专利名称：高纯纳米氧化锆的制备方法
技术领域：
本发明是一种高纯纳米氧化锆的制备方法，属于高纯纳米氧化锆的制备方法的创新技术。
背景技术：
目前，纳米氧化锆的制备方法主要有气相法和液相法，气相法以ZrCl4或Zr(OR)4(醇盐)为原料，经高温水解或热解而制得纳米氧化锆。这种方法具有产品分散性好、粒径分布窄等的优点，但存在原始物料ZrCl4或Zr(OR)4制备和储存难、设备复杂、操作技术要求高、投资大、生产率低等缺点。故目前多采用液相法进行开发研究，液相法主要有沉淀法、溶胶--凝胶法、水热法和醇盐水解法，由于醇盐水解法耗醇量大，且增加醇盐等前驱体的制备及设备，存在生产率低、安全性差、投资大、成本高等缺点，因此业内人士主要开发研究沉淀法、溶胶--凝胶法、水热法，这几种方法均以价廉易得的氯氧化锆为原料，以氨或强碱(NaOH或KOH)为中和沉淀剂、按化学计量配成溶液后制备前驱体氢氧化锆凝胶，经过滤洗涤除去NH4Cl或NaCl(KCl)后，再经无水乙醇或其他高分子表面活性剂处理后，在一定温度下焙解或水热脱水而得纳米氧化锆。这几种方法存在如下缺点1)均须制备前驱体溶液和氢氧化锆凝胶，工艺冗长，投资大、能耗高；2)以氨或强碱中和沉淀及氢氧化锆凝胶的过滤洗涤过程会造成氨气污染环境；3)氢氧化锆凝胶的表面性质决定了反应产物中的NH4Cl或NaCl(KCl)难于洗涤干净，给后续工序带来许多麻烦；4)对沉淀法和溶胶--凝胶法，氢氧化锆凝胶的含水率高达90％以上，焙解能耗高，设备生产率低；对水热法，存在釜体材料和水热脱水后产物固液分离的合适材料与过滤介质问题；5)水热法反应过程产生的废气和废水所含有价成份浓度不高，难于回收处理。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种在无须制备任何前驱体的条件下，采用水热—电絮凝法制备高纯纳米氧化锆的方法，本发明不仅工艺和设备简单，投资少，能耗低，生产率高，生产成本低；而且产品质量高，粒度可控，且不污染环境。本发明是一种社会效益和经济效益均显著的高纯纳米氧化锆的制备方法。
本发明高纯纳米氧化锆的制备方法，包括有如下步骤1)将氯氧化锆、脲和水直接加入反应釜；2)在搅拌条件下加热，并经保温后使其自动电絮凝；3)将絮凝体过滤、洗涤除去NH4Cl；4)将洗涤后滤饼进行干燥得高纯纳米氧化锆ZrO2。
上述脲的加入量为使Zr转化为ZrO(OH)2所需理论量至过量1～8％，水的加入量为使Zr的浓度为1～4mol/L。
上述步骤2)的反应过程控制反应釜内的压力为2.0～5.0Mpa，控制加热温度为190～250℃，控制保温时间为1～4小时。
上述步骤4)的干燥温度为100～300℃。
本发明由于在无须制备任何前驱体的条件下，采用水热—电絮凝法制备高纯纳米氧化锆的方法，因此，其具有如下优点1)无须制备前驱体溶液和氢氧化锆凝胶，使工艺流程缩短约40％，设备投资减少35％，能耗降低60％以上；2)可实现物理化学过程可控，并使设备生产率提高4倍，生产成本降低80％以上；3)解决了固液分离与过滤介质问题，为产品高纯化创造了条件；4)使反应过程产生的废气和废水所含的有价成份得到资源化利用，基本实现无废排放。
本发明不仅工艺和设备简单，投资少，能耗低，生产率高，生产成本低；而且产品纯度达到99.9％以上，平均粒径为8～15nm，比表面积为80～140m2/g，其粒度可控，且不污染环境。是一种社会效益和经济效益均显著的高纯纳米氧化锆的制备方法。
具体实施例方式本发明高纯纳米氧化锆的制备方法，包括有如下步骤1)将氯氧化锆、脲和水直接加入反应釜；2)在搅拌条件下加热，并经保温后使其自动电絮凝；3)将絮凝体过滤、洗涤除去NH4Cl；4)将洗涤后滤饼进行干燥得高纯纳米氧化锆ZrO2。
上述脲的加入量为使Zr转化为ZrO(OH)2所需理论量至过量1～8％，水的加入量为使Zr的浓度为1～4mol/L。
上述步骤2)的反应过程控制反应釜内的压力为2.0～5.0Mpa，控制加热温度为190～250℃，控制保温时间为1～4小时。
上述步骤4)的干燥温度为100～300℃。
上述步骤2)在反应釜的加热升温过程中，氯氧化锆(ZrOCl2.8H2O)和脲[(NH2)2CO]溶解并形成均相溶液，由于脲的分解速度随温度的升高而加快，通过升温速度的控制使锆与脲的分解产物在均相的溶液中相互作用而生成氢氧化锆溶胶，并不断向凝胶转化，避免了由外部向溶液中加入氨或碱的局部不均匀性和对环境的污染，其过程可用下面的总反应式表示
在反应过程中，由于CO2的析出而使釜中压力升高，而气体压缩和形成凝胶的放热过程则使釜中温度上升，促进了氢氧化锆凝胶的脱水、成核和晶化，使其过程具有自动催化的作用，因此，本发明的制备方法具有产品质量高，粒度分布窄，晶体颗粒大小和形貌可控，能耗和成本低，设备生产率高，且不污染环境的优点。下面是本发明的几个实施例实施例1将氯氧化锆1.2Kg、脲0.22Kg和水0.5Kg直接加入反应釜，在搅拌条件下加热，控制反应釜内的压力为2.2Mpa，控制加热温度为190℃，反应4小时，待反应产物电絮凝后，在真空抽滤条件下将絮凝体过滤、洗涤除去NH4Cl，将洗涤后的滤饼在150℃下进行干燥至恒重，获得含ZrO2为99.93％，平均粒径为14.4nm，比表面积为86.9m2/g的ZrO2粉体434.2g，ZrO2实收率为98.8％。
实施例2将氯氧化锆1.2Kg、脲0.215Kg和水0.7Kg直接加入反应釜，在搅拌条件下加热，控制反应釜内的压力为3.5Mpa，控制加热温度为220℃，反应2.5小时，待反应产物电絮凝后，在真空抽滤条件下将絮凝体过滤、洗涤除去NH4Cl，将洗涤后的滤饼在200℃下进行干燥至恒重，获得含ZrO2为99.94％，平均粒径为12.7nm，比表面积为127.5m2/g的ZrO2粉体435.0g，ZrO2实收率为99.0％。
实施例3将氯氧化锆1.2Kg、脲0.23Kg和水1.5Kg直接加入反应釜，在搅拌条件下加热，控制反应釜内的压力为4.5Mpa，控制加热温度为250℃，反应1小时，待反应产物电絮凝后，在真空抽滤条件下将絮凝体过滤、洗涤除去NH4Cl，将洗涤后的滤饼在300℃下进行干燥至恒重，获得含ZrO2为99.93％，平均粒径为8.7nm，比表面积为137.50m2/g的ZrO2粉体432.5g，ZrO2实收率为98.5％。
权利要求
1.一种高纯纳米氧化锆的制备方法，其特征在于包括有如下步骤1)将氯氧化锆、脲和水直接加入反应釜；2)在搅拌条件下加热，并经保温后使其自动电絮凝；3)将絮凝体过滤、洗涤除去NH4Cl；4)将洗涤后滤饼进行干燥得高纯纳米氧化锆ZrO2。
2.根据权利要求1所述的高纯纳米氧化锆的制备方法，其特征在于上述脲的加入量为使Zr转化为ZrO(OH)2所需理论量至过量1～8％，水的加入量为使Zr的浓度为1～4mol/L。
3.根据权利要求1所述的高纯纳米氧化锆的制备方法，其特征在于上述步骤2)的反应过程控制反应釜内的压力为2.0～5.0Mpa，控制加热温度为190～250℃，控制保温时间为1～4小时。
4.根据权利要求1所述的高纯纳米氧化锆的制备方法，其特征在于上述步骤4)的干燥温度为100～300℃。
全文摘要
本发明是一种高纯纳米氧化锆的制备方法。包括有如下步骤1)将氯氧化锆、脲和水直接加入反应釜；2)在搅拌条件下加热，并经保温后使其自动电絮凝；3)将絮凝体过滤、洗涤除去NH
文档编号C01G25/02GK1519201SQ0311363
公开日2004年8月11日 申请日期2003年1月22日 优先权日2003年1月22日
发明者郑文裕 申请人:郑文裕, 广东东方锆业科技股份有限公司