一種高純均一型納米氧化鈰的製備方法與流程
2023-05-26 12:10:01
本發明涉及一種高純均一型納米氧化鈰的製備方法，屬於納米氧化鈰製備技術領域。
背景技術：
納米氧化鈰作為一種應用廣泛的稀土化合物，在矽橡膠耐熱添加劑、催化劑、光電材料、紫外屏蔽劑及陶瓷中得到了大量的應用。目前納米氧化鈰製備方法有溶膠凝膠法、化學沉澱法、水熱法等，溶膠凝膠法作為一種常用的合成超細粉體材料的方法，是利用金屬醇鹽在一定條件下發生水解或縮合聚合反應得到溶膠，然後經過陳化、乾燥等步驟製得凝膠前驅體，將前驅體在空氣或保護氣氛中熱處理以後成為固體氧化物。化學沉澱法是向金屬醇鹽中加入沉澱劑和抑制劑，用來控制反應的速率，避免過度的團聚，然後經過乾燥、焙燒等過程得到最終的產物。水熱法一是預先製備出CeO2的前驅體，可採用向硝酸鈰中滴加鹼性pH值調節劑的方法先得到沉澱，然後將沉澱放入高壓反應釜中進行晶化過程，得到納米尺寸範圍的CeO2顆粒；二是使用鈰鹽和酸性 pH 值調節劑共同組成反應溶液，控制反應溫度、時間及pH值，在高壓釜中反應以後得到CeO2納米顆粒。目前方法製備納米氧化鈰存在的問題：溶膠、凝膠過程所需時間較長，且凝膠中存在大量微孔,在乾燥過程中又將會溢出許多氣體及有機物，並發生收縮；在製備過程中粒子易團聚，顆粒分散性較差，粒徑大且分布不均勻，導致成品純度低；產物燒結性能差，產量較低。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題：針對目前方法製備納米氧化鈰製備過程中粒子易團聚，顆粒分散性較差，粒徑大且分布不均勻，導致成品純度低的弊端，提供了一種將中藥海燕洗淨晾乾、碾磨過篩後，與甲醛混合水浴加熱，過濾得濾液，與石油醚攪拌混合，靜置分層得下層水相，調節pH後透析得透析液，與乙酸乙酯混合靜置，過濾得濾餅，乾燥製得海燕皂苷，與蘋果酸等製得的混合酸溶液混合超聲振蕩得改性混酸溶液，加入碳酸鈰球磨製得的粉末等攪拌混合，過濾得濾餅，洗滌乾燥製得高純均一型納米氧化鈰的方法，有效解決了傳統方法製備過程中粒子易團聚，顆粒分散性較差，粒徑大且分布不均勻，導致成品純度低的問題。本發明提取海燕皂苷，通過提取的生物表面活性劑與混合酸復配，再與碳酸鈰複合沉澱是，通過預先加入分散劑，有效的防止納米氧化鈰顆粒發生團聚現象，從而製備一種粒徑均一，無團聚產生的納米氧化鈰，本發明製備步驟簡單，製備過程中粒子無團聚現象發生，顆粒分散性好，粒徑小且分布均勻，所得納米氧化鈰純度高。
為解決上述技術問題，本發明採用如下所述的技術方案是：
（1）收集中藥海燕，將其洗淨後並自然晾乾，碾磨並過80～100目篩，收集得海燕粉末，按質量比1:8，將海燕粉末與甲醇攪拌混合，在55～60℃下水浴加熱1～2min，隨後過濾並收集濾液，再按質量比1:3，將濾液與石油醚混合，在450～600r/min下攪拌10～12h；
（2）待上述攪拌混合完成後，靜置分層，收集下層水相，用質量分數15%鹽酸調節pH至3.5，再用分子量14000透析袋透析處理3～5h，收集透析液，並按體積比1:10，將透析液與乙酸乙酯攪拌混合，靜置6～8h後，過濾並收集濾餅，在65～70℃下乾燥6～8h，收集得海燕皂苷；
（3）按重量份數計，分別稱量45～50份去離子水、10～15份蘋果酸、5～10份綠原酸和5～10份檸檬酸置於燒杯中，攪拌混合併置於65～70℃下水浴加熱25～30min，收集得混合酸溶液，按質量比1:8，將上述收集的海燕皂苷與混合酸溶液攪拌混合，在200～300W下超聲振蕩15～20min，製備得改性混酸溶液；
（4）將碳酸鈰置於球磨罐中，在350～400r/min下球磨2～3h，隨後過80～90目篩，收集得碳酸鈰粉末，按重量份數計，分別稱量45～50份上述改性混酸溶液、5～10份明膠和15～20份碳酸鈰粉末置於燒杯中，在55～60℃下攪拌混合2～3h，隨後過濾並收集濾餅，用去離子水洗滌3～5次後，再在65～70℃下乾燥6～8h，即可製備得一種高純均一型納米氧化鈰。
本發明的應用方法：將本發明製得的高純均一型納米氧化鈰添加至矽橡膠中，控制添加量為矽橡膠質量的3～5%，添加完畢，置於開煉機中混煉，並在165～170℃下保溫40～45min，保溫後置於壓力成型機中，經二次硫化成型即可。本發明納米氧化鈰與矽橡膠相容性好，在矽橡膠基體中分散均勻，可有效提高矽橡膠的熱空氣老化性能，經檢測，添加本發明納米氧化鈰的矽橡膠在250～280℃下老化72～82h質量保持率為63～67%，邵爾A型硬度為72～73H，拉伸強度為4.5～5.6MPa，拉斷伸長率為280～290%，值得推廣與使用。
本發明與其他方法相比，有益技術效果是：
（1）本發明製備步驟簡單，製備過程中粒子無團聚現象發生，顆粒分散性好；
（2）本發明納米氧化鈰純度高達99.86%以上，粒徑小且分布均勻。
具體實施方式
首先收集中藥海燕，將其洗淨後並自然晾乾，碾磨並過80～100目篩，收集得海燕粉末，按質量比1:8，將海燕粉末與甲醇攪拌混合，在55～60℃下水浴加熱1～2min，隨後過濾並收集濾液，再按質量比1:3，將濾液與石油醚攪拌混合，在450～600r/min下攪拌混合10～12h；然後待上述攪拌混合完成後，靜置分層，收集下層水相，用質量分數15%鹽酸調節pH至3.5，再用分子量14000透析袋透析處理3～5h，收集透析液，並按體積比1:10，將透析液與乙酸乙酯攪拌混合，靜置6～8h後，過濾並收集濾餅，在65～70℃下乾燥6～8h，收集得海燕皂苷；再按重量份數計，分別稱量45～50份去離子水、10～15份蘋果酸、5～10份綠原酸和5～10份檸檬酸置於燒杯中，攪拌混合併置於65～70℃下水浴加熱25～30min，收集得混合酸溶液，按質量比1:8，將上述收集的海燕皂苷與混合酸溶液攪拌混合，在200～300W下超聲振蕩15～20min，製備得改性混酸溶液；最後將碳酸鈰置於球磨罐中，在350～400r/min下球磨2～3h，隨後過80～90目篩，收集得碳酸鈰粉末，按重量份數計，分別稱量45～50份上述改性混酸溶液、5～10份明膠和15～20份碳酸鈰粉末置於燒杯中，在55～60℃下攪拌混合2～3h，隨後過濾並收集濾餅，用去離子水洗滌3～5次後，再在65～70℃下乾燥6～8h，即可製備得一種高純均一型納米氧化鈰。
實例1
首先收集中藥海燕，將其洗淨後並自然晾乾，碾磨並過80目篩，收集得海燕粉末，按質量比1:8，將海燕粉末與甲醇攪拌混合，在55℃下水浴加熱1min，隨後過濾並收集濾液，再按質量比1:3，將濾液與石油醚攪拌混合，在450r/min下攪拌混合10h；然後待上述攪拌混合完成後，靜置分層，收集下層水相，用質量分數15%鹽酸調節pH至3.5，再用分子量14000透析袋透析處理3h，收集透析液，並按體積比1:10，將透析液與乙酸乙酯攪拌混合，靜置6h後，過濾並收集濾餅，在65℃下乾燥6h，收集得海燕皂苷；再按重量份數計，分別稱量45份去離子水、10份蘋果酸、5份綠原酸和5份檸檬酸置於燒杯中，攪拌混合併置於65℃下水浴加熱25min，收集得混合酸溶液，按質量比1:8，將上述收集的海燕皂苷與混合酸溶液攪拌混合，在200W下超聲振蕩15min，製備得改性混酸溶液；最後將碳酸鈰置於球磨罐中，在350r/min下球磨2h，隨後過80目篩，收集得碳酸鈰粉末，按重量份數計，分別稱量45份上述改性混酸溶液、5份明膠和15份碳酸鈰粉末置於燒杯中，在55℃下攪拌混合2h，隨後過濾並收集濾餅，用去離子水洗滌3次後，再在65℃下乾燥6h，即可製備得一種高純均一型納米氧化鈰。
將本發明製得的高純均一型納米氧化鈰添加至矽橡膠中，控制添加量為矽橡膠質量的3%，添加完畢，置於開煉機中混煉，並在165℃下保溫40min，保溫後置於壓力成型機中，經二次硫化成型即可。本發明納米氧化鈰與矽橡膠相容性好，在矽橡膠基體中分散均勻，可有效提高矽橡膠的熱空氣老化性能，經檢測，添加本發明納米氧化鈰的矽橡膠在250℃下老化72h質量保持率為63%，邵爾A型硬度為72H，拉伸強度為4.5MPa，拉斷伸長率為280%，值得推廣與使用。
實例2
首先收集中藥海燕，將其洗淨後並自然晾乾，碾磨並過90目篩，收集得海燕粉末，按質量比1:8，將海燕粉末與甲醇攪拌混合，在58℃下水浴加熱2min，隨後過濾並收集濾液，再按質量比1:3，將濾液與石油醚攪拌混合，在520r/min下攪拌混合11h；然後待上述攪拌混合完成後，靜置分層，收集下層水相，用質量分數15%鹽酸調節pH至3.5，再用分子量14000透析袋透析處理4h，收集透析液，並按體積比1:10，將透析液與乙酸乙酯攪拌混合，靜置7h後，過濾並收集濾餅，在68℃下乾燥7h，收集得海燕皂苷；再按重量份數計，分別稱量48份去離子水、13份蘋果酸、8份綠原酸和7份檸檬酸置於燒杯中，攪拌混合併置於68℃下水浴加熱27min，收集得混合酸溶液，按質量比1:8，將上述收集的海燕皂苷與混合酸溶液攪拌混合，在250W下超聲振蕩18min，製備得改性混酸溶液；最後將碳酸鈰置於球磨罐中，在380r/min下球磨3h，隨後過85目篩，收集得碳酸鈰粉末，按重量份數計，分別稱量47份上述改性混酸溶液、8份明膠和18份碳酸鈰粉末置於燒杯中，在57℃下攪拌混合3h，隨後過濾並收集濾餅，用去離子水洗滌4次後，再在68℃下乾燥7h，即可製備得一種高純均一型納米氧化鈰。
將本發明製得的高純均一型納米氧化鈰添加至矽橡膠中，控制添加量為矽橡膠質量的4%，添加完畢，置於開煉機中混煉，並在168℃下保溫43min，保溫後置於壓力成型機中，經二次硫化成型即可。本發明納米氧化鈰與矽橡膠相容性好，在矽橡膠基體中分散均勻，可有效提高矽橡膠的熱空氣老化性能，經檢測，添加本發明納米氧化鈰的矽橡膠在265℃下老化77h質量保持率為65%，邵爾A型硬度為73H，拉伸強度為5.1MPa，拉斷伸長率為285%，值得推廣與使用。
實例3
首先收集中藥海燕，將其洗淨後並自然晾乾，碾磨並過100目篩，收集得海燕粉末，按質量比1:8，將海燕粉末與甲醇攪拌混合，在60℃下水浴加熱2min，隨後過濾並收集濾液，再按質量比1:3，將濾液與石油醚攪拌混合，在600r/min下攪拌混合12h；然後待上述攪拌混合完成後，靜置分層，收集下層水相，用質量分數15%鹽酸調節pH至3.5，再用分子量14000透析袋透析處理5h，收集透析液，並按體積比1:10，將透析液與乙酸乙酯攪拌混合，靜置8h後，過濾並收集濾餅，在70℃下乾燥8h，收集得海燕皂苷；再按重量份數計，分別稱量50份去離子水、15份蘋果酸、10份綠原酸和10份檸檬酸置於燒杯中，攪拌混合併置於70℃下水浴加熱30min，收集得混合酸溶液，按質量比1:8，將上述收集的海燕皂苷與混合酸溶液攪拌混合，在300W下超聲振蕩20min，製備得改性混酸溶液；最後將碳酸鈰置於球磨罐中，在400r/min下球磨3h，隨後過90目篩，收集得碳酸鈰粉末，按重量份數計，分別稱量50份上述改性混酸溶液、10份明膠和20份碳酸鈰粉末置於燒杯中，在60℃下攪拌混合3h，隨後過濾並收集濾餅，用去離子水洗滌5次後，再在70℃下乾燥8h，即可製備得一種高純均一型納米氧化鈰。
將本發明製得的高純均一型納米氧化鈰添加至矽橡膠中，控制添加量為矽橡膠質量的5%，添加完畢，置於開煉機中混煉，並在170℃下保溫45min，保溫後置於壓力成型機中，經二次硫化成型即可。本發明納米氧化鈰與矽橡膠相容性好，在矽橡膠基體中分散均勻，可有效提高矽橡膠的熱空氣老化性能，經檢測，添加本發明納米氧化鈰的矽橡膠在280℃下老化82h質量保持率為67%，邵爾A型硬度為73H，拉伸強度為5.6MPa，拉斷伸長率為290%，值得推廣與使用。