專(zhuān)利名稱(chēng)：采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法。
背景技術(shù)：
鋯酸鋇(化學(xué)式BaZrO3)是一種具有鈣鈦礦(ABO3)結(jié)構(gòu)的材料，具有寬的帶隙、高的介電常數(shù)、高的擊穿強(qiáng)度、低的漏電流密度、優(yōu)異的化學(xué)與機(jī)械穩(wěn)定性等，被廣泛用于燃料電池、氫氣氣敏傳感器、高柵介質(zhì)材料、蒸汽電解、熱障涂層等。因此，對(duì)鋯酸鋇的研究越來(lái)越受到人們的重視。傳統(tǒng)合成鋯酸鋇的方法是固相燒結(jié)法，這種方法制備的粉體通常具有粒徑大、分布不均勻和強(qiáng)團(tuán)聚等缺點(diǎn)。為了克服這此缺點(diǎn)，“軟化學(xué)”方法合成鋯酸鋇越來(lái)越受到人們的重視。相對(duì)于固相反應(yīng)法，“軟化學(xué)”方法，如溶膠一凝膠、共沉淀、熱分解等方法，雖然在組分控制上具有明顯優(yōu)勢(shì)，在合成溫度上有所降低，但仍需要高溫處理過(guò)程才能得到結(jié)晶性良好的鋯酸鋇粉體，而高溫處理過(guò)程勢(shì)必造成顆粒的粗化和團(tuán)聚，不利于陶瓷制備。水熱法可以在較低的溫度下制備結(jié)晶性和分散性較好的鋯酸鋇粉體，專(zhuān)利文獻(xiàn)CN 101319383 B公開(kāi)了一種采用溶劑熱合成納米鋯酸鋇的方法，方法先向氧氯化鋯水溶液中加入氨水形成羥基氧化物沉淀，再將該沉淀液加入到乙酸鋇的有機(jī)胺溶液中，在0. 5 I. Omol/L的氫氧化鉀存在下，在150 230°C下保溫2 24小時(shí)，制備出粒徑為15 25nm的鋯酸鋇納米粉體，但該方法反應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，使用有機(jī)胺容也易產(chǎn)生具有刺激性的氨，從而對(duì)操作人員造成身體傷害，采用有機(jī)胺做溶劑時(shí)還會(huì)造成后期納米粉體的分離、洗滌困難，同時(shí)也會(huì)造成水污染問(wèn)題。微波水熱法是近幾年才在國(guó)際上展開(kāi)研究的一種納米粉體制備新方法，在控制粉體尺寸、形貌以及分散性等方面顯示出巨大優(yōu)勢(shì)。與常規(guī)水熱方法相比，微波加速了反應(yīng)過(guò)程，使得反應(yīng)時(shí)間縮短，能夠制備出結(jié)晶完好、粒徑分布均勻的納米粉體，并且此方法操作簡(jiǎn)單，成本低廉。近年來(lái)美國(guó)Pennsylvania大學(xué)采用微波水熱法制備了一些陶瓷和金屬粉體,對(duì)微波水熱合成研究工藝進(jìn)行了初步研究。國(guó)內(nèi)也開(kāi)始了采用微波水熱法合成粉體材料的研究，但是鋯酸鋇納米材料的微波水熱合成研究至今未見(jiàn)系統(tǒng)報(bào)道。因此本發(fā)明提供一種鋯酸鋇納米粉體的微波水熱合成方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、污染大的問(wèn)題，提供一種采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法，包括如下步驟
(I)將水溶性鋯鹽和水溶性鋇鹽分別溶于水中，得到含鋯離子的溶液和含鋇離子的溶液；
(2)再按鋯離子與鋇離子的摩爾比為I:1，將含鋯離子的溶液與含鋇離子的溶液混合；
(3)向步驟(2)所得的混合液中加入表面活性劑，使混合液中表面活性劑的濃度為5 200mmol/L,然后加入堿，直至有沉淀形成，得到前驅(qū)體漿料；
(4)把前驅(qū)體漿料置于反應(yīng)釜中，進(jìn)行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為150 200°C，微波功率為500 800W，反應(yīng)0. 5 4h，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分離、干燥得到鋯酸鋇納米粉體。進(jìn)一步，所述水溶性鋯鹽為四氯化鋯、硝酸鋯和醋酸鋯中的至少一種。進(jìn)一步，所述水溶性鋇鹽為氯化鋇、硝酸鋇和醋酸鋇中的至少一種。進(jìn)一步,所述表面活性劑為十TK燒基二甲基漠化按、十_■燒基橫酸納和十_■燒基苯磺酸鈉中的至少一種。進(jìn)一步,所述堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。有益效果
(I)采用本發(fā)明方法制得的鋯酸鋇納米粉體結(jié)晶完好、顆粒大小均勻，分布范圍窄。(2)采用微波加熱比常規(guī)水熱法的加熱更快，更安全，容易控制，反應(yīng)時(shí)間也只需
0.5 4小時(shí)，合成的鋯酸鋇納米粉體無(wú)需高溫煅燒，節(jié)約了能量消耗。(3)采用微波水熱法時(shí)，微波能對(duì)反應(yīng)液起到振蕩作用，有效地促進(jìn)反應(yīng)和提高納米粉體晶粒品質(zhì)，減少了納米粒子的團(tuán)聚。(4)本發(fā)明無(wú)需使用難處理的有機(jī)溶劑，對(duì)操作人員無(wú)危害，產(chǎn)物容易分離，污染少。


圖I是采用本發(fā)明方法制得的鋯酸鋇納米粉體的X-射線(xiàn)衍射圖譜(XRD)。圖2是采用本發(fā)明方法制得的鋯酸鋇納米粉體的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖(FESEM)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例I
1)稱(chēng)取3.2320g ZrCl4 5H20溶于IOOml去離子水中形成0. lmol/L ZrCl4溶液；
2)稱(chēng)取2.4425g BaCl2 2H20溶于IOOml去離子水中形成0. lmol/L BaCl2溶液；
3)分別量取40ml的0.lmol/L ZrCl4溶液和0. lmol/L BaCl2溶液混和，并加入2. 9156g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，攪拌使其溶解；
4)稱(chēng)取6.OOOOg NaOH攪拌狀態(tài)下加入步驟3)的混和溶液中，有沉淀形成，得到前驅(qū)體漿料；
5)把前驅(qū)體漿料裝入有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜進(jìn)行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)釜的填充度為80%，反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)時(shí)間為2h，微波功率為600W，將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用去離子水和無(wú)水乙醇充分洗滌、過(guò)濾，然后放入烘箱在120°C下干燥2h，所得為粒徑200nm鋯酸鋇納米粉體。所得鋯酸鋇納米粉體的XRD譜圖(見(jiàn)圖I)與標(biāo)準(zhǔn)圖譜一致，F(xiàn)ESEM表征(見(jiàn)圖2)說(shuō)明所得的粉體大小均勻，顆粒直徑范圍分布窄。
實(shí)施例2
1)稱(chēng)取3.2320g ZrCl4 5H20溶于50ml去離子水中形成0. 2mol/L ZrCl4溶液；
2)稱(chēng)取2.4425g BaCl2 2H20溶于50ml去離子水中形成0. 2mol/L BaCl2溶液；
3)分別量取40ml的0.2mol/L ZrCl4溶液和0. 2mol/LBaCl2溶液混和，并加入4. 3734g的CTAB，攪拌使其溶解；
4)稱(chēng)取6.OOOOg NaOH攪拌狀態(tài)下加入步驟3)的混和溶液中，有沉淀形成，得到前驅(qū)體漿料；
5)把前驅(qū)體漿料裝入有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜進(jìn)行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)釜的填充度為80%，反應(yīng)溫度為150°C，反應(yīng)時(shí)間為3h，微波功率為600W，將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用 去離子水和無(wú)水乙醇充分洗滌、過(guò)濾，然后放入烘箱在100°C下干燥4h，所得為粒徑150nm鋯酸鋇納米粉體。實(shí)施例3
1)稱(chēng)取3.2320g ZrCl4 5H20溶于IOOml去離子水中形成0. lmol/L ZrCl4溶液；
2)稱(chēng)取2.4425g BaCl2 2H20溶于IOOml去離子水中形成0. lmol/L BaCl2溶液；
3)分別量取40ml的0.lmol/L ZrCl4溶液和0. lmol/LBaCl2溶液混和，并加入I. 4578gCTAB，攪拌使其溶解；
4)稱(chēng)取6.OOOOg NaOH攪拌狀態(tài)下加入步驟3)的混和溶液中，有沉淀形成，得到前驅(qū)體漿料；
5)把前驅(qū)體漿料裝入有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜進(jìn)行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)釜的填充度為80%，反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)時(shí)間為3h，微波功率為500W，將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用去離子水和無(wú)水乙醇充分洗滌、過(guò)濾，然后放入烘箱在100°C下干燥4h，所得為粒徑ISOnm鋯酸鋇納米粉體。實(shí)施例4
1)稱(chēng)取3.2320g ZrCl4 5H20溶于IOOml去離子水中形成0. lmol/L ZrCl4溶液；
2)稱(chēng)取2.4425g BaCl2 2H20溶于IOOml去離子水中形成0. lmol/L BaCl2溶液；
3)分別量取40ml的0.lmol/L ZrCl4溶液和0. lmol/LBaCl2溶液混和，并加入4. 3734gCTAB，攪拌使其溶解；
4)稱(chēng)取4.0000g NaOH攪拌狀態(tài)下加入步驟3)的混和溶液中，有沉淀形成，得到前驅(qū)體漿料；
5)把前驅(qū)體漿料裝入有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜進(jìn)行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)釜的填充度為70%，反應(yīng)溫度為150°C，反應(yīng)時(shí)間為4h，微波功率為500W，將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用去離子水和無(wú)水乙醇充分洗滌、過(guò)濾，然后放入烘箱在150°C下干燥2h，所得為粒徑200nm鋯酸鋇納米粉體。實(shí)施例5
1)稱(chēng)取3.2320g ZrCl4 5H20溶于100ml去離子水中形成0. lmol/L ZrCl4溶液；
2)稱(chēng)取2.4425g BaCl2 2H20溶于100ml去離子水中形成0. lmol/L BaCl2溶液；
3)分別量取40ml的0.lmol/L ZrCl4溶液和0. lmol/L BaCl2溶液混和，并加入2. 7878g十二烷基苯磺酸鈉，攪拌使其溶解；
4)稱(chēng)取6.0000g NaOH攪拌狀態(tài)下加入步驟3)的混和溶液中，有沉淀形成，得到前驅(qū)體漿料；
5)把前驅(qū)體漿料裝入有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜 進(jìn)行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)釜的填充度為80%，反應(yīng)溫度為160°C，反應(yīng)時(shí)間為3h，微波功率為500W，將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用去離子水和無(wú)水乙醇充分洗滌、過(guò)濾，然后放入烘箱在120°C下干燥2h，所得為粒徑160nm鋯酸鋇納米粉體。
權(quán)利要求
1.采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)將水溶性鋯鹽和水溶性鋇鹽分別溶于水中，得到含鋯離子的溶液和含鋇離子的溶液； (2)再按鋯離子與鋇離子的摩爾比為I:1，將含鋯離子的溶液與含鋇離子的溶液混合； (3)向步驟(2)所得的混合液中加入表面活性劑，使混合液中表面活性劑的濃度為5 200mmol/L,然后加入堿，直至有沉淀形成，得到前驅(qū)體漿料； (4)把前驅(qū)體漿料置于反應(yīng)釜中，進(jìn)行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為150 200°C，微波功率為500 800W，反應(yīng)0. 5 4h，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分離、干燥得到鋯酸鋇納米粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法，其特征在于所述水溶性鋯鹽為四氯化鋯、硝酸鋯和醋酸鋯中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法，其特征在于所述水溶性鋇鹽為氯化鋇、硝酸鋇和醋酸鋇中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法，其特征在于所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基磺酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法，其特征在于所述堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法，該方法將含鋯離子的水溶液和含鋇離子的水溶液混合，加入堿直至產(chǎn)生沉淀，得到前驅(qū)體漿料，再將前驅(qū)體漿料在溫度為150～200℃，微波功率為500～800W，微波水熱反應(yīng)0.5～4h，產(chǎn)生經(jīng)分離、干燥得到鋯酸鋇納米粉體。本發(fā)明的方法具有反應(yīng)時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)物易分離，無(wú)需高溫煅燒，所得產(chǎn)物具有結(jié)晶完好、顆粒大小均勻，分布范圍窄等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102659417SQ201210130578
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者吳紀(jì)梁, 吳頔 申請(qǐng)人:無(wú)錫隆傲電子有限公司