[發明專利]一種高純納米氧化鋯粉體的制備方法

無效

• 申請號: 200710067823.6
• 申請日: 2007-04-03
• 公開（公告）號: CN101049965A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發明（設計）人: 王敏;李竹赟
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01G25/02
• 分類號: C01G25/02;B82B3/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司
• 代理人: 盛輝地

技術領域

本發明涉及一種高純度納米氧化鋯材料的制備方法，特別是涉及以氯氧化鋯為原料，采用溶膠-凝膠法制備高純納米氧化鋯。

背景技術

氧化鋯具有優良的物理化學穩定性，在高溫狀態下又具備固體電解質的特性，同時由于其分子結構的特殊性，從而具備一定的催化作用，因而在材料改性、敏感元件修飾、傳感器制備以及燃料電池等方面具有廣泛的用途。而氧化鋯微粉因兼有高比表面積、穩定性好的特點，使得其表現出良好的應用前景。目前，納米氧化鋯的制備方法主要有氣相法和液相法，氣相法以氯化鋯或醇鋯為原料，經過高溫水解或熱解而制得納米氧化鋯。這類方法具有產品分散性好、粒徑分布窄等優點，但存在設備復雜、投資大等缺點。液相法主要有沉淀法、溶膠-凝膠法，水熱法和醇鹽水解法等，由于醇鹽成本高，因此主要開發以廉價的氯氧化鋯為原料、以堿(氨水或強堿)為中和沉淀劑，制得氫氧化鋯凝膠，經洗滌除去雜質，再經表面活性劑分散處理，在高溫下灼燒脫水制得納米氧化鋯。這些方法存在的缺點是：(1)設備復雜，制備工藝復雜、耗時長、能耗高、成本高；(2)以氨水作為沉淀劑，或過程中引入其他復雜有機試劑如脲等(中國專利CN151902)，在制備過程中會造成氨氣污染；(3)引入的強堿陽離子(Na⁺，K⁺)(中國專利CN116875)很難清洗干凈，使清洗步驟變得繁瑣，并可能會影響納米氧化鋯的純度。

發明內容

本發明目的在于克服上述缺點，提供一種工藝簡單、投資少、能耗低，綠色環保的高純納米氧化鋯的制備方法。

本發明提供高純納米氧化鋯材料制備方法，以氯氧化鋯(ZrOCl₂·8H₂O)為原料，草酸(H₂C₂O₄·2H₂O)為沉淀劑，采用溶膠-凝膠法制備高純納米氧化鋯(ZrO₂)，制備步驟如下：

1)以濃度為0.5～0.8mol/L氯氧化鋯ZrOCl₂·8H₂O溶液作為母液，用HCl調節其pH值為4，加入質量百分比濃度為1～2％的PEG8000作為表面活性劑；

2)再配制濃度為0.4～0.5mol/L的H₂C₂O₄·2H₂O溶液，在不斷攪拌的過程中緩慢將與上述ZrOCl₂·8H₂O等摩爾量的H₂C₂O₄·2H₂O溶液滴入母液，得到透明溶膠；

3)攪拌陳化30分鐘，再繼續滴加占母液中ZrOCl₂·8H₂O摩爾量3％～5％的上述H₂C₂O₄·2H₂O，使溶膠逐漸轉變為透明凝膠狀，進而聚沉為乳白色不透明懸濁液；

4)離心得沉淀ZrOC₂O₄·2H₂O，用去離子水洗滌數次，無水乙醇超聲分散，電爐烘干，研缽研磨成細粉；

5)在600℃下對上述前驅物置于馬弗爐中煅燒2小時，得到納米氧化鋯。

上述步驟1)ZrOCl₂·8H₂O較佳的濃度為0.75mol/L，H₂C₂O₄·2H₂O較佳的濃度為0.4mol/L，表面活性劑PEG8000較佳的濃度為2％。

上述步驟3)攪拌陳化時間0.5小時，滴加過量的草酸，較佳的重量百分比濃度為4％，滴加過量H₂C₂O₄·2H₂O，使前驅體容易洗滌和脫水，以洗去過程中產生的HCl，避免在后續干燥過程中使HCl被揮發而產生環境污染。

上述步驟4)中電爐烘干的溫度100～200℃，時間約5分鐘。在研缽中研磨經過干燥的沉淀，有助于避免粉體在煅燒過程中的凝聚。

本發明的機理可以用一下反應方程式進行說明：

在步驟2)中，氯氧化鋯與草酸發生如下化學反應：