一种纳米级掺钇氧化锆粉体的均相沉淀制备方法

：本发明涉及一种纳米级掺钇氧化锆粉体的制备方法，特别是涉及以氧氯化锆和氧化钇为原料，采用均相沉淀法制备纳米氧化锆粉体。

背景技术

0、背景技术：

1、二氧化锆是一种重要的无机非金属材料，因具有高耐磨性、高韧性、高抗弯强度、低热导率及良好的抗热冲击性能等优点而被广泛应用于耐火材料、固体燃料电池、传感器和新材料等领域。

2、2022年全球氧化锆市场规模达7.91亿美元，预测到2031年，全球氧化锆市场规模将达到11.02亿美元，预测期内复合年增长率为3.7％。而全球锆矿资源主要来自于南非、澳大利亚等国家，我国锆矿的探明储量仅50万吨，占全球锆矿资源的比重不足1％，我国要想牢牢把握住不断增长的纳米氧化锆市场，实现氧化锆的高效生产显得尤为重要。

3、纳米氧化锆的制备方法总体来说可以归为两大类：物理法和化学法。采用物理方法可以得到性能优异的纳米粒子，但所用设备复杂、价格高、操作要求严格，不适用于工业化生产。化学方法分为气相法、液相法、固相法3种。液相法由于制备工艺简单、化学组成以及粒度分布可控等特点而倍受关注。液相法主要有均相沉淀法、喷雾热解法、溶胶凝胶法、水热法、溶剂热法等。其中，水热法、溶剂热法、喷雾热解法等设备昂贵、制备工艺复杂；溶胶凝胶法原料昂贵、反应所需时间较长；而均相沉淀法通过溶液中的化学反应，缓慢而均匀地产生沉淀剂，从而使沉淀在整个溶液中缓慢而均匀地析出，可避免一般沉淀法中局部过浓现象的发生且防止杂质共沉淀，是从水溶液中将金属离子制成沉淀的重要方法，具有成本低、操作简单、反应条件温和且易于控制，制得的产品分散性好、粒度分布窄、避免杂质共沉淀等优点，因而具有良好的应用前景。

4、现有文献

5、专利文献1：申请号：cn202311759247.7，发明名称：一种高纯度的氧化锆粉体及其制备方法。该方法对锆前驱体溶液进行加热反应以得到含锆反应混合物；将所述含锆反应混合物调节ph值小于或等于2.0，然后进行固液分离处理以得到含锆固体；将所述含锆固体用纯水配制成质量浓度在5％至70％之间的含锆浆液，并按照所需化学计量比向所述含锆浆液中添加金属氧化物mxoy的前驱体，m选自钇、钙、镁、铈、镨、钒、钼和钛元素中的一种或多种；将所述含锆浆液调节ph值至大于或等于6.0，然后进行固液分离处理以得到主要组分前体固体；将所述主要组分前体固体进行干燥和煅烧处理，并在洗涤造粒后制得氧化锆粉体；其中，将所述主要组分前体固体进行干燥和煅烧处理，并在洗涤造粒后制得氧化锆粉体。

6、专利文献2：申请号：cn202211682036.3，发明名称：一种以钇稳定的氧化锆纳米粉体的制备方法。该方法通过水热合成法，用氨水、氧氯化锆、氯化钇混合溶液在高温和高压下进行水解反应，进而成核、生长，最终形成具有一定粒度和结晶形态的氧化锆晶粒，在调整ph值的过程中添加分散剂聚乙二醇6000，促进氯化钇与氨水反应获得的氢氧化钇与氢氧化锆共同沉淀，分散性能较好。在煅烧过程中氧化钇在氧化锆晶相与氧化锆之间形成固溶体或复合体，在保持主相结构的同时，能改变晶体内部结构，形成亚稳的四方相或立方相，使氧化锆由单一的单斜相变成双晶结构的四方相和立方相，可有效提高氧化锆的抗热稳定性。在研磨过程中，可将发生团聚的氧化锆重新进行分散，经过雾化干燥，制备成粒度分布窄，流动性能优的纳米氧化锆粉体。

7、非专利文献1.huang z,han w,feng z,et al.the effects of precipitants onco-precipitation synthesis of yttria-stabilized zirconia nanocrystallinepowders[j].journal of sol-gel science and technology,2019,90:359-368.

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、基于上述问题，本发明的目的是提供一种成本低、工艺简单、能耗低且较为环保的掺钇氧化锆的制备方法。克服现有制备方法中存在的团聚、粒径不均一、形貌不规则等问题。

2、为了实现本发明的上述技术目的，本发明人提出如下技术方案：

3、本发明提供了一种纳米级掺钇氧化锆粉体的均相沉淀制备方法，其包括以下步骤：

4、(1)将zrocl2·8h2o和y2o3在容器a中用水溶解得到溶液a；将尿素在容器b中用水溶解得到溶液b；

5、(2)将溶液a和溶液b混合于容器c中，通过加热机械搅拌，制得沉淀；

6、(3)使用碱性试剂调节沉淀液的ph值，得到前驱体溶液c；

7、(4)前驱体溶液c经陈化后，通过离心洗涤和干燥后研磨制得前驱体；

8、(5)前驱体煅烧后制得纳米级掺钇氧化锆粉体。

9、步骤(1)中，所述的zrocl2·8h2o的浓度为0.1～0.3mol/l，更优选的浓度为0.1mol/l，y2o3的掺量为3mol％，尿素溶液的浓度为0.5～1.5mol/l，更优选的浓度为0.5mol/l；容器a和容器b为常用的耐碱材质容器或玻璃容器。

10、进一步，步骤(2)中，所述的加热温度为80～100℃，更优选的温度为100℃；机械搅拌转速为300～500rpm，搅拌时间为1～2h。所述的容器c为带有冷凝装置的三颈烧瓶，加热温度为100℃时，水沸腾蒸发后可通过冷凝回流再流入烧瓶中，使得溶液浓度保持不变。

11、进一步，步骤(3)中，碱性试剂为0.8～1mol/l的naoh溶液或氨水溶液，使用碱性试剂调节溶液的ph值为12～13。调节溶液的ph值，使粒子的表面电位远离等电点，让粒子带有同种电荷，依靠静电排斥而达到稳定悬浮并分散的目的。前驱体zr(oh)4等电点ph值为5.8，而尿素作为沉淀剂完全反应完的ph值在6～7之间，与等电点接近，不利于粉体分散。在溶液ph值为12～13时，体系内部粒子的表面电位与溶液此时的电位达到最大值使得胶粒之间的斥力势能增大，颗粒之间依靠静电排斥而分散，可减缓颗粒在前驱体制备阶段出现的团聚现象。

12、进一步，步骤(4)中，陈化时间为1～2h，离心转速为7000～8000rpm，时间为3～5min，洗涤方式为蒸馏水洗涤2～4次后再用乙醇洗涤2～4次。水洗的目的是洗去杂质离子，醇洗的目的是置换颗粒表面吸附的自由水，减小氢键的作用和颗粒聚集的毛细管力，抑制颗粒的团聚。同时，乙醇中官能团-oc2h5能取代胶粒表面的-oh，起到一定的空间位阻作用，这样就可以减轻或消除硬团聚的产生。干燥方式为在70～80℃的烘箱中干燥12～13h。将干燥后的前驱体置于研钵中研磨成细小的粉末。

13、进一步，步骤(5)中，在马弗炉中进行煅烧，煅烧温度为500～800℃，更优选地为600℃，煅烧时间为2～3h。最终得到四方相纳米氧化锆，粒径分布为20～30nm，平均粒径为24.87nm。

14、本发明的效果：

15、本发明所使用的原料氧氯化锆、尿素均为易得到的原料；制备工艺简单、操作简便，整个过程绿色环保，可降低成本；耗时短、产品质量高。制备的粉体粒径范围为20～30nm，形貌为均匀球形，分散性良好，可用于催化剂、功能陶瓷、热障涂层、固体氧化物燃料电池等领域。