[发明专利]负载纳米ZrO2微晶球及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑垢材料，尤其涉及了一种以ZrO₂为原料的抑垢材料。

背景技术

ZrO₂是一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损的无机非金属材料，其在常温下为绝缘体，而高温下具有优良的导电性能。ZrO₂是有三种晶型，属多晶相转化的氧化物。稳定的低温相为单斜晶结构(m-ZrO₂)，密度为5.65g/cm³，高温下转化为四方晶系(t-ZrO₂)，密度达到6.10g/cm³，在更高温度下为立方晶系(c-ZrO₂)，密度为6.27g/cm³，其相互间的转化关系如下：

另外，ZrO₂具有良好的化学性质，是一种弱酸性氧化物，对碱溶液以及许多酸性溶液(热浓H₂SO₄、HF及H₃PO₄除外)都具有足够的稳定性，其表面同时具有酸性和碱性，同时拥有氧化性和还原性，又是p型半导体，易于产生氧空穴。

20世纪20年代初ZrO₂已应用于耐火材料领域，由于其在不同条件下具有独特的性能(如半导体性、敏感功能性和增韧性等)，到上世纪70年代中期，欧美发达国家竞相投入巨资开发ZrO₂生产技术，进一步将其拓展到结构和功能材料应用领域，使其在冶金、化工、玻璃和医学等方面占有越来越重要的地位。另外，ZrO₂作为生物陶瓷广泛用于人造牙、骨骼等人体构件，以及其在催化方面的应用也受到了特别关注。在我国ZrO₂为国家产业政策中鼓励重点发展的高新材料之一，目前广泛应用于各个行业。然而，ZrO₂在饮用水处理方面的应用仍属空白。

在饮用水处理中，如何去除水垢一直是此行业的一个重要问题。目前一般采用阳离子交换树脂去除水中钙、镁离子，降低水中硬度，从而达到去除水垢 的目的。然而此方法需要加盐再生，同时还需要反冲洗，浪费水和电。纳米ZrO₂由于其表面具有大量-OH基团，这些-OH基团可以通过离子交换作用置换水中的CO₃^2-和HCO₃^-，从而抑制水垢形成。此技术与阳离子交换树脂相比具有以下优点：没有特定流量限制，瞬间就可以去除水中硬度(水垢)；不需要反冲洗，解决了反冲洗浪费水的问题；其他物质(如氯、铁、锰等)对其基本没有影响。对饮用水中水垢的控制具有重大的潜在应用价值，而纳米ZrO₂新材料代表了抑垢领域的新趋势。

Al₂O₃金属陶瓷是指以Al₂O₃为主要材料，外加金属及其他添加剂，经高温烧结后制成的陶瓷结构材料。这种陶瓷材料具有许多优越特性，如高温力学性能、抗化学侵蚀性能、电绝缘性、较高的硬度和耐磨性等，广泛应用于高温结构和耐磨等领域。Al₂O₃金属陶瓷的主要缺点为烧结致密温度高、断裂韧性低、抗弯强度低等，通过复合其他材料可以得到既有金属的高导电性、高冲击韧性、高导热率等优点，又有陶瓷的高硬度、高熔点、高抗氧化性等特性。

发明内容

本发明提供了一种以ZrO₂为原料的抑垢材料。

负载纳米ZrO₂微晶球，包括材料为Al₂O₃·ZrO₂的球体，球体表面设有ZrO₂层。

负载纳米ZrO₂微晶球的制备方法，包括如下步骤：

步骤A：以Al₂O₃·ZrO₂复合粉末为前驱体，通过机械球磨细化粒度，使各组分混合均匀，而后经干压成型，采用热压烧结成球体；

步骤B：将球体用乙醇和水交替清洗，除去表面附着物，晒干、晾干或在60～80℃下烘干备用；

步骤C：将Zr(NO₃)₄水溶液喷洒到经步骤B处理后的球体表面；

步骤D：将氨水喷洒到经步骤C处理后的球体上，调节球体的pH为8.0～10.0， 并在60～80℃下烘干；