[实用新型]一种纳米氧化锆粉体材料前驱体的脱水装置

说明书

技术领域

本实用新型是一种纳米氧化锆粉体材料前驱体的脱水装置。属于金属氧化物超微结构制造装置。 

背景技术

纳米粒子是由数目较少的分子或原子构成的集合体，它介于宏观物质和微观原子、分子之间，活性相当高，处于热力学的不稳定状态。 

纳米粉体材料是指粒径在1～100nm的粉末或颗粒。由于其粒径小，比表面积大、界面多，从而表现出许多与常规粉末不同的特殊的物理化学性质，即表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。正是由于纳米粒子这些特殊的性质，赋予纳米粒子诸多宏观材料所无法比拟的优良性能。例如：改变金属的熔点，提高物质的化学反应活性，提高催化剂催化活性，提高有机合成材料的强度、硬度、韧性；极大提高涂层的硬度、韧性、抗磨损、耐刮擦、隔热保温、耐腐蚀、耐高温、抗菌等相能；改变金属的声、光、电、热、磁、力学性能等。因此纳米材料在电子、化工、环保、生物、医药、陶瓷、催化、能源等诸多领域具体广阔的开发前景。 

氧化锆具有优异的物理、化学特性，是目前韧性强度最好的陶瓷材料。是理想的耐磨损、耐高温、耐腐蚀、生物惰性好，高强度的结构陶瓷材料。 

纳米氧化锆不仅具有氧化锆所有的优良特性，而且增加了纳米粒子的诸多优良特征。纳米氧化锆和其他材料表面接触后不再仅仅是普通粉体材料的吸附，而是通过部分化学键相互结合为一体，具有极高的稳定性。用于各种涂料制备，能够显著提高涂层材料的耐水洗，耐磨损、耐刮擦、耐腐蚀、耐火等性能指标。 

但是，现有技术中，湿化学法制备纳米氧化锆粉体采用直接干燥脱水方法，获得前驱体，煅烧时容易形成硬团聚。形成的主要原因是前驱体表面有大量的吸附水，若直接干燥脱水，水蒸发过程中产生的毛细管应力会导致凝胶中颗粒紧密靠近，并通过颗粒表面羟基(-OH)间脱水缩合产生硬团聚，导致制得的纳米氧化锆粉体材料，难以得到理想的分散状态，给材料的应用造成了极大的困惑，成为纳米氧化锆粉体材料优异性能得到正常发挥的技术障碍。 

特别是氧化锆纳米粉体由于粒径小，比表面能高，在涂料中非常容易团聚或被其他填料、颜料包埋。难以制得高性能纳米氧化锆—氧化钛涂料，使其在涂料中仍能保持纳米级状态。 

目前，替代现有技术中的直接干燥脱水方法，去除前驱体中的水分，从而制得使用分散 性好，性能优异的纳米氧化锆粉体材料前驱体的脱水装置尚未见到。 

发明内容

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种纳米氧化锆粉体材料前驱体的脱水装置，用以替代现有技术中的直接干燥脱水装置。 

本实用新型的目的可以通过如下措施来达到： 

纳米氧化锆粉体材料前驱体的脱水装置，其特征在于以锆盐为原料制得的氢氧化锆凝胶即前驱体采用共沸脱水装置替代现有技术中的烘干装置，包括如下通过管线和管件相互连接的组件： 

①共沸蒸馏釜组件 

包括带有控温夹层2的共沸蒸馏釜1和与之直接连接的前驱体进料口3、脱水后煅烧前驱体出料口4、循环泵5、循环管线6和分馏塔7； 

②冷凝器组件 

包括冷凝器8和与之直接连接的冷凝水入口管线9、冷凝水出口管线10和冷凝液出口管线11； 

③分相器组件 

由分相器12和与之直接连接的分布器13、液位计14、放空管或真空接管15和脱出的水排放管线16； 

所述共沸蒸馏釜组件①通过分馏塔7及管线与冷凝器组件②连接；冷凝器组件②通过冷凝液出口管线11与分相器组件③相连接；分相器组件③通过回流管线17与共沸蒸馏釜组件①相连接。 

发明人发现，湿化学法制备纳米氧化锆粉体煅烧时容易形成硬团聚，形成的主要原因是前驱体表面有大量的吸附水，若直接干燥脱水，水蒸发过程中产生的毛细管应力会导致凝胶中颗粒紧密靠近，并通过颗粒表面羟基(-OH)间脱水缩合产生硬团聚，从而严重影响前驱粉体的性能。共沸蒸馏技术可以有效脱除凝胶中的水分，其作用原理为：将湿凝胶和一种能与水共沸的有机溶剂混合后蒸馏，当有机溶剂和水蒸汽压之和等于大气压时.二相混合物开始形成共沸，随着蒸馏的进行，混合物中水的含量不断减少；随着这种混合物组分的变化，混合物的共沸点不断升高，直至有机溶剂的沸点。通过共沸蒸馏可以使凝胶沉淀内包裹的水分子以共沸物的形式最大限度地被脱除，从而防止硬团聚的形成。 

在纳米氧化锆湿化学法工业生产中，传统的干燥方式通常为直接干燥，然后煅烧，这种方式虽然能生产出纳米粉体，但粉体硬团聚比较明显，极大的影响了粉体的性能。