專利名稱：一種氧化鋯納米晶溶膠的制備方法
技術領域：
本發明屬于一種納米氧化鋯的制備方法，具體地說涉及一種氧化鋯納米晶溶膠的制備方法。
氧化鋯具有非常廣泛的用途和獨特的性能，被人們譽為21世紀最有前途的材料之一。在光學方面，由于ZrO2的高折射率，與低折射率的SiO2交替鍍膜，可制作反射率達+99％的高反膜；在電學方面，ZrO2作為固體電極被用于氧氣傳感器、電解H2O及燃料電池的電極等；在功能陶瓷中，ZrO2復合高性能陶瓷也是主要研究課題之一。同時ZrO2是唯一兼具酸性、堿性、氧化硅、還原性等四種性質的金屬氧化物，作為載體或催化劑顯示出獨特的催化活性和選擇性。
目前報道的納米ZrO2制備方法很多，包括沉淀法、微乳法、化學分解法、水熱法和溶膠-凝膠法等。制備的ZrO2形態一般為無定形溶膠、粉體或納米晶粉體，而關于ZrO2納米晶溶膠制備的報道非常少。在日本化學工業株式會社申請的專利1014199中公開了一種制備單斜氧化鋯超微晶分散溶膠，該方法包括制備水和二氯氧化鋯的澄清或果汗凍混合物或者鋯鹽或氫氧化物和鹽酸的水溶液，將該混合物或水溶液置于一密閉容器內，于高于130℃的溫度水熱處理24小時以上，得到一種白色膏狀物，然后用水稀釋膏狀產物使其鋯濃度低于1摩爾/升，調節pH值到3-7，最后濃縮該稀釋產物。該專利是用無機鋯鹽作原料在水溶液中進行反應，在制備過程中不可避免引進無機雜質離子，而且反應體系制備過程復雜。
本發明的發明目的是提供一種制備簡單的氧化鋯納米晶溶膠的制備方法。
本發明的目的是這樣實現的，將一定量的有機鋯加入溶有可降低有機鋯反應活性添加劑的乙醇中，然后與含有去離子水的乙醇相混合，室溫下劇烈攪拌一段時間，將混合液轉入襯有聚四氟乙烯的不銹鋼高壓釜內，在一定溫度、壓力下晶化，就直接得到氧化鋯納米晶溶膠。
本發明的制備方法如下1.將可降低有機鋯反應活性的添加劑加入到占乙醇總量50％的乙醇中，溶解得到溶液A；2.將有機鋯加入溶液A得到溶液B；3.將去離子水加入到剩余乙醇中得到乙醇溶液C；
4.將溶液B與溶液C混合后，在室溫下劇烈攪拌30分鐘，裝入高壓釜內，在一定溫度下，起始反應壓力為常壓-8.0MPa下進行晶化，晶化時間為0.5-5天，得到氧化鋯納米晶溶膠；其特征在于所述的反應溫度為170-250℃，各物質的加入量(摩爾比)為乙醇∶水∶添加劑∶有機鋯＝(30-130)∶(2-5)∶(10-30)∶1。
如上所述的有機鋯是正丙醇鋯、異丙醇鋯、丁醇鋯。
如上所述的添加劑是乙酰丙酮、雙甘醇、乙二醇。
如上所述得到的氧化鋯納米晶溶膠外觀呈半透明狀，并且在60℃下干燥3天以蒸掉溶劑，然后經150℃空氣干燥12小時，再經過150℃真空干燥6小時，得到干凝膠粉末。
本發明與現有技術相比具有如下優點(1)制備過程簡單、操作方便。
(2)反應體系適用于堿性、中性、酸性。
(3)溶膠中基本顆粒尺寸與晶粒大小相同，所以每個基本顆粒都為單個晶粒。
(4)經干燥后得到的凝膠粉末具有中孔結構，且孔分布較窄，BET值較大。
本發明的實施例如下實施例1將15.17ml的雙甘醇溶于20ml乙醇中，攪拌得到均勻溶液，然后將3.5406g丙醇鋯(75wt％正丙醇鋯于正丙醇溶劑中)快速加入其中，攪拌得到淡黃色溶液I；另外在20ml乙醇中加入0.529ml去離子水，得到均勻溶液II。劇烈攪拌狀態下將溶液II緩慢倒入溶液I中，然后在室溫下攪拌反應30min后，將混合液轉入襯有聚四氟乙烯的不銹鋼高壓釜內，在210℃，8.0MPa(起始壓力)下晶化24h，得到ZrO2納米晶溶膠。將溶膠在60℃下干燥3天以蒸掉乙醇，然后經150℃空氣干燥12h和150℃真空干燥6h得到干凝膠粉末，其XRD分析出現四個明顯的衍射峰，晶型為四方相，晶粒尺寸為4.1nm，BET面積為144m2/g。
實施例2將0.433ml的水加入20ml乙醇中形成溶液II，在4.0MPa(起始壓力)下晶化，其余同實施例1。晶粒尺寸為3.3nm，BET面積＞100m2/g。
實施例3將0.433ml的水加入20ml乙醇中形成溶液II，在常壓(起始壓力)下晶化，其余同實施例1。晶粒尺寸為3.5nm，BET面積＞100m2/g。
實施例4將2.6273g丙醇鋯加入溶有7.58ml雙甘醇的乙醇溶液中形成溶液I，將0.433ml的水加入20ml乙醇中形成溶液II，溶液I和溶液II混合，然后在190℃，常壓(起始壓力)下晶化時間為72h，其余同實施例1。晶粒尺寸＜5nm，BET面積＞100m2/g。
實施例5將4.3611g的丙醇鋯溶于20ml乙醇得到均勻溶液I，將0.433ml的水加入20ml乙醇中形成溶液II，溶液I和溶液II混合，在230℃，常壓(起始壓力)下晶化24h，其余同實施例1。晶粒尺寸＜5nm，BET面積＞100m2/g。
權利要求
1.一種氧化鋯納米晶溶膠的制備方法，其制備方法如下(1)將可降低有機鋯反應活性的添加劑加入到占乙醇總量50％的乙醇中，溶解得到溶液A；(2)將有機鋯加入溶液A得到溶液B；(3)將去離子水加入到剩余乙醇中得到乙醇溶液C；(4)將溶液B與溶液C混合后，在室溫下劇烈攪拌30分鐘，裝入高壓釜內，在一定反應溫度下，起始反應壓力常壓-8.0MPa下進行晶化，晶化時間為0.5-5天，得到氧化鋯納米晶溶液；其特征在于所述的反應溫度為170-250℃，各物質的加入量(摩爾比)為乙醇∶水∶添加劑∶有機鋯＝(30-130)∶(2-5)∶(10-30)∶1。
2.根據權利要求1所述的一種氧化鋯納米晶溶膠的制備方法，其特征在于所述的有機鋯是正丙醇鋯、異丙醇鋯、丁醇鋯。
3.根據權利要求1所述的一種氧化鋯納米晶溶膠的制備方法，其特征在于所述的添加劑是乙酰丙酮、雙甘醇、乙二醇。
全文摘要
一種氧化鋯納米晶溶膠的制備方法,是將一定量的有機鋯加入溶有可降低有機鋯反應活性添加劑的乙醇中,然后與含有去離子水的乙醇相混合,室溫下劇烈攪拌一段時間,將混合液轉入襯有聚四氟乙烯的不銹鋼高壓釜內,在一定溫度、壓力下晶化,就直接得到氧化鋯納米晶溶膠。本發明的制備過程簡單、操作方便,反應體系適用于堿性、中性、酸性。
文檔編號C01G25/02GK1253119SQ98124658
公開日2000年5月17日 申請日期1998年11月4日 優先權日1998年11月4日
發明者孫予罕, 趙軍平, 吳東, 范文浩, 徐耀 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所