專(zhuān)利名稱(chēng)：高純納米氧化鋯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種高純納米氧化鋯的制備方法，屬于高純納米氧化鋯的制備方法的創(chuàng)新技術(shù)。
背景技術(shù)：
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ZrCl4或Zr(OR)4(醇鹽)為原料，經(jīng)高溫水解或熱解而制得納米氧化鋯。這種方法具有產(chǎn)品分散性好、粒徑分布窄等的優(yōu)點(diǎn)，但存在原始物料ZrCl4或Zr(OR)4制備和儲(chǔ)存難、設(shè)備復(fù)雜、操作技術(shù)要求高、投資大、生產(chǎn)率低等缺點(diǎn)。故目前多采用液相法進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，液相法主要有沉淀法、溶膠--凝膠法、水熱法和醇鹽水解法，由于醇鹽水解法耗醇量大，且增加醇鹽等前驅(qū)體的制備及設(shè)備，存在生產(chǎn)率低、安全性差、投資大、成本高等缺點(diǎn)，因此業(yè)內(nèi)人士主要開(kāi)發(fā)研究沉淀法、溶膠--凝膠法、水熱法，這幾種方法均以價(jià)廉易得的氯氧化鋯為原料，以氨或強(qiáng)堿(NaOH或KOH)為中和沉淀劑、按化學(xué)計(jì)量配成溶液后制備前驅(qū)體氫氧化鋯凝膠，經(jīng)過(guò)濾洗滌除去NH4Cl或NaCl(KCl)后，再經(jīng)無(wú)水乙醇或其他高分子表面活性劑處理后，在一定溫度下焙解或水熱脫水而得納米氧化鋯。這幾種方法存在如下缺點(diǎn)1)均須制備前驅(qū)體溶液和氫氧化鋯凝膠，工藝冗長(zhǎng)，投資大、能耗高；2)以氨或強(qiáng)堿中和沉淀及氫氧化鋯凝膠的過(guò)濾洗滌過(guò)程會(huì)造成氨氣污染環(huán)境；3)氫氧化鋯凝膠的表面性質(zhì)決定了反應(yīng)產(chǎn)物中的NH4Cl或NaCl(KCl)難于洗滌干凈，給后續(xù)工序帶來(lái)許多麻煩；4)對(duì)沉淀法和溶膠--凝膠法，氫氧化鋯凝膠的含水率高達(dá)90％以上，焙解能耗高，設(shè)備生產(chǎn)率低；對(duì)水熱法，存在釜體材料和水熱脫水后產(chǎn)物固液分離的合適材料與過(guò)濾介質(zhì)問(wèn)題；5)水熱法反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的廢氣和廢水所含有價(jià)成份濃度不高，難于回收處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點(diǎn)而提供一種在無(wú)須制備任何前驅(qū)體的條件下，采用水熱—電絮凝法制備高純納米氧化鋯的方法，本發(fā)明不僅工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，能耗低，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)成本低；而且產(chǎn)品質(zhì)量高，粒度可控，且不污染環(huán)境。本發(fā)明是一種社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益均顯著的高純納米氧化鋯的制備方法。
本發(fā)明高純納米氧化鋯的制備方法，包括有如下步驟1)將氯氧化鋯、脲和水直接加入反應(yīng)釜；2)在攪拌條件下加熱，并經(jīng)保溫后使其自動(dòng)電絮凝；3)將絮凝體過(guò)濾、洗滌除去NH4Cl；4)將洗滌后濾餅進(jìn)行干燥得高純納米氧化鋯ZrO2。
上述脲的加入量為使Zr轉(zhuǎn)化為ZrO(OH)2所需理論量至過(guò)量1～8％，水的加入量為使Zr的濃度為1～4mol/L。
上述步驟2)的反應(yīng)過(guò)程控制反應(yīng)釜內(nèi)的壓力為2.0～5.0Mpa，控制加熱溫度為190～250℃，控制保溫時(shí)間為1～4小時(shí)。
上述步驟4)的干燥溫度為100～300℃。
本發(fā)明由于在無(wú)須制備任何前驅(qū)體的條件下，采用水熱—電絮凝法制備高純納米氧化鋯的方法，因此，其具有如下優(yōu)點(diǎn)1)無(wú)須制備前驅(qū)體溶液和氫氧化鋯凝膠，使工藝流程縮短約40％，設(shè)備投資減少35％，能耗降低60％以上；2)可實(shí)現(xiàn)物理化學(xué)過(guò)程可控，并使設(shè)備生產(chǎn)率提高4倍，生產(chǎn)成本降低80％以上；3)解決了固液分離與過(guò)濾介質(zhì)問(wèn)題，為產(chǎn)品高純化創(chuàng)造了條件；4)使反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的廢氣和廢水所含的有價(jià)成份得到資源化利用，基本實(shí)現(xiàn)無(wú)廢排放。
本發(fā)明不僅工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，能耗低，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)成本低；而且產(chǎn)品純度達(dá)到99.9％以上，平均粒徑為8～15nm，比表面積為80～140m2/g，其粒度可控，且不污染環(huán)境。是一種社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益均顯著的高純納米氧化鋯的制備方法。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明高純納米氧化鋯的制備方法，包括有如下步驟1)將氯氧化鋯、脲和水直接加入反應(yīng)釜；2)在攪拌條件下加熱，并經(jīng)保溫后使其自動(dòng)電絮凝；3)將絮凝體過(guò)濾、洗滌除去NH4Cl；4)將洗滌后濾餅進(jìn)行干燥得高純納米氧化鋯ZrO2。
上述脲的加入量為使Zr轉(zhuǎn)化為ZrO(OH)2所需理論量至過(guò)量1～8％，水的加入量為使Zr的濃度為1～4mol/L。
上述步驟2)的反應(yīng)過(guò)程控制反應(yīng)釜內(nèi)的壓力為2.0～5.0Mpa，控制加熱溫度為190～250℃，控制保溫時(shí)間為1～4小時(shí)。
上述步驟4)的干燥溫度為100～300℃。
上述步驟2)在反應(yīng)釜的加熱升溫過(guò)程中，氯氧化鋯(ZrOCl2.8H2O)和脲[(NH2)2CO]溶解并形成均相溶液，由于脲的分解速度隨溫度的升高而加快，通過(guò)升溫速度的控制使鋯與脲的分解產(chǎn)物在均相的溶液中相互作用而生成氫氧化鋯溶膠，并不斷向凝膠轉(zhuǎn)化，避免了由外部向溶液中加入氨或堿的局部不均勻性和對(duì)環(huán)境的污染，其過(guò)程可用下面的總反應(yīng)式表示
在反應(yīng)過(guò)程中，由于CO2的析出而使釜中壓力升高，而氣體壓縮和形成凝膠的放熱過(guò)程則使釜中溫度上升，促進(jìn)了氫氧化鋯凝膠的脫水、成核和晶化，使其過(guò)程具有自動(dòng)催化的作用，因此，本發(fā)明的制備方法具有產(chǎn)品質(zhì)量高，粒度分布窄，晶體顆粒大小和形貌可控，能耗和成本低，設(shè)備生產(chǎn)率高，且不污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。下面是本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例實(shí)施例1將氯氧化鋯1.2Kg、脲0.22Kg和水0.5Kg直接加入反應(yīng)釜，在攪拌條件下加熱，控制反應(yīng)釜內(nèi)的壓力為2.2Mpa，控制加熱溫度為190℃，反應(yīng)4小時(shí)，待反應(yīng)產(chǎn)物電絮凝后，在真空抽濾條件下將絮凝體過(guò)濾、洗滌除去NH4Cl，將洗滌后的濾餅在150℃下進(jìn)行干燥至恒重，獲得含ZrO2為99.93％，平均粒徑為14.4nm，比表面積為86.9m2/g的ZrO2粉體434.2g，ZrO2實(shí)收率為98.8％。
實(shí)施例2將氯氧化鋯1.2Kg、脲0.215Kg和水0.7Kg直接加入反應(yīng)釜，在攪拌條件下加熱，控制反應(yīng)釜內(nèi)的壓力為3.5Mpa，控制加熱溫度為220℃，反應(yīng)2.5小時(shí)，待反應(yīng)產(chǎn)物電絮凝后，在真空抽濾條件下將絮凝體過(guò)濾、洗滌除去NH4Cl，將洗滌后的濾餅在200℃下進(jìn)行干燥至恒重，獲得含ZrO2為99.94％，平均粒徑為12.7nm，比表面積為127.5m2/g的ZrO2粉體435.0g，ZrO2實(shí)收率為99.0％。
實(shí)施例3將氯氧化鋯1.2Kg、脲0.23Kg和水1.5Kg直接加入反應(yīng)釜，在攪拌條件下加熱，控制反應(yīng)釜內(nèi)的壓力為4.5Mpa，控制加熱溫度為250℃，反應(yīng)1小時(shí)，待反應(yīng)產(chǎn)物電絮凝后，在真空抽濾條件下將絮凝體過(guò)濾、洗滌除去NH4Cl，將洗滌后的濾餅在300℃下進(jìn)行干燥至恒重，獲得含ZrO2為99.93％，平均粒徑為8.7nm，比表面積為137.50m2/g的ZrO2粉體432.5g，ZrO2實(shí)收率為98.5％。
權(quán)利要求
1.一種高純納米氧化鋯的制備方法，其特征在于包括有如下步驟1)將氯氧化鋯、脲和水直接加入反應(yīng)釜；2)在攪拌條件下加熱，并經(jīng)保溫后使其自動(dòng)電絮凝；3)將絮凝體過(guò)濾、洗滌除去NH4Cl；4)將洗滌后濾餅進(jìn)行干燥得高純納米氧化鋯ZrO2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純納米氧化鋯的制備方法，其特征在于上述脲的加入量為使Zr轉(zhuǎn)化為ZrO(OH)2所需理論量至過(guò)量1～8％，水的加入量為使Zr的濃度為1～4mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純納米氧化鋯的制備方法，其特征在于上述步驟2)的反應(yīng)過(guò)程控制反應(yīng)釜內(nèi)的壓力為2.0～5.0Mpa，控制加熱溫度為190～250℃，控制保溫時(shí)間為1～4小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純納米氧化鋯的制備方法，其特征在于上述步驟4)的干燥溫度為100～300℃。
全文摘要
本發(fā)明是一種高純納米氧化鋯的制備方法。包括有如下步驟1)將氯氧化鋯、脲和水直接加入反應(yīng)釜；2)在攪拌條件下加熱，并經(jīng)保溫后使其自動(dòng)電絮凝；3)將絮凝體過(guò)濾、洗滌除去NH
文檔編號(hào)C01G25/02GK1519201SQ0311363
公開(kāi)日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2003年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月22日
發(fā)明者鄭文裕 申請(qǐng)人:鄭文裕, 廣東東方鋯業(yè)科技股份有限公司