法，其特征在于，所述步骤1)中纳米硫酸钾按照如下方式配制：在硫酸钾水溶液中加入聚丙烯酸并溶清，在搅拌条件下，将含有聚丙烯酸的硫酸钾水溶液滴入有机溶剂，将有机溶剂离心后得到的沉淀物，用有机溶剂洗涤沉淀物1-2遍，干燥后得到纳米硫酸钾晶。3.根据权利要求2所述的制备纳米金属氧化物的方法，其特征在于，所述硫酸钾水溶液的浓度为0.01mol/L至饱和浓度，所述聚丙烯酸的加入量为硫酸钾质量的0.5％-100％，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、叔丁醇、丙酮或二甲基甲酰胺。4.根据权利要求1、2或3所述的一种制备纳米金属氧化物的方法，其特征在于，所述金属氧化物前驱体为氧化铝前驱体、氧化钛前驱体、氧化铁前驱体、氧化镍前驱体、氧化钴前驱体、氧化铜前驱体、氧化镁前驱体、氧化锆前驱体、氧化镉前驱体、氧化锡前驱体、氧化锌前驱体、氧化铟前驱体、氧化钇前驱体、氧化铕前驱体、氧化铈前驱体、氧化镧前驱体、氧化铽前驱体、氧化镝前驱体或氧化钕前驱体，金属氧化物前驱体为对应的金属氢氧化物、金属草酸盐、金属碳酸盐或碱式碳酸盐。5.根据权利要求1、2或3所述的一种制备纳米金属氧化物的方法，其特征在于，所述步骤1)得到的纳米硫酸钾乙醇分散液中，纳米硫酸钾占分散液质量的0.1％-10％，所述步骤2)中，硬脂酸加入量为纳米硫酸钾质量的1％-10％，所述步骤3)配制的透明纳米硫酸钾二甲苯分散液中，纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：董岩，王宇婷，卞仙，邵起越，蒋建清，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32