[发明专利]一种氧化锆纳米晶溶胶的制备方法

说明书

本发明属于一种纳米氧化锆的制备方法，具体地说涉及一种氧化锆纳米晶溶胶的制备方法。

氧化锆具有非常广泛的用途和独特的性能，被人们誉为21世纪最有前途的材料之一。在光学方面，由于ZrO₂的高折射率，与低折射率的SiO₂交替镀膜，可制作反射率达+99％的高反膜；在电学方面，ZrO₂作为固体电极被用于氧气传感器、电解H₂O及燃料电池的电极等；在功能陶瓷中，ZrO₂复合高性能陶瓷也是主要研究课题之一。同时ZrO₂是唯一兼具酸性、碱性、氧化硅、还原性等四种性质的金属氧化物，作为载体或催化剂显示出独特的催化活性和选择性。

目前报道的纳米ZrO₂制备方法很多，包括沉淀法、微乳法、化学分解法、水热法和溶胶-凝胶法等。制备的ZrO₂形态一般为无定形溶胶、粉体或纳米晶粉体，而关于ZrO₂纳米晶溶胶制备的报道非常少。在日本化学工业株式会社申请的专利1014199中公开了一种制备单斜氧化锆超微晶分散溶胶，该方法包括制备水和二氯氧化锆的澄清或果汗冻混合物或者锆盐或氢氧化物和盐酸的水溶液，将该混合物或水溶液置于一密闭容器内，于高于130℃的温度水热处理24小时以上，得到一种白色膏状物，然后用水稀释膏状产物使其锆浓度低于1摩尔/升，调节pH值到3-7，最后浓缩该稀释产物。该专利是用无机锆盐作原料在水溶液中进行反应，在制备过程中不可避免引进无机杂质离子，而且反应体系制备过程复杂。

本发明的发明目的是提供一种制备简单的氧化锆纳米晶溶胶的制备方法。

本发明的目的是这样实现的，将一定量的有机锆加入溶有可降低有机锆反应活性添加剂的乙醇中，然后与含有去离子水的乙醇相混合，室温下剧烈搅拌一段时间，将混合液转入衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜内，在一定温度、压力下晶化，就直接得到氧化锆纳米晶溶胶。

本发明的制备方法如下：

1.将可降低有机锆反应活性的添加剂加入到占乙醇总量50％的乙醇中，溶解得到溶液A；

2.将有机锆加入溶液A得到溶液B；

3.将去离子水加入到剩余乙醇中得到乙醇溶液C；

4.将溶液B与溶液C混合后，在室温下剧烈搅拌30分钟，装入高压釜内，在一定温度下，起始反应压力为常压-8.0MPa下进行晶化，晶化时间为0.5-5天，得到氧化锆纳米晶溶胶；

其特征在于所述的反应温度为170-250℃，各物质的加入量(摩尔比)为：

乙醇∶水∶添加剂∶有机锆＝(30-130)∶(2-5)∶(10-30)∶1。

如上所述的有机锆是正丙醇锆、异丙醇锆、丁醇锆。

如上所述的添加剂是乙酰丙酮、双甘醇、乙二醇。

如上所述得到的氧化锆纳米品溶胶外观呈半透明状，并且在60℃下干燥3天以蒸掉溶剂，然后经150℃空气干燥12小时，再经过150℃真空干燥6小时，得到干凝胶粉末。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)制备过程简单、操作方便。

(2)反应体系适用于碱性、中性、酸性。

(3)溶胶中基本颗粒尺寸与晶粒大小相同，所以每个基本颗粒都为单个晶粒。

(4)经干燥后得到的凝胶粉末具有中孔结构，且孔分布较窄，BET值较大。

本发明的实施例如下：

实施例1

将15.17ml的双甘醇溶于20ml乙醇中，搅拌得到均匀溶液，然后将3.5406g丙醇锆(75wt％正丙醇锆于正丙醇溶剂中)快速加入其中，搅拌得到淡黄色溶液I；另外在20ml乙醇中加入0.529ml去离子水，得到均匀溶液II。剧烈搅拌状态下将溶液II缓慢倒入溶液I中，然后在室温下搅拌反应30min后，将混合液转入衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜内，在210℃，8.0MPa(起始压力)下晶化24h，得到ZrO₂纳米晶溶胶。将溶胶在60℃下干燥3天以蒸掉乙醇，然后经150℃空气干燥12h和150℃真空干燥6h得到干凝胶粉末，其XRD分析出现四个明显的衍射峰，晶型为四方相，晶粒尺寸为4.1nm，BET面积为144m²/g。

实施例2

将0.433ml的水加入20ml乙醇中形成溶液II，在4.0MPa(起始压力)下晶化，其余同实施例1。晶粒尺寸为3.3nm，BET面积＞100m²/g。

实施例3