[发明专利]一种醇法制备纳米氧化锆的方法

说明书

本发明公开了一种醇法制备纳米氧化锆的方法，反应以ZrCl₄和无水正丁醇为初始反应物在反应釜中生成丁醇锆，再通过控制反应条件在矿化剂氯化钙的作用下进一步生成纳米氧化锆，从ZrCl₄到纳米氧化锆只需要在同一反应釜中通过控制工艺条件进行反应，由于在同一反应容器中完成所有反应，有利于工业化生产；ZrCl₄和无水正丁醇的反应通过氮气置换法去除体系中的氯化氢，使生成正丁醇锆的反应进行得快速彻底，不需要向体系中额外引入氨气或醇钠，工艺简单，安全可靠；通过微波加热在矿化剂氯化钙的作用下完成反应，不需要进行高温煅烧，只需要在低温条件下进行干燥即可得到成品，所得产品粒径2‑6nm，晶粒发育完整，粒度小，分布均匀，无团聚。

技术领域

本发明涉及氧化锆制备领域，具体为一种醇法制备纳米氧化锆的方法。

背景技术

纳米氧化锆粉是制备氧化锆纳米陶瓷及耐火材料的重要原料。氧化锆陶瓷具有优良的耐高温性能和高温导电性，较高的硬度(莫氏7级)、高温强度和韧性，良好的热稳定性及化学稳定性，并且抗腐蚀，性能稳定。该产品可用作高温发热体，如火箭前锥体、磁流体发电机的电极、发动机部件，也可用作超高温耐火材料、研磨材料、切削刀具、电子陶瓷(高压、高频陶瓷)、生物陶瓷等。该产品还用于制造要求使用温度和化学纯度较高的窑具、坩埚，与刚玉窑具相比，氧化锆能提供良好的使用性能，因为它对器皿的惰性程度较高。用氧化锆制成的坩埚，可以熔炼钾、钠、铁以及铂、钯、铑等金属。使用感应加热的氧化锆管主要用于玻璃纤维的制造。此外，氧化锆在搪瓷工业中用于提高搪瓷的耐酸性能；在玻璃工业中用于提高其抗碱性能，并且制造良好化学稳定性和热稳定性的玻璃；在冶金工业中用来制造各种含锆的合金。现有的制备纳米氧化锆的工艺方法有很多种，如水热法、沉淀法、反胶团法、化学气相沉积、超临界干燥法、冷冻干燥法、凝聚法等，现有的制备方法存在诸如工艺复杂、制备要求高或者制备出的纳米粉体容易团聚、均匀性不够好等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种醇法制备纳米氧化锆的方法，反应以ZrCl₄和无水正丁醇为初始反应物在反应釜中生成丁醇锆，再通过控制反应条件在矿化剂氯化钙的作用下丁醇锆在高温高压条件下进一步生成纳米氧化锆，所有反应在正丁醇溶剂体系中进行，也即是说从ZrCl₄到纳米氧化锆只需要在同一高温高压反应釜中通过控制工艺条件进行反应，最后将沉淀物进行过滤、洗涤和低温干燥即可实现制备，由于在同一反应容器中完成所有反应，有利于工业化生产；ZrCl₄和无水正丁醇的反应通过氮气置换法去除体系中的氯化氢，使生成正丁醇锆的反应进行得快速彻底，不需要向体系中额外引入氨气或醇钠，工艺简单，安全可靠；通过微波加热在矿化剂氯化钙的作用下完成反应，不需要进行高温煅烧，只需要在低温条件下进行干燥即可得到成品，所得产品粒径2-6nm，晶粒发育完整，粒度小，分布均匀，无团聚。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种醇法制备纳米氧化锆的方法，其特征在于，制备方法包括如下工艺步骤：

S1、向反应釜中加入一定量的ZrCl₄，再加入经过无水硫酸镁干燥并精馏后的过量无水正丁醇，加热升温控制反应温度为100-120℃，保温一段时间，反应进行的同时向反应釜的液体中通入氮气，用氮气置换出反应釜中的气体，向液体中通入氮气一方面可以置换出体系中的氯化氢气体，一方面起到搅拌作用，多个微小气泡形成无数个反应界面，促进反应的有效进行；

S2、步骤S1反应结束后向反应釜中加入矿化剂CaCl₂，再次向反应釜中通入一定量氮气，密闭反应釜，利用微波加热升温，此时反应釜内的压力也不断上升，直至体系温度为180-200℃、压力在1.2MPa以上，保温保压1-2h；

S3、反应结束后降温抽滤，向抽滤产物中加入适量去离子水，搅拌10-20min后二次抽滤，对二次抽滤产物在300-350℃条件下进行低温干燥，得最终产品。