[发明专利]一种高结晶度且粒径均一层状α－磷酸锆的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机层状化合物制备技术领域，特别是提供了一种高结晶度且粒径均一层状α-磷酸锆的制备方法，即首先将两种反应物溶液通过高速运转的胶体磨快速混合反应，生成粒径细小均一的晶核，然后将其转移至水热反应釜中晶化以生成结晶度高且粒径分布均一可控的α-磷酸锆。

背景技术

α-磷酸锆(α-Zr(HPO₄)₂·H₂O，简称α-ZrP)，是一类阳离子型层状化合物。α-ZrP具有较好的离子交换性能、耐酸碱性能、较高的热稳定性、择形吸附和催化性能，主要用作离子交换剂、催化剂及催化剂载体、生物分子固定剂以及自组装复合膜的基础原料等，在催化、医药、电化学、光化学、生物、环保等领域有广阔的应用前景。而α-ZrP的结晶度及其粒径分布对其理化性能及应用有重要影响。如以高结晶度且粒径均一的α-ZrP为模板，在插层单体分子后再进行原位聚合时能够得到分子量分布窄的高聚物。

目前制备α-ZrP主要有回流法、溶胶-凝胶法、直接沉淀法和水热法等四种方法。回流法和溶胶-凝胶法制备得到的α-ZrP结晶度不高且粒径分布不均一；直接沉淀法制备的α-ZrP结晶度较高，但是制备过程中需要用到氢氟酸，对设备的腐蚀严重；水热法合成得到的α-ZrP的结晶度较高，但通常水热法晶核的形成和晶粒的生长同步进行，因此产品粒径分布范围较宽。如在文献(1)中国有色金属学报，2001，11(5)：895中，张蕤等人采用水热法合成了α-ZrP，电镜照片显示α-ZrP粒径不均一，粒径分布范围较宽。

发明内容

本发明目的在于提供一种高结晶度且粒径均一层状α-磷酸锆的制备方法，解决传统水热反应方法在制备α-ZrP时晶核的形成与晶体生长同步进行，合成的α-ZrP产物粒径不均一，粒径分布范围较宽的问题。

本发明方法首先将两种反应物溶液通过高速运转的胶体磨快速混合反应，生成粒径细小均一的晶核，然后将其转移至水热反应釜中晶化以生成结晶度高且粒径分布均一可控的α-磷酸锆。具体工艺步骤如下：

A.将ZrOCl₂·8H₂O、浓盐酸(36-38wt％)加入到去离子水中配成溶液I；将浓磷酸(85wt％)、浓盐酸(36-38wt％)加入到去离子水中配成溶液II。将溶液I与溶液II在15-30℃的室温下同时加入到转速为3000-5000转/分钟的胶体磨中，反应后悬浊液迅速脱离胶体磨。按照将两种溶液混合后的总体积计算，各反应物料浓度分别为：ZrOCl₂·8H₂O浓度为0.044-0.36mol/L，磷酸浓度为2.0-10mol/L，盐酸浓度为0.50-4.0mol/L。

B.将步骤A所得悬浊液转移到聚四氟乙烯容器中，装满度为40-80％，将聚四氟乙烯容器密封于水热反应釜中，在180-240℃水热处理48-192小时，将水热釜自然冷却至室温，开釜抽滤，用去离子水洗涤滤饼至滤液pH值为6-7，将滤饼在50-60℃空气气氛中干燥后得产品。

采用日本岛津XRD-6000型X射线粉末衍射仪表征产物结构，其XRD测试结果如图1所示，表明产物为晶相单一的α-ZrP，峰形尖锐，表明产物结晶度高。采用日本日立S-4700场发射扫描电镜表征α-ZrP的形貌，测试结果见图2、图3和图4所示，α-ZrP为较规则的六边形，粒径大小均一，并且其粒径在0.4-2.8μm的范围内可调控。

本发明的效果及优点是：采用本发明方法可以获得结晶度高且粒径分布均一可控的α-ZrP，并且工艺简单、操作方便。

附图说明

图1为由采用本发明方法的实施例1制备得到的α-ZrP的XRD谱图。横坐标为角度2θ，单位为°(度)，纵坐标为衍射强度，单位为a.u.(绝对单位)。

图2为由实施例1制备得到的α-ZrP的场发射扫描电镜照片。

图3为由实施例2制备得到的α-ZrP的场发射扫描电镜照片。

图4为由实施例3制备得到的α-ZrP的场发射扫描电镜照片。

具体实施方式：

实施例1：

将1.707g ZrOCl₂·8H₂O、10mL浓盐酸(36-38wt％)加入到15mL水中配成溶液I；将81.5mL浓磷酸(85wt％)、10mL浓盐酸(36-38wt％)加入到5mL水中配成溶液II。将溶液I与溶液II在室温下同时加入到转速为5000转/分钟的胶体磨中快速混合反应，反应后悬浊液迅速脱离胶体磨。