[发明专利]一种球状纳米三氧化二铬的制备方法

说明书

本发明公开了一种球状纳米三氧化二铬的制备方法。所述制备方法包括：使铬酸铵晶体、添加剂按照摩尔比1:0.2～1:1均匀混合，之后对所获混合物于400～1000℃进行热分解反应，并保温0～12h，获得球状纳米三氧化二铬。所述添加剂包括高温易分解的盐，如硝酸铵、碳酸氢铵和尿素中的任意一种或两种以上的组合。本发明提供的球状纳米三氧化二铬的合成路线短，操作简单，仅需一步热分解即可得到目标产品；利用本发明制备的球状纳米三氧化二铬产品纯度高，三氧化二铬的主含量可以达到99％以上，杂质含量低，不含硅和钒，产品可满足氧化铬绿颜料和磨料的纯度要求，并且其平均粒径为80nm～90nm，粒径尺寸均匀，且分散性较好。

技术领域

本发明涉及一种纳米级三氧化二铬的制备方法，特别涉及到一种球状纳米三氧化二铬的制备方法，属于无机非金属材料的制备技术领域。

背景技术

三氧化二铬又称氧化铬及氧化铬绿，Cr₂O₃；分子量152，为六方晶系，深绿色；密度5.21g/cm³，莫氏硬度9，仅次于金刚石，而与刚玉、碳化硅相近；加热时稳定，熔点2266±25℃，沸点约4000℃；折射率为2.5，故颜料的遮盖率高。化学性质稳定，不溶于水及有机溶剂，耐酸耐碱，对光、大气及腐蚀性气体SO₂、H₂S等及稳定，即有良好的耐气候性。

三氧化二铬(Cr₂O₃)的晶体结构与刚玉相似。三氧化二铬具有稳定的化学性质，一般条件下不与酸或碱发生反应。三氧化二铬作为一种重要的铬盐产品，在国民经济中具有广泛应用，可用作研磨剂，冶金原料，热喷涂材料，催化剂和耐火材料。一些特殊形貌的三氧化二铬还有其他特殊用途，如高级着色剂，氢吸附材料，传感电极和太阳能吸收器。特殊形貌的三氧化二铬包括大颗粒三氧化二铬、多孔三氧化二铬、三氧化二铬纳米线以及球状纳米三氧化二铬。

其中纳米三氧化二铬是最重要的一种产品，应用最为广泛，在冶金和精细化工领域应用较多。这是因为纳米三氧化二铬具有以下三个显著特点，其一，具有比其本体更高的硬度和刚性，应用于纳米晶陶瓷中，可以提供更好的硬度和韧性。其二，纳米三氧化二铬还表现出了特征性的超顺磁性能，可用作铁电材料。其三，纳米三氧化二铬作为催化剂用于许多反应，如氨分解、甲苯氧化和脱氢，在氧化还原反应中起着积极的作用。

三氧化二铬与重铬酸钠、铬酸酐、碱式硫酸铬同为铬盐四大产品。商品三氧化二铬大部分由重铬酸钠制得，其产量大约占重铬酸钠消费量的20％。世界各国三氧化二铬总生产能力约10万吨/年。

目前工业生产三氧化二铬方法有多种，大规模生产用主要有三种：铬酸酐热分解法，氢氧化铬热分解法和重铬酸钠与硫酸铵复分解法；规模较小的方法有重铬酸钾硫磺还原法，重铬酸铵热分解法，重铬酸钠碳还原法，氯化铬氧化法等。制备纳米三氧化二铬的方法主要是水热还原法，固体热分解法，溶胶-凝胶法，激光诱导沉积法，机械化学法等。这些制备方法都是以钠系或钾系铬酸盐为原料，利用铵系铬酸盐制备方法很少。

1.重铬酸钠与硫酸铵热分解法

将重铬酸钠与硫酸铵按照化学计量混合均匀，送入回转窑内，在850℃～1050℃条件下焙烧，再经过水溶、压滤、洗涤、烘干、粉碎得到三氧化二铬，副产硫酸钠，反应方程式如下。

Na₂Cr₂O₇+(NH₄)₂SO₄＝Cr₂O₃+Na₂SO₄+N₂↑+4H₂O↑

2.铬酸酐热分解法

铬酸酐热分解法是我国最主要的三氧化二铬的生产方法，工艺简单，但成本较高，主要用于生产价格较高的颜料和磨料用三氧化二铬，反应方程式如下：