一种高分散四方相纳米二氧化锆的制备方法

本发明涉及到纳米二氧化锆的合成方法，特别是涉及一种高分散四方相纳米二氧化锆的制备方法。

背景技术：

1、二氧化锆是同时具有酸性和碱性、氧化性和还原性的过渡金属氧化物，具有化学惰性和热稳定性高、硬度高、折射率高、介电常数高等优点。二氧化锆具有三种晶型：低温时为单斜晶型，在1100℃以上形成四方晶型，在1900℃以上形成立方晶型。四方相纳米二氧化锆具有相变增韧作用，可作为增强体与其他材料复合产生马氏体相变，被广泛应用于陶瓷领域。但在制备过程中不稳定的四方相二氧化锆会转变为单斜相结构。此外，纳米颗粒由于其高表面能容易发生团聚，团聚体会阻碍颗粒之间的流动并降低烧结活性，造成粉体质量严重下降。

2、公开号为cn116282145a的中国专利申请公开了一种高纯四方相二氧化锆纳米颗粒的制备方法。将配制好的锆盐溶液、碱性沉淀剂溶液和去离子水分别通过三台高压泵进入超临界水热合成设备进行反应，前驱体悬浊液经离心、洗涤、干燥处理后，在400～600℃下煅烧1～2小时处理后得到四方相二氧化锆纳米颗粒。该方法需要专门的超临界水热合成设备，生产成本较高，后续还需要煅烧，容易造成粉体团聚。

3、公开号为cn109776092b的中国专利申请公开了确定提供一种未掺杂球形、四方相纳米二氧化锆粉体的制备方法。通过调整sds/c10h21oh/h2o三者体系配比，采用不同摩尔比柠檬酸与硝酸氧锆替代体系中组分水，混均后30℃下恒温1-24小时，采用乙醇及水洗涤离心，将产物于50-80℃干燥2-24小时后500-800℃下煅烧，即得到未掺杂球形、四方相纳米二氧化锆粉体。该方法制备周期较长，也需要煅烧这一过程。

4、公开号为cn108190951a的中国专利申请公开一种水热法同时调控纳米二氧化锆晶粒尺寸与晶型的方法。以锆盐和各类沉淀剂和表面活性剂为原料，通过调整溶剂中醇和水的比例，利用水热法制备纯的四方相二氧化锆，所得产物分散性好。但该工艺对醇需求较大，反应温度高(达200℃)，后续还需要冷冻干燥样品，生产成本较高。

5、因此，寻求一种简便、低成本合成高分散四方相二氧化锆的方法是十分有必要的。

技术实现思路

1、本发明本发明的目的是以五水硝酸锆盐、氢氧化钠、丙三醇为生产原料，通过水热法和共沸蒸馏法制备纳米二氧化锆。该方法简单，原料容易得到，污染较少，所得产物颗粒均匀，颗粒分散性好、纯度高，易于实现工业生产。

2、一种高分散四方相纳米二氧化锆的制备方法，具体步骤如下：

3、(1)将五水合硝酸锆溶于水中，制得硝酸锆溶液；将氢氧化钠溶于水中，制得氢氧化钠溶液；

4、(2)向所述硝酸锆溶液中加入丙三醇，搅拌均匀，制得硝酸锆混合溶液；

5、(3)将所述硝酸锆混合溶液逐滴加入所述氢氧化钠溶液中，制得前驱体溶液，将前驱体溶液进行超声处理；

6、(4)将超声处理后的所述前驱体溶液转移至反应釜中，进行水热反应，制得产物；

7、(5)自然冷却至室温后，将所述产物经离心洗涤后再加入正丁醇制得混合产物；

8、(6)将所述混合产物转移至蒸馏烧瓶中，进行第一次蒸馏后提取固液混合物，将所述固液混合物进行第二次蒸馏，即可得到纳米氧化锆粉体。

9、作为优选的，步骤(1)所述的硝酸锆浓度为0.20～0.50mol/l，氢氧化钠用量为五水合硝酸锆的摩尔量的3.11～3.67倍。

10、作为优选的，步骤(2)所述的丙三醇与五水合硝酸锆摩尔比为3：1。

11、作为优选的，步骤(3)所述前驱体溶液的ph值为8～11。

12、作为优选的，步骤(4)所述水热反应的条件为水热温度为150～180℃，反应时间为14～20h。

13、作为优选的，步骤(5)所述离心洗涤步骤为，先用去离子水先离心洗涤三次后再用乙醇离心洗涤一次。

14、作为优选的，步骤(5)所述正丁醇与洗涤产物体积比为10：1。

15、作为优选的，步骤(6)所述第一次蒸馏的温度为93～98℃，蒸馏时间为10～60min。

16、作为优选的，步骤(6)所述第二次蒸馏的温度为118～123℃，蒸馏时间为60min。

17、相较于现有的制备工艺，本发明具有以下优点：

18、该方法制备出的纳米二氧化锆一次粒径在6～10nm内，二次粒径在122～295nm内，所得产物颗粒均匀，颗粒分散性好、纯度高，合成工艺简单，无需高温煅烧，对设备要求低。

技术特征：

1.一种高分散四方相纳米二氧化锆的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的硝酸锆浓度为0.20～0.50mol/l，氢氧化钠用量为五水合硝酸锆的摩尔量的3.11～3.67倍。

3.根据权利要求1所述的的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的丙三醇与五水合硝酸锆摩尔比为3：1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述前驱体溶液的ph值为8～11。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述水热反应的条件为水热温度为150～180℃，反应时间为14～20h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述离心洗涤步骤为，先用去离子水先离心洗涤三次后再用乙醇离心洗涤一次。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述正丁醇与洗涤产物体积比为10：1。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述第一次蒸馏的温度为93～98℃，蒸馏时间为10～60min。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述第二次蒸馏的温度为118～123℃，蒸馏时间为60min。

技术总结本发明公开一种高分散四方相纳米二氧化锆的制备方法，以五水硝酸锆为锆源，丙三醇为表面活性剂，氢氧化钠作为矿化剂调节体系pH，采用反向滴加的方式得到前驱体溶液，将前驱体溶液超声处理后转移至反应釜，进行水热反应。自然冷却后产物经离心洗涤后加入正丁醇混合均匀。将混合产物转移至蒸馏烧瓶中，进行第一次蒸馏后提取固液混合物，将所述固液混合物进行第二次蒸馏，去除多余的正丁醇。即可得粒径分布窄，分散性好的四方相纳米二氧化锆粉体，二氧化锆粒子一次粒径在6～10nm内，二次粒径在122～295nm之间。本实验操作过程简单，成本较低，制备样品纯度高，易于实现工业化。技术研发人员：王雷,汤建强,钟声亮,吴江,吴新根,邱才华,杨丽莎,孙琪,刘国栋,周益欢受保护的技术使用者：江西师范大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11