專利名稱：超臨界co的制作方法
所屬領(lǐng)域一種制備納米ZrO2的方法，具體地說涉及一種以無機(jī)鋯鹽為原料，通過沉淀法結(jié)合超臨界CO2流體干燥制備ZrO2納米粉體的方法。
背景技術(shù)：
ZrO2具有獨(dú)特的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)和優(yōu)良的耐高溫性能，因而引起了科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。部分穩(wěn)定的四方ZrO2是重要的相變韌化材料，為改善陶瓷材料的斷裂韌性提供了一種非常有效的途徑；完全穩(wěn)定的立方ZrO2在高溫下具有氧離子傳導(dǎo)特性，可以用于制作氧敏元件和高溫燃料電池的電解質(zhì)；ZrO2的折射率較高，與低折射率材料結(jié)合，通過合理的膜層設(shè)計(jì)，可以制作高反射膜；此外，ZrO2表面的弱酸、弱堿性，立方螢石結(jié)構(gòu)的負(fù)離子傳導(dǎo)特性以及良好的高溫及化學(xué)穩(wěn)定性，使其作為催化劑和載體材料在催化領(lǐng)域也獲得了廣泛的應(yīng)用。
二十世紀(jì)八十年代發(fā)展起來的納米技術(shù)使納米ZrO2材料在傳統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上又呈現(xiàn)出一些新奇的特性。作為重要的結(jié)構(gòu)和功能陶瓷，粉體原料微小的粒徑和高的比表面積可以有效地降低燒結(jié)溫度，獲得具有納米顯微結(jié)構(gòu)的燒結(jié)體，提高產(chǎn)品性能。在催化領(lǐng)域，納米材料高的比表面積和豐富的表面缺陷可以顯著提高其吸附能力和催化活性。因此，ZrO2納米粉體的制備一直是近年來納米材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
ZrO2超微粉體的制備通常有沉淀法，水熱法，微乳液法和溶膠-凝膠法等。目前制備納米ZrO2粉體的報(bào)道也很多，如侯書恩申請(qǐng)的發(fā)明專利CN 01128448.X“納米氧化鋯粉體的制備方法”通過鋯鹽水溶液得到氫氧化物沉淀，過濾、洗滌、脫水、干燥、煅燒，得到ZrO2粉體，其中采用共沸蒸餾法脫水，膠體溶液在蒸餾裝置中干燥；萬吉高等人申請(qǐng)的發(fā)明專利CN 01111426.6“氧化鋯系列陶瓷粉末生產(chǎn)方法”以鋯鹽為原料，通過低溫冷凍處理工藝，制備出無團(tuán)聚超細(xì)ZrO2粉末；北京大學(xué)謝有暢等申請(qǐng)的發(fā)明專利CN 99100053.6“表面摻雜的弱團(tuán)聚的納米氧化鋯粉末的制備方法”則以四氯化鋯氣相水解制備納米氧化鋯粉末。
沉淀法工藝最為簡單，原料也比較低廉，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)放大；但是在沉淀物的干燥過程中有可能形成嚴(yán)重的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，因此必須采用特殊的干燥工藝。超臨界流體干燥技術(shù)早期采用昂貴的金屬醇鹽作前驅(qū)原料，醇類作為干燥介質(zhì)，存在原料成本高，工藝條件苛刻，工業(yè)放大困難等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種原料便宜、工藝簡單、易于工業(yè)化放大的納米ZrO2的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明制備納米ZrO2的方法包括如下步驟(1)在室溫?cái)嚢钘l件下，將氨水加入0.15-0.3M濃度的硝酸氧鋯水溶液中，調(diào)節(jié)pH值到5-10，制成水凝膠，陳化，抽濾，用無水乙醇置換凝膠中的水，得醇凝膠；(2)將溫度305-345K、壓力9-35Mpa的超臨界CO2流體連續(xù)通過醇凝膠，含有乙醇的CO2降壓進(jìn)入溫度305-355K、壓力6-9Mpa的分離器，乙醇析出回收，CO2循環(huán)利用，待分離器中不再有乙醇析出時(shí)，將分離器緩慢卸壓，得到白色的原粉；(3)將原粉升溫至673-1073K，保溫2-10小時(shí)，冷卻，得到ZrO2粉體。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)；1、以無機(jī)鋯鹽為原料，降低了生產(chǎn)成本；2、以CO2替代常用的乙醇等有機(jī)溶劑進(jìn)行超臨界流體干燥，操作溫度顯著降低，工藝簡單，容易控制；3、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；4、本方法合成的ZrO2粉體具有粒徑小、單分散性能好、比表面積高、孔體積大、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1(1)在室溫?cái)嚢钘l件下，將氨水加入0.2M濃度的硝酸氧鋯水溶液中，調(diào)節(jié)pH值到9.5，制成水凝膠，陳化4小時(shí)，抽濾，用無水乙醇置換凝膠中的水，得醇凝膠。
(2)將溫度325K、壓力15Mpa的超臨界CO2流體連續(xù)通過醇凝膠，含有乙醇的CO2降壓進(jìn)入溫度335K、壓力6Mpa的分離器，乙醇析出回收，CO2循環(huán)利用。待分離器中不再有乙醇析出時(shí)，將分離器緩慢卸壓，即可得到白色的原粉。
(3)將原粉升溫至673K，保溫2小時(shí)，冷卻，得到ZrO2粉體。其物理性質(zhì)見表1。
實(shí)施例2(1)在室溫?cái)嚢钘l件下，將氨水加入0.2M濃度的硝酸氧鋯水溶液中，調(diào)節(jié)pH值到5.5，制成水凝膠，陳化4小時(shí)，抽濾，用無水乙醇置換凝膠中的水，得醇凝膠。
(2)將溫度315K、壓力12Mpa的超臨界CO2流體連續(xù)通過醇凝膠，含有乙醇的CO2降壓進(jìn)入溫度325K、壓力6Mpa的分離器，乙醇析出回收，CO2循環(huán)利用。待分離器中不再有乙醇析出時(shí)，將分離器緩慢卸壓，即可得到白色的原粉。
(3)將原粉升溫至773K，保溫4小時(shí)，冷卻，得到ZrO2粉體。其物理性質(zhì)見表1。
實(shí)施例3(1)在室溫?cái)嚢钘l件下，將氨水加入0.15M濃度的硝酸氧鋯水溶液中，調(diào)節(jié)pH值到7.5，制成水凝膠，陳化4小時(shí)，抽濾，用無水乙醇置換凝膠中的水，得醇凝膠。
(2)將溫度335K、壓力20Mpa的超臨界CO2流體連續(xù)通過醇凝膠，含有乙醇的CO2降壓進(jìn)入溫度325K、壓力6Mpa的分離器，乙醇析出回收，CO2循環(huán)利用。待分離器中不再有乙醇析出時(shí)，將分離器緩慢卸壓，即可得到白色的原粉。
(3)將原粉升溫至873K，保溫6小時(shí)，冷卻，得到ZrO2粉體。其物理性質(zhì)見表1。
實(shí)施例4(1)在室溫?cái)嚢钘l件下，將氨水加入0.3M濃度的硝酸氧鋯水溶液中，調(diào)節(jié)pH值到8.5，制成水凝膠，陳化4小時(shí)，抽濾，用無水乙醇置換凝膠中的水，得醇凝膠。
(2)將溫度335K、壓力30Mpa的超臨界CO2流體連續(xù)通過醇凝膠，含有乙醇的CO2降壓進(jìn)入溫度345K、壓力6Mpa的分離器，乙醇析出回收，CO2循環(huán)利用。待分離器中不再有乙醇析出時(shí)，將分離器緩慢卸壓，即可得到白色的原粉。
(3)將原粉升溫至1073K，保溫5小時(shí)，冷卻，得到ZrO2粉體。其物理性質(zhì)見表1。表1 ZrO2納米粉體的物理性質(zhì)
權(quán)利要求
1.一種超臨界CO2流體干燥制備納米ZrO2的方法，其特征在于包括如下步驟(1)在室溫?cái)嚢钘l件下，將氨水加入0.15-0.3M濃度的硝酸氧鋯水溶液中，調(diào)節(jié)pH值到5-10，制成水凝膠，陳化，抽濾，用無水乙醇置換凝膠中的水，得醇凝膠；(2)將溫度305-345K、壓力9-35Mpa的超臨界CO2流體連續(xù)通過醇凝膠，含有乙醇的CO2降壓進(jìn)入溫度305-355K、壓力6-9Mpa的分離器，乙醇析出回收，CO2循環(huán)利用，待分離器中不再有乙醇析出時(shí)，將分離器緩慢卸壓，得到白色的原粉；(3)將原粉升溫至673-1073K，保溫2-10小時(shí)，冷卻，得到ZrO2粉體。
全文摘要
一種超臨界CO
文檔編號(hào)C01G25/02GK1480403SQ0314676
公開日2004年3月10日 申請(qǐng)日期2003年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月25日
發(fā)明者侯相林, 梁麗萍, 喬欣剛, 杜俊民 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所