一种锆-钇聚合物前驱体制备锆酸钇纳米纤维的方法技术

本发明专利技术涉及一种锆‑钇聚合物前驱体制备锆酸钇纳米纤维的方法，包括步骤如下：以锆‑钇乙酰丙酮聚合物为前驱体、无水乙醇为溶剂、聚氧化乙烯为纺丝助剂，配置纺丝液；纺丝液进行静电纺丝，得到PAY‑Z前驱体纤维；PAY‑Z前驱体纤维经过热处理获得锆酸钇纳米纤维。本发明专利技术制备的锆酸钇纤维直径均匀，结构致密，柔韧性好，可用作结构增强材料、柔性发光基质、高温耐火材料以及催化剂载体等。

A method for preparing yttrium zirconate nanofibers from zirconium-yttrium polymer precursors

The invention relates to a method for preparing yttrium zirconate nanofibers by using zirconium yttrium polymer precursor, including the following steps: using zirconium yttrium acetylacetone polymer as precursor, anhydrous ethanol as solvent, polyethylene oxide as spinning assistant, and configuring spinning solution; electrospinning solution is used to obtain PAY Z precursor fiber; PAY Z precursor fiber is heat treated to obtain yttrium zirconate nanofibers. Rice fiber. The yttrium zirconate fiber prepared by the invention has uniform diameter, compact structure and good flexibility, and can be used as structural reinforcement material, flexible luminescent matrix, high temperature refractory material and catalyst carrier, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种锆-钇聚合物前驱体制备锆酸钇纳米纤维的方法
本专利技术涉及一种锆-钇聚合物前驱体制备锆酸钇(Y2Zr2O7)纤维的方法，属于陶瓷纤维新材料制备领域。
技术介绍
稀土锆酸盐是一类用途非常广泛的材料。由于其具有高熔点、高化学稳定性、高离子电导、低导热系数、高催化活性等优异性能，广泛应用于耐火材料、热障涂层、催化、光致发光、固体电解质、放射性核废料处理等领域。钇作为一种储量较大的稀土，无论是从成本还是原料易得程度上来说，锆酸钇(Y2Zr2O7)具有较大优势。锆酸钇呈立方相、缺陷态萤石结构，在催化、光致发光、热障涂层、耐火材料、信息检测、激光介质、高温视窗等领域有广泛应用。目前对于锆酸钇的研究主要集中在粉体以及透明陶瓷上，对于锆酸钇纳米纤维的研究目前还未见报道。其中对锆酸钇粉体的研究主要集中在光致发光和催化领域，而对透明陶瓷的研究主要集中在高折射率材料和闪烁材料领域。如：MarcJovaní等人将Pr和Fe共掺的锆酸钇用在陶瓷颜料中(JournaloftheEuropeanCeramicSociety38(2018)2210–2217)；方修忠等人将锆酸钇作为催化剂载体进行了甲烷重整催化研究(JournalofEnergyChemistry25(2016)825–831)；Saif,M将稀土掺杂锆酸钇作为磷光材料用于信息检测上(JournalofLuminescence135(2013)187–195)；中国专利文件CN106927502A、CN107082449A等公开了多种用于光催化的锆酸钇粉体制备方法；中国专利文件CN102557624A公开了一种锆酸钇透明陶瓷的制备方法。以上锆酸钇材料主要是通过固相反应、共沉淀法、溶胶凝胶-燃烧法制备的，其中固相反应温度很高，不适合用来制备纳米纤维；共沉淀法无法获得均一的前驱体，很难实现纳米纤维的制备；溶胶凝胶-燃烧法由于在燃烧过程中放热剧烈，会破坏纤维的结构，因此也很难用来制备纳米纤维。由于锆酸钇的熔点高，很难采用熔融的方法将其制备成纤维形态。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种锆-钇聚合物前驱体制备锆酸钇纳米纤维的方法。本专利技术对锆-钇前驱体进行探索，确定了适合制备成纤维的锆-钇前驱体，并探索静电纺丝条件和烧结工艺，最终成功制备出锆酸钇纤维。本专利技术首先制备出高氧化物含量的锆-钇聚合物前驱体，并将其纺制成不同直径的锆酸钇纳米纤维。本专利技术的技术方案如下：一种锆-钇聚合物前驱体制备锆酸钇纳米纤维的方法，包括步骤如下：以锆-钇乙酰丙酮聚合物(PAY-Z)为前驱体、无水乙醇为溶剂、聚氧化乙烯(PEO)为纺丝助剂，配置纺丝液；纺丝液进行静电纺丝，得到PAY-Z前驱体纤维；PAY-Z前驱体纤维经过热处理获得锆酸钇纳米纤维。根据本专利技术优选的，PAY-Z、无水乙醇、PEO的质量比为：50～170:200～700:0.5～2；进一步优选60～150:250～625:0.5～1.5。根据本专利技术优选的，静电纺丝的条件为：纺丝液在湿度为20％～65％的环境中静电纺丝，纺丝电压为10～25KV，针头到接收屏的距离为10～30cm，推进泵推进速度为0.008～0.04mL/min；进一步优选的，纺丝环境湿度为：35％～60％。根据本专利技术优选的，在空气中进行热处理，热处理时间为1～12h，热处理温度为600～1200℃。根据本专利技术优选的，所述的锆-钇乙酰丙酮聚合物前驱体由如下方法合成：将八水氧氯化锆和六水氯化钇按摩尔比1:1溶解到无水甲醇中，以八水氧氯化锆:乙酰丙酮:三乙胺的摩尔比为1:1.1～4:3.5～6.2依次加入乙酰丙酮和三乙胺，搅拌3～5h后将上述溶液减压干燥，得到含有盐酸三乙胺的锆-钇聚合物前驱体；用丙酮浸泡含有盐酸三乙胺的锆-钇聚合物前驱体，静置24～144h后，过滤除去盐酸三乙胺，将滤液减压浓缩、干燥，得到锆-钇乙酰丙酮聚合物前驱体。根据本专利技术聚锆-钇前驱体的制备方法，优选的，八水氧氯化锆:乙酰丙酮:三乙胺的摩尔比为1:1.5～3:4.3～6，每摩尔八水氧氯化锆加入无水甲醇1500～4000g，减压浓缩、干燥温度为30～40℃，丙酮按每摩尔八水氧氯化锆加3000～5000mL计。本专利技术制备的锆酸钇纤维直径均匀，结构致密，柔韧性好，可用作结构增强材料、柔性发光基质、高温耐火材料以及催化剂载体等。本专利技术的技术特点及优良效果：1.本专利技术首次给出锆酸钇纤维的制备方案，所制备的锆酸钇纤维直径可控。2.本专利技术制备的锆-钇乙酰丙酮聚合物前驱体性质稳定，可长时间保存；用其配制的纺丝液清澈透明，长时间放置不会出现浑浊。3.本专利技术制备的锆-钇乙酰丙酮聚合物前驱体氧化物含量高，所制备的纤维直径均匀，结构致密，柔韧性好。4.本专利技术不需要复杂的的热处理工艺，也不需要气氛保护，制备工艺简单，易于批量化生产。附图说明图1是实施例1所制备的锆酸钇纤维的XRD图。图2是实施例1所制备的锆酸钇纤维的SEM图。图3是实施例1所制备的锆酸钇纤维光学照片。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术做进一步说明，但不限于此。实施例中所用原料均为市购，对所购原料并未进行进一步处理。实施例1一种锆-钇聚合物为前驱体制备锆酸钇纤维的方法，包括以下制备步骤：(1)将1mol八水氧氯化锆和1mol六水氯化钇溶解在2000g无水甲醇中，完全溶解后分别依次加入210g乙酰丙酮和500g三乙胺(八水氧氯化锆:乙酰丙酮:三乙胺的摩尔比为1:2.1:4.9)，搅拌5h后获得黄色溶液；(2)将步骤(1)中所得黄色溶液转移到圆底烧瓶中在40℃进行减压浓缩、干燥，得到含有盐酸三乙胺的锆-钇聚合物前驱体；(3)用4000mL丙酮浸泡步骤(2)中得到的含有盐酸三乙胺的锆-钇聚合物前驱体，并在室温下静置72h，然后过滤掉盐酸三乙胺，获得锆-钇聚合物前驱体丙酮溶液，该溶液清澈透明，呈亮黄色。(4)通过在40℃下减压浓缩、干燥步骤(3)中锆-钇前驱体聚合物丙酮溶液获得锆-钇乙酰丙酮聚合物前驱体；(5)将9g步骤(4)获得的锆-钇乙酰丙酮聚合物前驱体溶解到20g无水乙醇中，完全溶解后加入50mg聚氧乙烯，搅拌，待聚氧乙烯完全溶解后继续搅拌2h，获得澄清透明的前驱体纺丝液；(6)将步骤(5)所述前躯体纺丝液在15KV的电压下通过静电纺丝获得锆-钇聚合物前驱体纤维；静电纺丝湿度为45％，针头到接收屏的距离为25cm，推进泵推进速度为0.02mL/min；(7)将步骤(6)纺制的前驱体纤维在空气下1000℃处理2h得到锆酸钇纳米纤维，纤维结构致密，柔韧性好，直径均匀(约为500nm)。实施例2如实施例1所述，不同的是：步骤(1)中将1mol八水氧氯化锆和1mol六水氯化钇溶解在2000g无水甲醇中，完全溶解后分别依次加入150g乙酰丙酮和435g三乙胺(八水氧氯化锆:乙酰丙酮:三乙胺的摩尔比为1:1.5:4.3)，搅拌5h后获得黄色溶液。实施例3如实施例1所述，不同的是：步骤(1)中将1mol八水氧氯化锆和1mol六水氯化钇溶解在2000g无水甲醇中，完全溶解后分别依次加入300g乙酰丙酮和607g三乙胺(八水氧氯化锆:乙酰丙酮:三乙胺的摩尔比为1:3:6)，搅拌5h后获得黄色溶液。实施例3如实施例1所述，不同的是：步骤(3)所述，用4000本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锆‑钇聚合物前驱体制备锆酸钇纳米纤维的方法，包括步骤如下：以锆‑钇乙酰丙酮聚合物(PAY‑Z)为前驱体、无水乙醇为溶剂、聚氧化乙烯(PEO)为纺丝助剂，配置纺丝液；纺丝液进行静电纺丝，得到PAY‑Z前驱体纤维；PAY‑Z前驱体纤维经过热处理获得锆酸钇纳米纤维。

【技术特征摘要】
1.一种锆-钇聚合物前驱体制备锆酸钇纳米纤维的方法，包括步骤如下：以锆-钇乙酰丙酮聚合物(PAY-Z)为前驱体、无水乙醇为溶剂、聚氧化乙烯(PEO)为纺丝助剂，配置纺丝液；纺丝液进行静电纺丝，得到PAY-Z前驱体纤维；PAY-Z前驱体纤维经过热处理获得锆酸钇纳米纤维。2.根据权利要求1所述的锆-钇聚合物前驱体制备锆酸钇纳米纤维的方法，其特征在于，PAY-Z、无水乙醇、PEO的质量比为：50～170:200～700:0.5～2。3.根据权利要求2所述的锆-钇聚合物前驱体制备锆酸钇纳米纤维的方法，其特征在于，PAY-Z、无水乙醇、PEO的质量比为：60～150:250～625:0.5～1.5。4.根据权利要求1所述的锆-钇聚合物前驱体制备锆酸钇纳米纤维的方法，其特征在于，静电纺丝的条件为：纺丝液在湿度为20％～65％的环境中静电纺丝，纺丝电压为10～25KV，针头到接收屏的距离为10～30cm，推进泵推进速度为0.008～0.04mL/min。5.根据权利要求4所述的锆-钇聚合物前驱体制备锆酸钇纳米纤维的方法，其特征在于，纺丝环境湿度为：35％～60％。6.根据权利要求1所述的锆-钇聚合物前驱体制备锆酸钇纳米纤维的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱陆益，谢永帅，汪林，王新强，张光辉，许东，彭影，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37