[发明专利]一种以锌铝低摩尔比类水滑石为前躯体制备锌铝尖晶石的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米锌铝尖晶石制备技术，尤其涉及以锌铝低摩尔比类水滑石为前躯体制备纳米锌铝尖晶石(ZnAl₂O₄)的方法。

背景技术

ZnAl₂O₄尖晶石是一种被广泛应用的无机非金属材料，因为其具有较高的热稳定性、低表面酸性和较强的机械阻力而被作为催化剂或催化载体应用到催化反面，同时因为其具有宽禁带半导体的性质而有望作为紫外透过半导体，传感器和电介质材料得到应用。目前制备该类尖晶石的方法主要有陶瓷法，溶胶-凝胶法等，传统的陶瓷法需要较高的煅烧温度，煅烧时产物容易团聚，整体均匀性差，比表面积小，而溶胶-凝胶法一般使用昂贵的金属醇盐作为反应起始物，使得制备的成本较高，且煅烧过程较为危险，需要相应的保护措施，对环境的影响大。为了克服陶瓷法和溶胶-凝胶法的缺陷，文献LuZou，Feng Li，Xu Xiang，David G.Evans，Xue Duan，Self-generated template pathway to high-surface-area zinc aluminate spinel with mesopore network from a single-source inorganic precursor，Chem.Mater.，18，5852(2006)中提出通过煅烧锌铝类水滑石的方法得到高比表面积的ZnAl₂O₄尖晶石。但该方法所使用的前驱体中锌铝摩尔比较大，煅烧产物中杂质的含量较多，需要通过进一步的化学处理才能得到纯相的ZnAl₂O₄尖晶石，原料的利用率相对较小，加大了制备成本。

锌铝类水滑石是制备ZnAl₂O₄尖晶石的前驱体材料，锌铝类水滑石的制备常用的方法是将锌盐、铝盐的混合盐溶液和氢氧化钠溶液同时滴加到去离子水中，控制pH值为6～10，再加入碳酸钠，搅拌得沉淀，抽滤、洗涤，得锌铝水滑石滤饼。此类方法需要控制pH值，所得到的锌铝水滑石晶粒小，结晶度和分散性欠佳，作为前躯体不利于纯相ZnAl₂O₄尖晶石的制备。

发明内容

针对现有利用类水滑石为前躯体技术制备纳米ZnAl₂O₄尖晶石煅烧产物中杂质的含量较多、原料的利用率低的不足，本发明提供一种以锌铝低摩尔比类水滑石为前躯体制备纳米ZnAl₂O₄尖晶石的方法。

本发明的技术方案如下：

一种纳米ZnAl₂O₄尖晶石的制备方法，包括步骤如下：

(1)锌铝类水滑石前驱体的制备

按摩尔比0.25＜Zn²⁺/Al³⁺＜1、CO(NH₂)₂/(Zn²⁺+Al³⁺)＝3～5的配比称取二价锌盐、三价铝盐和CO(NH₂)₂置于烧杯中，加入去离子水得到混合盐溶液，使混合盐溶液中二价锌盐浓度为0.02～0.25mol/L、三价铝盐的浓度为0.08～0.25mol/L、CO(NH₂)₂的浓度为0.3～2.0mol/L；将所述的混合盐溶液转移到三口瓶中，70℃～110℃油浴加热，搅拌6～18小时，保持70℃～110℃油浴温度下静置3～48小时，然后冷却到室温，过滤并用去离子水冲洗，将滤饼在60℃～80℃下干燥6～24小时，研磨得到锌铝类水滑石前驱体晶粒状粉体。

(2)ZnAl₂O₄尖晶石的制备

a.当步骤(1)中混合盐溶液中Zn²⁺/Al³⁺摩尔比为0.5时，将所得到的锌铝类水滑石前驱体置于马弗炉中，以3～15℃/分钟的速度升温至700℃～1000℃，保温1～5小时，随炉温自然冷却到室温，得到纯相的ZnAl₂O₄尖晶石纳米粉体；无需进行其它后处理。