二氧化鋯納米粉體的製備方法
2023-04-27 10:51:31 1
專利名稱：二氧化鋯納米粉體的製備方法
技術領域：
本發明的技術方案屬於鋯的氧化物，具體地說，是涉及一種二氧化鋯納米粉體的製備方法。
背景技術：
二氧化鋯具有優異的物理和化學性質，廣泛應用於陶瓷、耐火材料、催化劑、催化劑載體、壓電元件、光纖連接器、氣敏元件、固體燃料電池及熱障塗層。二氧化鋯粉體的粒徑越小，比表面積越大，粉體的表面能劇增，能夠改善和提高其應用性能。例如，二氧化鋯納米粉體的燒結活化能較小，燒結緻密化速率加快，使燒結溫度降低，燒結時間縮短。
目前製備二氧化鋯粉體的主要方法有沉澱法、溶膠-凝膠法、金屬醇鹽法、反向微乳法。CN 1169958A公開一種粉狀二氧化鋯的製備方法，將鋯化合物溶解在甲酸水溶液中，噴霧乾燥成粉末，在850-1350℃煅燒得產物；CN1260324A公開一種二氧化鋯的製備方法，將ZrOCl2水溶液滴加到沉澱劑中製得Zr(OH)4水凝膠，將Zr(OH)4水凝膠充分洗滌後乾燥、焙燒得產物；CN 1482065A公開一種水解硝酸氧鋯製備二氧化鋯納米粉體工藝，在濃硝酸氧鋯的水溶液中加入碳納米管，回流、煮沸，烘乾、焙燒得產物；CN 1733611A公開一種二氧化鋯納米粉體材料的製造方法，把鋯鹽水溶液和氨水水溶液分別加入到有機物溶液中分散乳化，然後將兩乳液混合，超聲分散，蒸餾、洗滌得初產品，初產品經低溫冷凍和600-800℃煅燒得產物。這些方法一般要經過液相反應、分離、洗滌、烘乾、及高溫煅燒流程，工藝較為複雜，能耗大；特別是分離、洗滌工序，由於中間物粒徑很小，甚至為凝膠狀，使分離的難度和成本提高，洗滌產生的廢液量大，殘存的雜質離子多，造成產物純度降低。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種二氧化鋯納米粉體的製備方法，它是陽極氧化法，該方法克服了現有二氧化鋯粉體製備方法技術工藝複雜、廢液量大、需高溫煅燒的缺點。
本發明解決該技術問題所採用的技術方案是採用陽極氧化法製備二氧化鋯納米粉體，具體步驟是在反應容器中加入重量百分比濃度為0.5～1.0％的氟化物水溶液，鋯片作陽極，鉑片或石墨片作陰極，陽極與陰極間距離為1.5cm，採用3.0～3.5V直流電進行陽極氧化，室溫反應30～60分鐘，然後取出鋯片，用少量水洗滌，再在自然狀態下晾乾或在＜105℃的低溫下烘乾，然後將鋯片表面均勻、疏鬆的氧化物剝離，碾碎，即製得10～100nm、粒徑均勻的立方相二氧化鋯納米粉體。
上述製備方法中的氟化物為氟化鈉、氟化鉀、氟化銨、氟化氫中的一種、或兩種以上的混合物。
上述製備方法中，所用鋯片的純度不低於99.9％。
本發明的有益效果是(1)本發明的實質性特點和顯著進步是，在室溫條件下，採用陽極氧化法製備二氧化鋯納米粉體，反應生成的二氧化鋯納米粉體為穩定的立方相，附著在鋯片表面(見附圖)，可直接用水洗滌，沒有過濾、煅燒工序，工藝簡單，生產周期短，能耗低，無汙染，易於工業化生產。
(2)本發明的一個創新點是以高純度金屬鋯為原料，產物純度高；其它方法一般用鋯的化合物作原料。金屬鋯在電場作用下與水分子反應生成二氧化鋯分子，二氧化鋯分子相互結合，在鋯片表面聚集成二氧化鋯納米顆粒，剝離產物以後的鋯片可以重複使用，直至完全反應。
(3)本發明的另一個創新點是在0.5～1.0％氟化物水溶液中，採用3.0～3.5V直流電進行陽極氧化反應，使鋯片表面生成的二氧化鋯納米粉體疏鬆，產物既易剝離，又易碾碎。
(4)本發明在室溫反應，隨反應時間延長，鋯片表面生成的二氧化鋯量增多，導電能力下降，合適反應時間為30～60分鐘。
總之，本發明方法通過調整氟化物組成及濃度、陽極氧化電壓和反應時間，就能夠製備出10～100nm、粒徑均勻的立方相二氧化鋯納米粉體。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1為二氧化鋯納米粉體在鋯片表面的附著狀態的實物照片。
具體實施例方式
圖1顯示由本發明下列實施例製得的穩定的立方相二氧化鋯納米粉體在鋯片表面均勻、疏鬆附著，既可以直接用水洗滌，又利於剝離、碾碎工序。
實施例1在反應容器中加入重量百分比濃度為0.5％的氟化氫水溶液，鋯片作陽極，鉑片作陰極，陽極與陰極間距離為1.5cm，採用3.5V直流電進行陽極氧化，室溫反應30分鐘，然後取出鋯片，用少量水洗滌，在自然狀態下晾乾，然後將鋯片表面均勻、疏鬆的氧化物剝離，碾碎，即製得二氧化鋯納米粉體。
實施例2在反應容器中加入重量百分比濃度為1.0％的氟化銨水溶液，鋯片作陽極，石墨片作陰極，陽極與陰極間距離為1.5cm，採用3.0V直流電進行陽極氧化，室溫反應50分鐘，然後取出鋯片，用少量水洗滌，於＜105℃烘乾，然後將鋯片表面均勻、疏鬆的氧化物剝離，碾碎，即製得二氧化鋯納米粉體。
實施例3在反應容器中加入重量百分比濃度為0.8％的氟化鈉水溶液，鋯片作陽極，鉑片作陰極，陽極與陰極間距離為1.5cm，採用3.3V直流電進行陽極氧化，室溫反應60分鐘，然後取出鋯片，用少量水洗滌，於＜105℃烘乾，將鋯片表面均勻、疏鬆的氧化物剝離，碾碎，即製得二氧化鋯納米粉體。
實施例4除用氟化鉀替換氟化鈉之外，其他均同實施例3，由此製得二氧化鋯納米粉體。
實施例5配製含重量百分比濃度為0.3％的氟化銨和0.3％的氟化鈉的水溶液，加入反應容器中，鋯片作陽極，鉑片作陰極，陽極與陰極間距離為1.5cm，採用3.2V直流電進行陽極氧化，室溫反應40分鐘，然後取出鋯片，用少量水洗滌，在自然狀態下晾乾，將鋯片表面均勻、疏鬆的氧化物剝離，碾碎，即製得二氧化鋯納米粉體。
實施例6除用氟化鉀替換氟化鈉之外，其他均同實施例5，由此製得二氧化鋯納米粉體。
實施例7除用氟化氫替換氟化鈉之外，其他均同實施例5，由此製得二氧化鋯納米粉體。
實施例8配製含重量百分比濃度為0.6％的氟化銨和0.3％的氟化氫的水溶液，加入反應容器中，鋯片作陽極，石墨片作陰極，陽極與陰極間距離為1.5cm，採用3.2V直流電進行陽極氧化，室溫反應50分鐘，然後取出鋯片，用少量水洗滌，於＜105℃烘乾，將鋯片表面均勻、疏鬆的氧化物剝離，碾碎，即製得二氧化鋯納米粉體。
實施例9配製含重量百分比濃度為0.3％的氟化銨、0.3％的氟化鈉和0.3％的氟化氫的水溶液，加入反應容器中，鋯片作陽極，鉑片作陰極，陽極與陰極間距離為1.5cm，採用3.0V直流電進行陽極氧化，室溫反應30分鐘，然後取出鋯片，用少量水洗滌，在自然狀態下晾乾，將鋯片表面均勻、疏鬆的氧化物剝離，碾碎，即製得二氧化鋯納米粉體。
實施例10除用氟化鉀替換氟化鈉之外，其他均同實施例9，由此製得二氧化鋯納米粉體。
實施例11配製含重量百分比濃度為0.3％的氟化銨、0.3％的氟化鈉和0.3％的氟化鉀的水溶液，加入反應容器中，鋯片作陽極，鉑片作陰極，陽極與陰極間距離為1.5cm，採用3.4V直流電進行陽極氧化，室溫反應60分鐘，然後取出鋯片，用少量水洗滌，於＜105℃烘乾，將鋯片表面均勻、疏鬆的氧化物剝離，碾碎，即製得二氧化鋯納米粉體。
實施例12配製含重量百分比濃度為0.2％的氟化銨、0.2％的氟化鈉、0.2％的氟化鉀、和0.2％的氟化氫的水溶液，加入反應容器中，鋯片作陽極，石墨片作陰極，陽極與陰極間距離為1.5cm，採用3.0V直流電進行陽極氧化，室溫反應60分鐘，然後取出鋯片，用少量水洗滌，於＜105℃烘乾，將鋯片表面均勻、疏鬆的氧化物剝離，碾碎，即製得二氧化鋯納米粉體。
上述實施例中所用鋯片的純度均不低於99.9％。
權利要求
1.二氧化鋯納米粉體的製備方法，其特徵在於採用陽極氧化法製備二氧化鋯納米粉體，具體步驟是在反應容器中加入重量百分比濃度為0.5～1.0％的氟化物水溶液，鋯片作陽極，鉑片或石墨片作陰極，陽極與陰極間距離為1.5cm，採用3.0～3.5V直流電進行陽極氧化，室溫反應30～60分鐘，然後取出鋯片，用少量水洗滌，再在自然狀態下晾乾或在＜105℃的低溫下烘乾，然後將鋯片表面均勻、疏鬆的氧化物剝離，碾碎，即製得10～100nm、粒徑均勻的立方相二氧化鋯納米粉體。
2.根據權利要求1所述二氧化鋯納米粉體的製備方法，其特徵在於上述製備方法中的氟化物為氟化鈉、氟化鉀、氟化銨、氟化氫中的一種、或兩種以上的混合物。
3.根據權利要求1所述二氧化鋯納米粉體的製備方法，其特徵在於上述製備方法中所用鋯片純度不低於99.9％。
全文摘要
本發明二氧化鋯納米粉體的製備方法，它涉及鋯的氧化物，是採用陽極氧化法製備二氧化鋯納米粉體，在反應容器中加入重量百分比濃度為0.5～1.0％的氟化物水溶液，鋯片作陽極，鉑片或石墨片作陰極，陽極與陰極間距離為1.5cm，採用3.0～3.5V直流電進行陽極氧化，室溫反應30～60分鐘，然後取出鋯片，用少量水洗滌，再在自然狀態下晾乾或在＜105℃的低溫下烘乾，然後將鋯片表面均勻、疏鬆的氧化物剝離，碾碎，即製得10～100nm、粒徑均勻的立方相二氧化鋯納米粉體。該方法克服了現有二氧化鋯粉體製備方法技術工藝複雜、廢液量大、需高溫煅燒的缺點。
文檔編號C01G25/02GK101070186SQ20071005742
公開日2007年11月14日 申請日期2007年5月23日 優先權日2007年5月23日
發明者趙建玲, 李養賢, 徐榮清, 王西新, 米穎娟 申請人:河北工業大學