一种脂肪酸为模板合成热稳定的层状纳米氧化锆多晶粉体的方法
【专利摘要】本发明为一种脂肪酸为模板合成热稳定的层状纳米氧化锆多晶粉体的方法。该方法步骤为：(1)取50份的氧氯化锆水溶液；(2)取50份的氢氧化钠-脂肪酸-水混合液；(3)将步骤(1)中配制的溶液加入到步骤(2)中的烧瓶中，在100℃下回流反应1～4小时；(4)然后将步骤(3)中得到的混合物升温到100～160℃，自生压力下水热反应12～36小时；(5)室温下静置，然后水洗，经离心分离，在60℃下烘干得到白色粉末为热稳定的层状纳米氧化锆多晶粉体；(6)将(5)所得的粉末升温到600℃后煅烧2小时，得到产物为煅烧后的层状纳米氧化锆多晶粉体。本发明方法所得到的氧化锆多晶粉体具有热稳定的有序层状纳米结构，无需价格较高的表面活性剂、聚合物等模板剂。本发明方法绿色环保、工艺简单、成本低。
【专利说明】一种脂肪酸为模板合成热稳定的层状纳米氧化锆多晶粉体的方法
【技术领域】
[0001]本发明的技术方案属于有序纳米结构材料合成【技术领域】，具体为一种以脂肪酸为模板制备热稳定的层状纳米氧化锆多晶粉体的方法。
【背景技术】
[0002]氧化锆是一种过渡金属氧化物，同时具有酸性、碱性、氧化性和还原性，并且具有高熔点(2700°C )和高沸点、热膨脉系数大、耐高温、导热系数小、耐磨性好、抗蚀性能好等优良性能，而有序的纳米结构的氧化锆具有某些独特性能，如常温下为绝缘体，高温下则具有导电性、敏感特性、增韧性等，在耐磨材料、耐火材料、热障涂层材料、燃料电池、催化剂载体、医用、气敏性、润滑油添加剂等领域具有重要的应用前景。
[0003]氧化锆的制备方法较为多样，简单可分为物理法和化学法。物理方法主要包括冷冻干燥法、高温喷雾热解法、高能球磨法等。化学法主要包括沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法和水热/溶剂热法等。化学法中利用表面活性剂作为模板诱导合成纳米氧化锆已成为较为普遍的方法。目前,有序纳米结构氧化锆的研究中，如中国专利CN101913649A公开了一种以表面活性剂十二烷基磺酸(SDS)为模板制备层状纳米氧化锆材料的方法。自组装纳米结构氧化锆的制备一般都要采用价格较高的表面活性剂、嵌段聚合物等有机分子为模板，上述模板剂的使用增加了成本和环境负荷。实施廉价易得、环境负荷小的模板合成氧化锆可以克服传统方法使用表面活性剂和嵌段聚合物作为模板造成的成本增加、环境污染等缺点。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供一种脂肪酸为模板剂制备热稳定的层状纳米氧化锆多晶粉体的方法。该方法以脂肪酸为模板，采用回流-水热法制备具有热稳定的层状纳米氧化锆多晶粉体。以克服有序纳米结构氧化锆需要价格较高的表面活性剂或聚合物等作为模板才能合成的缺点；以克服已有有序纳米结构氧化锆粉体的热稳定差、纳米晶排列无序等缺点。
[0005]本发明解决该问题所采取的技术方案是:
[0006]一种脂肪酸为模板合成制备热稳定的层状纳米氧化锆多晶粉体的方法，其步骤是:
[0007](1)取50份浓度为0.00006摩尔氧氯化锆/毫升水的氧氯化锆溶液，待用；
[0008](2)取50份浓度为0.0144克氢氧化钠/毫升水的氢氧化钠溶液，每毫升氢氧化钠溶液中再加入0.000013~0.000026摩尔的脂肪酸，配制成混合溶液，待用；
[0009](3)在搅拌条件下，将步骤(1)中配制的溶液加入到步骤(2)中的烧瓶中，升温，在100°C下回流反应I~4个小时；
[0010](4)然后将步骤⑶中所得的混合物移到反应釜，升温到100~160°C，自生压力下水热反应12~36小时；
[0011](5)室温下原液静置O~3天，然后水洗，经离心分离，烘干，得到白色粉体为热稳定的层状纳米氧化锆多晶粉体；
[0012](6)将(5)中所得的粉末升温至600°C后煅烧2小时，得到产物为煅烧后的层状纳米氧化锆多晶粉体；
[0013]上面步骤(2)中所述的脂肪酸为模板剂。脂肪酸为癸酸、月桂酸、肉豆蘧酸、棕榈酸或硬脂酸其中之一。
[0014]本发明的有益效果是:
[0015]1.本发明方法所得的氧化锆多晶粉体是指具有有序层状纳米结构的多晶粉体。如图2所示，煅烧后的产物中仍然可以清楚的观察到片层纳米氧化锆和纳米孔道平行相间排列成有序层状纳米结构，该结构的重复周期约为1.0纳米，与图1b中XRD小角衍射对应的d值相一致。从图1产物的XRD谱图可以看出，产物为氧化锆纳米晶，且经过600°C煅烧后，其XRD小角部分仍然保持着明显的衍射峰，且广角部分没有显著变化，说明产物有良好的热稳定性。
[0016]2.本发明采用脂肪酸为模板剂，绿色环保，成本低。
[0017]3.本发明采用的原料氧氯化锆、氢氧化钠、脂肪酸均为普通化学试剂，廉价易得。【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0019]图1为实施例1中层状纳米氧化锆多晶粉末的XRD谱图，其中(a)为煅烧前的产物，(b)为煅烧后的产物。
[0020]图2为实施例1中的产物中观测到层状纳米氧化锆多晶粉末的透射电镜照片。
【具体实施方式】
[0021]实施例1
[0022](1)将0.003mol氧氯化锆溶于盛有50ml水的烧瓶中，配制成氧氯化锆水溶液，待用；
[0023](2)将0.72g氢氧化钠溶解于盛有50ml水的烧瓶中，再加入0.00065mol的月桂酸，配制成混合液，待用；
[0024](3)在搅拌条件下，将步骤⑴中配制的溶液加入到步骤⑵中的烧瓶中，升温，在100°C下回流反应1个小时；
[0025](4)然后将步骤(3)中得到的混合物移到反应釜的内套聚四氟乙烯容器中，密封，将反应釜放入烘箱中，升温到160°C，自生压力下水热反应12小时；
[0026](5)室温下静置1天，然后水洗3次，经离心分离，所得的沉淀在60°C下5小时烘干，得到白色粉末为热稳定的层状纳米氧化锆多晶粉体0.35g ；
[0027](6)将(5)所得的粉末从室温以5摄氏度/分钟的速率升温到600°C后煅烧2小时，得到产物为煅烧后的层状纳米氧化锆多晶粉末0.32g ；
[0028]经XRD测试，产物为具有有序层状纳米结构的氧化锆多晶粉末。图1中煅烧前后的样品，产物都是氧化锆纳米晶。煅烧前后的样品的小角衍射部分均为一个明显衍射峰，其对应的层状结构重复周期分别为1.1和1.0纳米，煅烧后的层状纳米结构略有收缩，说明该有序层状纳米氧化锆多晶粉体具有很好的热稳定性。
[0029]经TEM测试观察到煅烧后的产物氧化锆多晶粉体的有序层状纳米结构。图2可以看出明暗相间的规整的周期条纹，其中深色的为片状氧化锆，浅色条纹为形成的层状纳米孔道，相邻的深层与浅层部分构成一个重复周期，对应的周期约为1.0纳米，与XRD小角衍射峰所对应的d值具有很好的一致性。
[0030]实施例2-5
[0031]将实施例1中的步骤(2)中的月桂酸依次改为癸酸、肉豆蘧酸、棕榈酸、硬脂酸，其他步骤同实施例1。得到的产物同实施例1。
[0032]实施例6-10
[0033]将实施例1-5中的步骤⑵中的月桂酸、癸酸、肉豆蘧酸、棕榈酸、硬脂酸的量分别改为0.0013mol，其他步骤同实施例1-5。得到的产物同实施例1-5。
[0034]实施例11-15
[0035]将实施例6-10中的步骤(3)中的回流反应时间定为4小时。其他步骤同实施例6-10。得到产物同实施例6-10。
[0036]实施例16-20 [0037]将实施例1-5中的步骤(4)中的温度调节到100°C，其他步骤同实施例1-5。得到的产物同实施例1-5。
[0038]实施例21-25
[0039]将实施例1-5中的步骤(4)中的水热反应时间定为24个小时，其他步骤同实施例1-5。得到的产物同实施例1-5。
[0040]实施例26-30
[0041]将实施例6-10中的步骤⑷中的水热反应时间定为36小时，其他步骤同实施例6-10。得到的产物同实施例6-10。
[0042]实施例31-35
[0043]将实施例1-5中的步骤(5)中的室温下静置定为3天，其他步骤同实施例1-5。得到的产物同实施例1-5。
[0044]实施例36-40
[0045]将实施例6-10中的步骤(5)中的室温下静置定为0天，其他步骤同实施例6-10。得到的产物同实施例610。
【权利要求】
1.一种脂肪酸为模板合成热稳定的层状纳米氧化锆多晶粉体的方法，该方法步骤为: (1)取50份浓度为0.00006摩尔氧氯化锆/毫升水的氧氯化锆溶液,待用； (2)取50份浓度为0.0144克氢氧化钠/毫升水的氢氧化钠溶液，每毫升氢氧化钠溶液中再加入0.000013~0.000026摩尔的脂肪酸，配制成混合溶液，待用； (3)在搅拌条件下，将步骤⑴中配制的溶液加入到步骤(2)的反应器中，升温，在100°C下回流反应I~4个小时； (4)然后将步骤(3)中所得的混合物移到反应釜，升温到100~160°C，自生压力下水热反应12~36小时； (5)室温下原液静置O~3天，然后水洗，经离心分离，烘干，得到白色粉体为热稳定的层状纳米氧化锆多晶粉体； (6)将(5)中所得的粉末升温至600°C后煅烧2小时，得到产物为煅烧后的层状纳米氧化锆多晶粉体； 上述组分的份数均为体积份数，且各步骤中所用的体积单位相同。
2.如权利要求1所述一种脂肪酸为模板合成热稳定的层状纳米氧化锆多晶粉体的方法，其特征为所述步骤(2)中所述的脂肪酸为模板剂。脂肪酸为癸酸、月桂酸、肉豆蘧酸、棕榈酸或硬脂酸其中之一。`
【文档编号】B82Y40/00GK103771514SQ201410069190
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】纪秀杰, 苏芃赫, 刘超, 程博闻, 唐成春 申请人:天津工业大学