专利名称：一种硅酸锆纳米粉体的制备方法
技术领域：
本发明属于材料化工领域，具体涉及一种微波水热制备硅酸锆纳米粉体的方法。
背景技术：
硅酸锆(ZrSiO4)属四方晶系，为岛状结构的硅酸盐矿物。硅酸锆因具有高熔点、 低热导率、低膨胀系数、优良的化学及相稳定性等特点，使其可以作为高性能结构材料(如石墨、C/C复合材料及SiC结构陶瓷等)的高温抗氧化涂层材料。目前，制备硅酸锆晶体的方法主要有固相反应法、沉淀法、水热法以及溶胶-凝胶法等。上述方法普遍需要高温(如固相反应法需要1300-1600°C )或长时间(如水热法需要6-72h)来获得预期结构的硅酸锆晶体。在制备硅酸锆的研究中，C.E. Curtis 等[C. E. Curtis, H. G. Sowman. J. Am. Ceram. Soc, 1993, 36,190.]以和SiO2为原料，采用固相法，经过1315 °C热处理后开始形成^^丨04，其合成率仅为2%，该法制备温度高且合成率很低。Takao Itoh[Takao Itoh. J. Cryst Groth, 1992，125，223.]以氯氧锆、硅溶胶为原料，通过氨水调节混合液的pH值为 9. 5，然后得到沉淀物，将沉淀物洗涤干燥，在1200°C下煅烧形成&Si04，采用沉淀法制备硅酸锆仍需要高温煅烧，后期处理复杂。陆彩飞等[陆彩飞，王秀峰，苗鸿雁，罗宏杰.硅酸盐学报· 2000，28,87.)以ZrOCl2 · 8H20和NaSiO3 · 9H20为前驱体，NaF作矿化剂，去离子水为反应介质，采用水热法在280°C下反应他获得纯相^SiO4，水热法虽然降低了合成温度但合成时间较长。江伟辉等(中国专利200710108375. X)采用工业纯无水四氯化锆、正硅酸乙酯为前驱体，通过选择合适的矿化剂经非水解溶胶-凝胶法在700°C低温保温15min合成硅酸锆粉体，该法虽然制备时间短但制备温度较高。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种不仅制备成本低，而且操作简单、制备周期短不需要后期热处理的硅酸锆纳米粉体的制备方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是1)分别将分析纯的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20按1-5 1-8的摩尔比加入蒸馏水中，并不断搅拌配制成&0C12的摩尔浓度为0. 1-0. 6mol/L的前驱液A ；2)将分析纯的NaF加入到前驱液A中搅拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 ·8Η20 的摩尔比为1-6 2-7 ；3)将B溶液在室温下陈化12-4 后倒入水热反应釜中，填充比控制在40-90% ； 然后密封水热釜，将其放入微波水热反应仪中，在120-220°C下反应30-180min，反应结束后自然冷却到室温得溶液C;4)打开水热反应釜，将溶液C通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在60-160°C下干燥得硅酸锆纳米粉体。本发明采用微波水热法，此方法能够制备出质量较高的硅酸锆纳米粉体。由于反应在液相中完成，工艺设备简单，反应周期短，温度低，重复性好，工艺简单，操作方便，原料易得，制备成本较低，在低温下制得晶型和尺寸可控的硅酸锆纳米粉体，所得硅酸锆纳米粉体粒径分布窄，晶型可控采。
图1为不同水热温度所合成粉体的XRD图谱GrOCl2 · 8H20 NaSiO3 · 9H20 = 1 2 ；NaF ZrOCl2 · SH2O = 1 2)，其中横坐标为2 θ角，纵坐标为衍射峰强度，单位为
3-. U. ο图2为不同水热时间所合成粉体的XRD图谱GrOCl2 · 8Η20 NaSiO3 · 9H20 = 1 2 ；NaF ZrOCl2 · SH2O = 1 2)，其中横坐标为2 θ角，纵坐标为衍射峰强度，单位为
3-. U. ο
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1 1)分别将分析纯的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9Η20按1 1的摩尔比加入蒸馏水中， 并不断搅拌配制成&0C12的摩尔浓度为0. 3mol/L的前驱液A ；2)将分析纯的NaF加入到前驱液A中搅拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 ·8Η20 的摩尔比为1:2;3)将B溶液在室温下陈化1 后倒入水热反应釜中，填充比控制在90% ；然后密封水热釜，将其放入微波水热反应仪中，在120°C下反应180min，反应结束后自然冷却到室温得溶液C ；4)打开水热反应釜，将溶液C通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在60°C下干燥得硅酸锆纳米粉体。实施例2 1)分别将分析纯的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20按3 1的摩尔比加入蒸馏水中， 并不断搅拌配制成&0C12的摩尔浓度为0. lmol/L的前驱液A ；2)将分析纯的NaF加入到前驱液A中搅拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 ·8Η20 的摩尔比为2:3;3)将B溶液在室温下陈化24h后倒入水热反应釜中，填充比控制在80% ；然后密封水热釜，将其放入微波水热反应仪中，在140°C下反应150min，反应结束后自然冷却到室温得溶液C ；4)打开水热反应釜，将溶液C通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在80°C下干燥得硅酸锆纳米粉体。实施例3 1)分别将分析纯的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20按5 1的摩尔比加入蒸馏水中， 并不断搅拌配制成&0C12的摩尔浓度为0. 6mol/L的前驱液A ；2)将分析纯的NaF加入到前驱液A中搅拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 ·8Η20 的摩尔比为3 4；
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3)将B溶液在室温下陈化3 后倒入水热反应釜中，填充比控制在70% ；然后密封水热釜，将其放入微波水热反应仪中，在160°C下反应120min，反应结束后自然冷却到室温得溶液C ；4)打开水热反应釜，将溶液C通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在100°c下干燥得硅酸锆纳米粉体。实施例4 1)分别将分析纯的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20按1 2的摩尔比加入蒸馏水中， 并不断搅拌配制成&0C12的摩尔浓度为0. 5mol/L的前驱液A ；2)将分析纯的NaF加入到前驱液A中搅拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 ·8Η20 的摩尔比为4 5 ；3)将B溶液在室温下陈化4 后倒入水热反应釜中，填充比控制在60% ；然后密封水热釜，将其放入微波水热反应仪中，在180°C下反应90min，反应结束后自然冷却到室温得溶液C ；4)打开水热反应釜，将溶液C通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在120°C下干燥得硅酸锆纳米粉体。实施例5 1)分别将分析纯的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20按3 4的摩尔比加入蒸馏水中， 并不断搅拌配制成&0C12的摩尔浓度为0. 2mol/L的前驱液A ；2)将分析纯的NaF加入到前驱液A中搅拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 ·8Η20 的摩尔比为5:6;3)将B溶液在室温下陈化24h后倒入水热反应釜中，填充比控制在50% ；然后密封水热釜，将其放入微波水热反应仪中，在200°C下反应60min，反应结束后自然冷却到室温得溶液C ；4)打开水热反应釜，将溶液C通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在140°C下干燥得硅酸锆纳米粉体。实施例6 1)分别将分析纯的ZrOCl2 · 8H20、NaSiO3 · 9H20按5 8的摩尔比加入蒸馏水中， 并不断搅拌配制成&0C12的摩尔浓度为0. 4mol/L的前驱液A ；2)将分析纯的NaF加入到前驱液A中搅拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 ·8Η20 的摩尔比为6 7 ；3)将B溶液在室温下陈化3 后倒入水热反应釜中，填充比控制在40% ；然后密封水热釜，将其放入微波水热反应仪中，在220°C下反应30min，反应结束后自然冷却到室温得溶液C ；4)打开水热反应釜，将溶液C通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在160°C下干燥得硅酸锆纳米粉体。由图1、2可看出在210°C下反应3h可制备出纯相硅酸锆粉体。
权利要求
1. 一种硅酸锆纳米粉体的制备方法，其特征在于1)分别将分析纯的ZrOCl2· 8H20、NaSiO3 · 9H20按1-5 1-8的摩尔比加入蒸馏水中， 并不断搅拌配制成&0C12的摩尔浓度为0. 1-0. 6mol/L的前驱液A ；2)将分析纯的NaF加入到前驱液A中搅拌均勻得溶液B，其中NaF ZrOCl2 · 8H20的摩尔比为1-6 2-7 ；3)将B溶液在室温下陈化12-4 后倒入水热反应釜中，填充比控制在40-90%；然后密封水热釜，将其放入微波水热反应仪中，在120-220°C下反应30-180min，反应结束后自然冷却到室温得溶液C ；4)打开水热反应釜，将溶液C通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中在60-160°C下干燥得硅酸锆纳米粉体。
全文摘要
一种硅酸锆纳米粉体的制备方法，将ZrOCl2·8H2O、NaSiO3·9H2O加入蒸馏水中得前驱液A；将NaF加入到前驱液A中得溶液B；将溶液B在室温下陈化后倒入水热反应釜中，然后密封水热釜，将其放入微波水热反应仪中反应，反应结束后自然冷却到室温得溶液C；打开水热反应釜，将溶液C通过滤纸抽滤收集，然后分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，与电热鼓风干燥箱中干燥得硅酸锆纳米粉体。本发明采用微波水热法制备出了质量较高的硅酸锆纳米粉体。由于反应在液相中完成，反应周期短，重复性好，工艺简单，操作方便，原料易得，制备成本较低，在低温下制得晶型和尺寸可控的硅酸锆纳米粉体，所得硅酸锆纳米粉体粒径分布窄，晶型可控采。
文档编号B82Y40/00GK102502676SQ201110375699
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者刘佳, 孙莹, 曹丽云, 辛宇, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学