一種制備氧化鉻納米材料的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及氧化鉻納米材料的制備方法，屬于無機材料的制備技術領域。
【背景技術】
[0002]納米材料以其特殊的性能和廣闊的發展前景引起眾多科學家們的廣泛關注。氧化鉻是一種用途十分廣泛的無機功能材料，而氧化鉻納米材料由于具有熔點高(2435°C )，硬度大，高溫抗氧化性好，摩擦系數小，弱磁性等一系列特殊的性能用途而被廣泛研究。例如:氧化鉻因具有穩定的晶型和較高的熔點可被廣泛用作耐火材料和陶瓷涂層，它也可用作無機顏料、磁性材料或磁記錄材料等的研磨劑、速燃催化劑、光催化材料應用于石油化工、機械、電子和化學等領域。目前，制備氧化鉻納米材料的方法主要采用液相法，它包括微乳液法、超臨界流體脫溶法(SAS)、輻射化學合成法、沉淀法、水熱法等。其中沉淀法是液相化學反應合成金屬氧化物納米粉末最普通的方法。它是指在溶液狀態下將不同化學成分的物質混合后，在混合液中加入適當的沉淀劑制備前驅體沉淀物，再將沉淀物進行干燥或煅燒，從而制得相應的納米氧化物粉體。該方法制備的粉體粒徑分布均勻、粒徑小并可得到多組份粉體、生產成本低、原料易得、純度高。但該方法工藝復雜，能耗較高。李素平等以Cr(N03)3.9H20為原料，以氨水為沉淀劑，以聚乙二醇(PEG-1000)為分散劑，采用沉淀法制備了粒徑為20-50nm的納米氧化鉻顆粒。但這種方法工藝復雜，需要加入沉淀劑、調節反應液的pH值等，需要控制的參數比較多，工藝復雜，成本較高。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種制備氧化鉻納米材料的方法，以去離子水為溶劑，九水合硝酸鉻或六水合氯化鉻為鉻源，采用溶膠凝膠法制備氧化鉻前驅體，然后對氧化鉻前驅體進行焙燒得到氧化鉻納米材料。
[0004]本發明的技術方案如下:
[0005]一種制備氧化鉻納米材料的方法，包括以下步驟:
[0006]1、混合液的調配
[0007]在水中加入鉻鹽，攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液，再加入配位體和表面活性劑，繼續磁力攪拌至溶液完全變為澄清；
[0008]2、前驅體的制備
[0009]將混合溶液放入恒溫水浴鍋中加熱，然后放入干燥箱內直至得到干凝膠；
[0010]3、前驅體的焙燒
[0011 ] 將干凝膠放于馬弗爐內焙燒得到氧化鉻納米粉體。
[0012]步驟1中所述的鉻鹽為Cr (N03) 3.9H20或CrCl3.6H20中的任意一種，鉻鹽溶液的摩爾濃度為0.04-0.15mol/L0
[0013]步驟1中所述的配位體為檸檬酸、葡萄糖、EDTA、抗壞血酸或乳酸中的任意一種，鉻鹽與配位體的摩爾比為1:1-1:3。
[0014]步驟1中所述的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮(K-30)，鉻鹽與聚乙烯吡咯烷酮的摩爾比為1:1-1:5。
[0015]步驟2中所述的恒溫水浴溫度為80°C，水浴加熱時間為2小時；干燥箱中的溫度為150°C，干燥時間為24小時。
[0016]步驟3中所述的焙燒溫度為500-800°C，焙燒時間為2_3小時。
[0017]與現有的方法相比，本發明優點在于:
[0018]1.本發明的原料廉價易得、無毒害、不需要還原劑和沉淀劑，制備的氧化鉻納米材料純度高，分散性好，具有優良的熱穩定性。
[0019]2.本方法成本低，生產工藝簡單，易于工業化大規模生產，整個工藝不產生含鉻廢棄物，是一種對環境清潔友好的制備氧化鉻納米材料的方法。本發明制備的氧化鉻納米材料可以用于氫氣吸收以及儲存、高密度氧化鉻材料、光學材料、功能涂料等領域。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明實施例1中氧化鉻納米材料的TEM圖。
[0021 ]圖2為本發明實施例1中氧化鉻納米材料的XRD圖。
[0022]圖3為本發明實施例2中氧化鉻納米材料的XRD圖。
[0023]圖4為本發明實施例3中氧化鉻納米材料的XRD圖。
[0024]圖5為本發明實施例4中氧化鉻納米材料的XRD圖。
[0025]圖6為本發明實施例5中氧化鉻納米材料的XRD圖。
[0026]圖7為本發明實施例6中氧化鉻納米材料的XRD圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實例和附圖對本發明進行詳細說明。
[0028]實施例1:將1.077g CrCl3.6Η20溶解在100mL的去離子水中，然后稱取2.534g檸檬酸和2.220g聚乙烯吡咯烷酮加入氯化鉻溶液中，磁力攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液。將混合溶液放入80°C恒溫水浴鍋中加熱2小時，然后放入干燥箱內，150°C恒溫干燥24小時得到干凝膠。最后將干凝膠放于馬弗爐中高溫焙燒3小時，焙燒溫度為500°C，得到氧化鉻納米粉體。圖1為樣品的TEM圖，從圖中可以看出氧化鉻納米粒子的大小為10nm左右，且不團聚，分散性良好。圖2為樣品的X射線衍射圖，從圖1可以看出衍射角在33.6、36.2、41.5、50.2、54.9、63.5和65.1。出現了上出現7個很明顯的衍射峰，經過jade軟件分析可知，這些衍射角分別對應 Cr203 的(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(214)和(300)晶面，表明產物為氧化鉻納米晶。
[0029]實施例2:將2.424g Cr (Ν03) 3.9Η20溶解在lOOmL的去離子水中，然后稱取3.802g檸檬酸和2.664g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸鉻溶液中，磁力攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液。將混合溶液放入80V恒溫水浴鍋中加熱2小時，然后放入干燥箱內，150°C恒溫干燥24小時得到干凝膠。最后將干凝膠放于馬弗爐中高溫焙燒2小時，焙燒溫度為600°C，得到氧化鉻納米粉體。圖3為樣品的X射線衍射圖，同樣經過分析可知產物為Cr203納米晶。
[0030]實施例3:將3.234g Cr (Ν03) 3.9Η20溶解在lOOmL的去離子水中，然后稱取3.171g葡萄糖和3.552g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸鉻溶液中，磁力攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液。將混合溶液放入80V恒溫水浴鍋中加熱2小時，然后放入干燥箱內，150°C恒溫干燥24小時得到干凝膠。最后將干凝膠放于馬弗爐中高溫焙燒2小時，焙燒溫度為700°C，得到氧化鉻納米粉體。圖4為樣品的X射線衍射圖，同樣經過分析可知產物為Cr203納米晶。
[0031 ] 實施例4:將4.043g Cr (N03) 3.9H20溶解在lOOmL的去離子水中，然后稱取2.935gEDTA和3.330g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸鉻溶液中，磁力攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液。將混合溶液放入80V恒溫水浴鍋中加熱2小時，然后放入干燥箱內，150°C恒溫干燥24小時得到干凝膠。最后將干凝膠放于馬弗爐中高溫焙燒3小時，焙燒溫度為800°C，得到氧化鉻納米粉體。圖5為樣品的X射線衍射圖，同樣經過分析可知產物為Cr203納米晶。
[0032]實施例5:將4.851g Cr (Ν03) 3.9Η20溶解在lOOmL的去離子水中，然后稱取2.120g抗壞血酸和2.664g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸鉻溶液中，磁力攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液。將混合溶液放入80°C恒溫水浴鍋中加熱2小時，然后放入干燥箱內，150°C恒溫干燥24小時得到干凝膠。最后將干凝膠放于馬弗爐中高溫焙燒3小時，焙燒溫度為600°C，得到氧化鉻納米粉體。圖6為樣品的X射線衍射圖，同樣經過分析可知產物為Cr203納米晶。
[0033]實施例6:將6.064g Cr (Ν03) 3.9Η20溶解在100mL的去離子水中，然后稱取1.365g乳酸和1.665g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸鉻溶液中，磁力攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液。將混合溶液放入80恒。C溫水浴鍋中加熱2小時，然后放入干燥箱內，150°C恒溫干燥24小時得到干凝膠。最后將干凝膠放于馬弗爐中高溫焙燒2小時，焙燒溫度為500°C，得到氧化鉻納米粉體。圖7為樣品的X射線衍射圖，同樣經過分析可知產物為Cr203納米晶。
【主權項】
1.一種制備氧化鉻納米材料的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、混合液的調配 在水中加入鉻鹽，攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液，再加入配位體和表面活性劑，繼續磁力攪拌至溶液完全變為澄清； 步驟2、前驅體的制備 將混合溶液放入恒溫水浴鍋中加熱，然后放入干燥箱內直至得到干凝膠； 步驟3、前驅體的焙燒 將干凝膠放于馬弗爐內焙燒得到氧化鉻納米粉體。2.根據權利要求1所述的制備氧化鉻納米材料的方法，其特征在于，步驟I中所述的鉻鹽為Cr(NO3)3.9H20或CrCl3.6H20中的任意一種，鉻鹽溶液的摩爾濃度為0.04-0.15mol/L03.根據權利要求1所述的制備氧化鉻納米材料的方法，其特征在于，步驟I中所述的配位體為檸檬酸、葡萄糖、EDTA、抗壞血酸或乳酸中的任意一種，鉻鹽與配位體的摩爾比為4.根據權利要求1所述的制備氧化鉻納米材料的方法，其特征在于，步驟I中所述的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮，鉻鹽與聚乙烯吡咯烷酮的摩爾比為1:1-1: 5。5.根據權利要求1所述的制備氧化鉻納米材料的方法，其特征在于，步驟2中所述的恒溫水浴溫度為80°C，水浴加熱時間為2小時；干燥箱中的溫度為150°C，干燥時間為24小時。6.根據權利要求1所述的制備氧化鉻納米材料的方法，其特征在于，步驟3中所述的焙燒溫度為500-800°C，焙燒時間為2-3小時。
【專利摘要】本發明公開了一種制備氧化鉻納米材料的方法。采用溶膠凝膠法，以Cr(NO3)3·9H2O或CrCl3·6H2O為鉻源，配位體選用檸檬酸、葡萄糖、EDTA、抗壞血酸或乳酸，將鉻鹽和配位體分別加入到去離子水中，攪拌加入表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮（K-30），磁力攪拌至完全溶解得到淡綠色澄清溶液。再經過干燥和焙燒即可制得氧化鉻納米材料。本方法成本低，生產工藝簡單，易于工業化大規模生產，整個工藝部產生含鉻廢棄物，是一種對環境清潔友好的制備氧化鉻納米材料的方法。本發明制備的氧化鉻納米材料可以用于氫氣吸收以及儲存、高密度氧化鉻材料、光學材料、功能涂料等領域。
【IPC分類】C01G37/02
【公開號】CN105329944
【申請號】CN201410398500
【發明人】李平云, 張朋, 姜煒, 李鳳生, 劉宏英, 郭效德, 鄧國棟, 顧志明, 王玉姣
【申請人】南京理工大學
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2014年8月13日