一種球形矽酸鋯納米晶的製備方法
2023-12-06 14:42:26 1
專利名稱：一種球形矽酸鋯納米晶的製備方法
技術領域：
本發明屬於材料化工領域，具體涉及一種超聲波結合微波水熱製備球形矽酸鋯納米晶的方法。
背景技術：
矽酸鋯(ZrSiO4)屬四方晶系，為島狀結構的矽酸鹽礦物。矽酸鋯因具有高熔點、 低熱導率、低膨脹係數、優良的化學及相穩定性等特點，使其可以作為高性能結構材料(如石墨、C/C複合材料及SiC結構陶瓷等)的高溫抗氧化塗層材料。目前，製備矽酸鋯晶體的方法主要有固相反應法、沉澱法、水熱法以及溶膠-凝膠法等。上述方法普遍需要高溫(如固相反應法需要1300-1600°C )或長時間(如水熱法需要6-72h)來獲得預期結構的矽酸鋯晶體。在製備矽酸鋯的研究中，C.E. Curtis 等[C. E. Curtis, H. G. Sowman. J. Am. Ceram. Soc, 1993, 36,190.]以和SiO2為原料，採用固相法，經過1315 °C熱處理後開始形成^^丨04，其合成率僅為2%，該法製備溫度高且合成率很低。Takao Itoh[Takao Itoh. J. Cryst Groth, 1992，125，223.]以氯氧鋯、矽溶膠為原料，通過氨水調節混合液的pH值為 9. 5，然後得到沉澱物，將沉澱物洗滌乾燥，在1200°C下煅燒形成&Si04，採用沉澱法製備矽酸鋯仍需要高溫煅燒，後期處理複雜。陸彩飛等[陸彩飛，王秀峰，苗鴻雁，羅宏傑.矽酸鹽學報· 2000，28,87.)以ZrOCl2 · 8H20和NaSiO3 · 9H20為前驅體，NaF作礦化劑，去離子水為反應介質，採用水熱法在280°C下反應他獲得純相^SiO4，水熱法雖然降低了合成溫度但合成時間較長。江偉輝等(中國專利200710108375. X)採用工業純無水四氯化鋯、正矽酸乙酯為前驅體，通過選擇合適的礦化劑經非水解溶膠-凝膠法在700°C低溫保溫15min合成矽酸鋯粉體，該法雖然製備時間短但製備溫度較高。
發明內容
本發明的目的在於提供了一種不僅製備成本低，而且操作簡單、製備周期短不需要後期熱處理的球形矽酸鋯納米晶的製備方法。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入蒸餾水中攪拌均勻製成&0C12的摩爾濃度為0. 03-0. 09mol/L的前驅液A，其中 ZrOCl2 · 8H20 NaSiO3 · 9H20 的摩爾比為 2-6 3-9, ZrOCl2 · 8H20 PVP 的摩爾比為
1-5 1-9 ；2)將分析純的LiF加入到前驅液A中，控制LiF NaSiO3 · 9H20的摩爾比為
2-7 3-9攪拌均勻得溶液B ；3)將溶液B倒入錐形瓶後將其置入固有頻率為80kHz的超聲波發生器中，開啟超聲波發生器，反應體系水浴溫度控制在30-60°C，反應時間控制在l_5h，超聲波功率選定為 200-500W,反應全程應在超聲波引發下反應，反應結束後自然冷卻到室溫得溶液C ；
4)將溶液C倒入水熱反應釜中，填充比控制在30-60% ；然後密封水熱釜，將其放入微波水熱反應儀中在100-150°C下反應60-150min，反應結束後自然冷卻到室溫得溶液 D ；5)打開水熱反應釜，將溶液D通過濾紙抽濾收集，然後分別採用去離子水和無水乙醇洗滌，與電熱鼓風乾燥箱中在30-60°C下乾燥得球形矽酸鋯納米晶。本發明採用超聲波結合微波水熱法，能夠在低溫下製得晶型和尺寸可控的球形矽酸鋯納米晶。由於反應在液相中完成，工藝設備簡單，操作方便，原料易得，製備成本較低， 所得矽酸鋯納米晶粒徑分布窄，晶型可控採，反應溫度低，反應周期短，重複性好。
圖1為採用超聲結合微波水熱法製備的球形矽酸鋯納米晶的掃描電鏡(SEM)照片。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例1 1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20和聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 加入蒸餾水中攪拌均勻製成&0C12的摩爾濃度為0. 05mol/L的前驅液A，其中 ZrOCl2 · 8H20 NaSiO3 · 9H20 的摩爾比為 2 9，ZrOCl2 · 8H20 PVP 的摩爾比為 1 9 ；2)將分析純的LiF加入到前驅液A中，控制LiF NaSiO3 ·9Η20的摩爾比為2 9 攪拌均勻得溶液B;3)將溶液B倒入錐形瓶後將其置入固有頻率為80kHz的超聲波發生器中，開啟超聲波發生器，反應體系水浴溫度控制在30°C，反應時間控制在證，超聲波功率選定為200W， 反應全程應在超聲波引發下反應，反應結束後自然冷卻到室溫得溶液C ；4)將溶液C倒入水熱反應釜中，填充比控制在30 % ；然後密封水熱釜，將其放入微波水熱反應儀中在100°C下反應150min，反應結束後自然冷卻到室溫得溶液D ；5)打開水熱反應釜，將溶液D通過濾紙抽濾收集，然後分別採用去離子水和無水乙醇洗滌，與電熱鼓風乾燥箱中在30°C下乾燥得球形矽酸鋯納米晶。實施例2:1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20和聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 加入蒸餾水中攪拌均勻製成&0C12的摩爾濃度為0. 03mol/L的前驅液A，其中 ZrOCl2 ·8Η20 NaSiO3 ·9Η20 的摩爾比為 3 7, ZrOCl2 ·8Η20 PVP 的摩爾比為 1.5 6 ；2)將分析純的LiF加入到前驅液A中，控制LiF NaSiO3 ·9Η20的摩爾比為4 7 攪拌均勻得溶液B;3)將溶液B倒入錐形瓶後將其置入固有頻率為80kHz的超聲波發生器中，開啟超聲波發生器，反應體系水浴溫度控制在40°C，反應時間控制在池，超聲波功率選定為300W， 反應全程應在超聲波引發下反應，反應結束後自然冷卻到室溫得溶液C ；4)將溶液C倒入水熱反應釜中，填充比控制在40 % ；然後密封水熱釜，將其放入微波水熱反應儀中在120°C下反應120min，反應結束後自然冷卻到室溫得溶液D ；
4
5)打開水熱反應釜，將溶液D通過濾紙抽濾收集，然後分別採用去離子水和無水乙醇洗滌，與電熱鼓風乾燥箱中在40°C下乾燥得球形矽酸鋯納米晶。實施例3 1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20和聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 加入蒸餾水中攪拌均勻製成&0C12的摩爾濃度為0. 09mol/L的前驅液A，其中 ZrOCl2 · 8H20 NaSiO3 · 9H20 的摩爾比為 4 5，ZrOCl2 · 8H20 PVP 的摩爾比為 3 4 ；2)將分析純的LiF加入到前驅液A中，控制LiF NaSiO3 ·9Η20的摩爾比為6 5 攪拌均勻得溶液B;3)將溶液B倒入錐形瓶後將其置入固有頻率為80kHz的超聲波發生器中，開啟超聲波發生器，反應體系水浴溫度控制在50°C，反應時間控制在1.5h，超聲波功率選定為 400W,反應全程應在超聲波引發下反應，反應結束後自然冷卻到室溫得溶液C ； 4)將溶液C倒入水熱反應釜中，填充比控制在50 % ；然後密封水熱釜，將其放入微波水熱反應儀中在140°C下反應90min，反應結束後自然冷卻到室溫得溶液D ；5)打開水熱反應釜，將溶液D通過濾紙抽濾收集，然後分別採用去離子水和無水乙醇洗滌，與電熱鼓風乾燥箱中在50°C下乾燥得球形矽酸鋯納米晶。實施例4 1)分別將分析純的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20和聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 加入蒸餾水中攪拌均勻製成&0C12的摩爾濃度為0. 06mol/L的前驅液A，其中 ZrOCl2 · 8H20 NaSiO3 · 9H20 的摩爾比為 6 3，ZrOCl2 · 8H20 PVP 的摩爾比為 5 1 ；2)將分析純的LiF加入到前驅液A中，控制LiF NaSiO3 ·9Η20的摩爾比為7 3 攪拌均勻得溶液B;3)將溶液B倒入錐形瓶後將其置入固有頻率為80kHz的超聲波發生器中，開啟超聲波發生器，反應體系水浴溫度控制在60°C，反應時間控制在lh，超聲波功率選定為500W， 反應全程應在超聲波引發下反應，反應結束後自然冷卻到室溫得溶液C ；4)將溶液C倒入水熱反應釜中，填充比控制在60 % ；然後密封水熱釜，將其放入微波水熱反應儀中在150°C下反應60min，反應結束後自然冷卻到室溫得溶液D ；5)打開水熱反應釜，將溶液D通過濾紙抽濾收集，然後分別採用去離子水和無水乙醇洗滌，與電熱鼓風乾燥箱中在60°C下乾燥得球形矽酸鋯納米晶。由圖1可看出所製備的矽酸鋯納米晶為球形且形貌均一。
權利要求
1. 一種球形矽酸鋯納米晶的製備方法，其特徵在於1)分別將分析純的ZrOCl2· 8H20、NaSiO3 · 9H20和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入蒸餾水中攪拌均勻，製成&0C12的摩爾濃度為0. 03-0. 09mol/L的前驅液A，其中 ZrOCl2 · 8H20 NaSiO3 · 9H20 的摩爾比為 2-6 3-9, ZrOCl2 · 8H20 PVP 的摩爾比為 1-5 1-9 ；2)將分析純的LiF加入到前驅液A中，控制LiF NaSiO3 ·9Η20的摩爾比為2-7 3-9 攪拌均勻得溶液B;3)將溶液B倒入錐形瓶後將其置入固有頻率為80kHz的超聲波發生器中，開啟超聲波發生器，反應體系水浴溫度控制在30-60°C，反應時間控制在l_5h，超聲波功率選定為 200-500W,反應全程應在超聲波引發下反應，反應結束後自然冷卻到室溫得溶液C ；4)將溶液C倒入水熱反應釜中，填充比控制在30-60%；然後密封水熱釜，將其放入微波水熱反應儀中在100-150°C下反應60-150min，反應結束後自然冷卻到室溫得溶液D ；5)打開水熱反應釜，將溶液D通過濾紙抽濾收集，然後分別採用去離子水和無水乙醇洗滌，與電熱鼓風乾燥箱中在30-60°C下乾燥得球形矽酸鋯納米晶。
全文摘要
球形矽酸鋯納米晶的製備方法，將ZrOCl2·8H2O、NaSiO3·9H2O和PVP加入蒸餾水中得前驅液A，將LiF加入到前驅液A中得溶液B；將溶液B置於超聲波發生器在超聲波引發下反應，反應結束後自然冷卻到室溫得溶液C；將溶液C倒入水熱反應釜中，然後密封水熱釜，將其放入微波水熱反應儀中在反應後自然冷卻到室溫得溶液D；將溶液D通過濾紙抽濾收集，然後分別採用去離子水和無水乙醇洗滌，與電熱鼓風乾燥箱中乾燥得球形矽酸鋯納米晶。本發明採用超聲波結合微波水熱法，能夠在低溫下製得晶型和尺寸可控的球形矽酸鋯納米晶。由於反應在液相中完成，工藝設備簡單，操作方便，原料易得，製備成本較低，所得矽酸鋯納米晶粒徑分布窄，晶型可控採，反應溫度低，反應周期短，重複性好。
文檔編號C01B33/20GK102502675SQ20111037569
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者劉佳, 孫瑩, 曹麗雲, 辛宇, 黃劍鋒 申請人:陝西科技大學