一種制備氧化鉻納米材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氧化鉻納米材料的制備方法，屬于無機(jī)材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]納米材料以其特殊的性能和廣闊的發(fā)展前景引起眾多科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。氧化鉻是一種用途十分廣泛的無機(jī)功能材料，而氧化鉻納米材料由于具有熔點(diǎn)高(2435°C )，硬度大，高溫抗氧化性好，摩擦系數(shù)小，弱磁性等一系列特殊的性能用途而被廣泛研究。例如:氧化鉻因具有穩(wěn)定的晶型和較高的熔點(diǎn)可被廣泛用作耐火材料和陶瓷涂層，它也可用作無機(jī)顏料、磁性材料或磁記錄材料等的研磨劑、速燃催化劑、光催化材料應(yīng)用于石油化工、機(jī)械、電子和化學(xué)等領(lǐng)域。目前，制備氧化鉻納米材料的方法主要采用液相法，它包括微乳液法、超臨界流體脫溶法(SAS)、輻射化學(xué)合成法、沉淀法、水熱法等。其中沉淀法是液相化學(xué)反應(yīng)合成金屬氧化物納米粉末最普通的方法。它是指在溶液狀態(tài)下將不同化學(xué)成分的物質(zhì)混合后，在混合液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯┲苽淝膀?qū)體沉淀物，再將沉淀物進(jìn)行干燥或煅燒，從而制得相應(yīng)的納米氧化物粉體。該方法制備的粉體粒徑分布均勻、粒徑小并可得到多組份粉體、生產(chǎn)成本低、原料易得、純度高。但該方法工藝復(fù)雜，能耗較高。李素平等以Cr(N03)3.9H20為原料，以氨水為沉淀劑，以聚乙二醇(PEG-1000)為分散劑，采用沉淀法制備了粒徑為20-50nm的納米氧化鉻顆粒。但這種方法工藝復(fù)雜，需要加入沉淀劑、調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值等，需要控制的參數(shù)比較多，工藝復(fù)雜，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種制備氧化鉻納米材料的方法，以去離子水為溶劑，九水合硝酸鉻或六水合氯化鉻為鉻源，采用溶膠凝膠法制備氧化鉻前驅(qū)體，然后對氧化鉻前驅(qū)體進(jìn)行焙燒得到氧化鉻納米材料。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種制備氧化鉻納米材料的方法，包括以下步驟:
[0006]1、混合液的調(diào)配
[0007]在水中加入鉻鹽，攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液，再加入配位體和表面活性劑，繼續(xù)磁力攪拌至溶液完全變?yōu)槌吻澹?br>[0008]2、前驅(qū)體的制備
[0009]將混合溶液放入恒溫水浴鍋中加熱，然后放入干燥箱內(nèi)直至得到干凝膠；
[0010]3、前驅(qū)體的焙燒
[0011 ] 將干凝膠放于馬弗爐內(nèi)焙燒得到氧化鉻納米粉體。
[0012]步驟1中所述的鉻鹽為Cr (N03) 3.9H20或CrCl3.6H20中的任意一種，鉻鹽溶液的摩爾濃度為0.04-0.15mol/L0
[0013]步驟1中所述的配位體為檸檬酸、葡萄糖、EDTA、抗壞血酸或乳酸中的任意一種，鉻鹽與配位體的摩爾比為1:1-1:3。
[0014]步驟1中所述的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮(K-30)，鉻鹽與聚乙烯吡咯烷酮的摩爾比為1:1-1:5。
[0015]步驟2中所述的恒溫水浴溫度為80°C，水浴加熱時(shí)間為2小時(shí)；干燥箱中的溫度為150°C，干燥時(shí)間為24小時(shí)。
[0016]步驟3中所述的焙燒溫度為500-800°C，焙燒時(shí)間為2_3小時(shí)。
[0017]與現(xiàn)有的方法相比，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:
[0018]1.本發(fā)明的原料廉價(jià)易得、無毒害、不需要還原劑和沉淀劑，制備的氧化鉻納米材料純度高，分散性好，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。
[0019]2.本方法成本低，生產(chǎn)工藝簡單，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，整個(gè)工藝不產(chǎn)生含鉻廢棄物，是一種對環(huán)境清潔友好的制備氧化鉻納米材料的方法。本發(fā)明制備的氧化鉻納米材料可以用于氫氣吸收以及儲存、高密度氧化鉻材料、光學(xué)材料、功能涂料等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中氧化鉻納米材料的TEM圖。
[0021 ]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中氧化鉻納米材料的XRD圖。
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中氧化鉻納米材料的XRD圖。
[0023]圖4為本發(fā)明實(shí)施例3中氧化鉻納米材料的XRD圖。
[0024]圖5為本發(fā)明實(shí)施例4中氧化鉻納米材料的XRD圖。
[0025]圖6為本發(fā)明實(shí)施例5中氧化鉻納米材料的XRD圖。
[0026]圖7為本發(fā)明實(shí)施例6中氧化鉻納米材料的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)例和附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]實(shí)施例1:將1.077g CrCl3.6Η20溶解在100mL的去離子水中，然后稱取2.534g檸檬酸和2.220g聚乙烯吡咯烷酮加入氯化鉻溶液中，磁力攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液。將混合溶液放入80°C恒溫水浴鍋中加熱2小時(shí)，然后放入干燥箱內(nèi)，150°C恒溫干燥24小時(shí)得到干凝膠。最后將干凝膠放于馬弗爐中高溫焙燒3小時(shí)，焙燒溫度為500°C，得到氧化鉻納米粉體。圖1為樣品的TEM圖，從圖中可以看出氧化鉻納米粒子的大小為10nm左右，且不團(tuán)聚，分散性良好。圖2為樣品的X射線衍射圖，從圖1可以看出衍射角在33.6、36.2、41.5、50.2、54.9、63.5和65.1。出現(xiàn)了上出現(xiàn)7個(gè)很明顯的衍射峰，經(jīng)過jade軟件分析可知，這些衍射角分別對應(yīng) Cr203 的(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(214)和(300)晶面，表明產(chǎn)物為氧化鉻納米晶。
[0029]實(shí)施例2:將2.424g Cr (Ν03) 3.9Η20溶解在lOOmL的去離子水中，然后稱取3.802g檸檬酸和2.664g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸鉻溶液中，磁力攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液。將混合溶液放入80V恒溫水浴鍋中加熱2小時(shí)，然后放入干燥箱內(nèi)，150°C恒溫干燥24小時(shí)得到干凝膠。最后將干凝膠放于馬弗爐中高溫焙燒2小時(shí)，焙燒溫度為600°C，得到氧化鉻納米粉體。圖3為樣品的X射線衍射圖，同樣經(jīng)過分析可知產(chǎn)物為Cr203納米晶。
[0030]實(shí)施例3:將3.234g Cr (Ν03) 3.9Η20溶解在lOOmL的去離子水中，然后稱取3.171g葡萄糖和3.552g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸鉻溶液中，磁力攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液。將混合溶液放入80V恒溫水浴鍋中加熱2小時(shí)，然后放入干燥箱內(nèi)，150°C恒溫干燥24小時(shí)得到干凝膠。最后將干凝膠放于馬弗爐中高溫焙燒2小時(shí)，焙燒溫度為700°C，得到氧化鉻納米粉體。圖4為樣品的X射線衍射圖，同樣經(jīng)過分析可知產(chǎn)物為Cr203納米晶。
[0031 ] 實(shí)施例4:將4.043g Cr (N03) 3.9H20溶解在lOOmL的去離子水中，然后稱取2.935gEDTA和3.330g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸鉻溶液中，磁力攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液。將混合溶液放入80V恒溫水浴鍋中加熱2小時(shí)，然后放入干燥箱內(nèi)，150°C恒溫干燥24小時(shí)得到干凝膠。最后將干凝膠放于馬弗爐中高溫焙燒3小時(shí)，焙燒溫度為800°C，得到氧化鉻納米粉體。圖5為樣品的X射線衍射圖，同樣經(jīng)過分析可知產(chǎn)物為Cr203納米晶。
[0032]實(shí)施例5:將4.851g Cr (Ν03) 3.9Η20溶解在lOOmL的去離子水中，然后稱取2.120g抗壞血酸和2.664g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸鉻溶液中，磁力攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液。將混合溶液放入80°C恒溫水浴鍋中加熱2小時(shí)，然后放入干燥箱內(nèi)，150°C恒溫干燥24小時(shí)得到干凝膠。最后將干凝膠放于馬弗爐中高溫焙燒3小時(shí)，焙燒溫度為600°C，得到氧化鉻納米粉體。圖6為樣品的X射線衍射圖，同樣經(jīng)過分析可知產(chǎn)物為Cr203納米晶。
[0033]實(shí)施例6:將6.064g Cr (Ν03) 3.9Η20溶解在100mL的去離子水中，然后稱取1.365g乳酸和1.665g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸鉻溶液中，磁力攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液。將混合溶液放入80恒。C溫水浴鍋中加熱2小時(shí)，然后放入干燥箱內(nèi)，150°C恒溫干燥24小時(shí)得到干凝膠。最后將干凝膠放于馬弗爐中高溫焙燒2小時(shí)，焙燒溫度為500°C，得到氧化鉻納米粉體。圖7為樣品的X射線衍射圖，同樣經(jīng)過分析可知產(chǎn)物為Cr203納米晶。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備氧化鉻納米材料的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、混合液的調(diào)配 在水中加入鉻鹽，攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液，再加入配位體和表面活性劑，繼續(xù)磁力攪拌至溶液完全變?yōu)槌吻澹? 步驟2、前驅(qū)體的制備 將混合溶液放入恒溫水浴鍋中加熱，然后放入干燥箱內(nèi)直至得到干凝膠； 步驟3、前驅(qū)體的焙燒 將干凝膠放于馬弗爐內(nèi)焙燒得到氧化鉻納米粉體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鉻納米材料的方法，其特征在于，步驟I中所述的鉻鹽為Cr(NO3)3.9H20或CrCl3.6H20中的任意一種，鉻鹽溶液的摩爾濃度為0.04-0.15mol/L03.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鉻納米材料的方法，其特征在于，步驟I中所述的配位體為檸檬酸、葡萄糖、EDTA、抗壞血酸或乳酸中的任意一種，鉻鹽與配位體的摩爾比為4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鉻納米材料的方法，其特征在于，步驟I中所述的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮，鉻鹽與聚乙烯吡咯烷酮的摩爾比為1:1-1: 5。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鉻納米材料的方法，其特征在于，步驟2中所述的恒溫水浴溫度為80°C，水浴加熱時(shí)間為2小時(shí)；干燥箱中的溫度為150°C，干燥時(shí)間為24小時(shí)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備氧化鉻納米材料的方法，其特征在于，步驟3中所述的焙燒溫度為500-800°C，焙燒時(shí)間為2-3小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備氧化鉻納米材料的方法。采用溶膠凝膠法，以Cr(NO3)3·9H2O或CrCl3·6H2O為鉻源，配位體選用檸檬酸、葡萄糖、EDTA、抗壞血酸或乳酸，將鉻鹽和配位體分別加入到去離子水中，攪拌加入表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮（K-30），磁力攪拌至完全溶解得到淡綠色澄清溶液。再經(jīng)過干燥和焙燒即可制得氧化鉻納米材料。本方法成本低，生產(chǎn)工藝簡單，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，整個(gè)工藝部產(chǎn)生含鉻廢棄物，是一種對環(huán)境清潔友好的制備氧化鉻納米材料的方法。本發(fā)明制備的氧化鉻納米材料可以用于氫氣吸收以及儲存、高密度氧化鉻材料、光學(xué)材料、功能涂料等領(lǐng)域。
【IPC分類】C01G37/02
【公開號】CN105329944
【申請?zhí)枴緾N201410398500
【發(fā)明人】李平云, 張朋, 姜煒, 李鳳生, 劉宏英, 郭效德, 鄧國棟, 顧志明, 王玉姣
【申請人】南京理工大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2014年8月13日