專利名稱：一種納米氧化物粉體的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種納米氧化物粉體的制備方法。
背景技術：
火焰燃燒法因制備的納米顆粒具有粒徑小、分布窄、化學活性高和易于分 散等特點，而成為國際知名公司制備納米粉體產品的主流方法。按前驅體的種 類可將火焰燃燒法分為氣相燃燒法和液相燃燒法。
氣相燃燒法是將金屬鹽或非金屬鹽預先加熱氣化，然后與載氣一起進入燃 燒焰區(qū)，通過熱分解、成核、長大，即制得納米顆粒，例如，使用氣相法制備 納米氧化鈦和納米氧化硅。使用這種方法所制備的納米粉體具有顆粒粒徑小和 分布窄的優(yōu)點，但是，由于該方法需要將金屬或非金屬鹽氣化，對于需要在較 高溫度下才能氣化的金屬鹽類或非金屬鹽類物質，這種方法的成本太高，因而
其實際應用價值較低，例如，對于CeCl3，其氣化溫度為1727i:，如果用氣相 前驅體法制備納米氧化鈰，則必然會大幅度提高生產成本，并且使得生產設備 復雜化。
液相燃燒法是先將金屬鹽或非金屬鹽溶于水或酒精等有機溶劑中，經過噴 霧進入燃燒焰區(qū)，發(fā)生水解、熱分解、成核等過程而制得納米粉體的顆粒。對 于大多數水溶性的鹽類物質均可采用液相前驅體燃燒法來制備相應的納米顆 粒。但是，該方法對于所制備的納米粉體的顆粒大小的控制，則需取決于噴霧 效果，因此，該方法對設備，尤其是噴嘴的要求很高，難以制得粒徑均勻的納 米顆粒。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種納米氧化物粉體的制備方法，更具體地說，是 提供一種通過乳液火焰燃燒法來制備納米氧化物粉體的方法，該方法基本克服 了現有火焰燃燒法中存在的一個或多個上述的缺陷，且可以制得顆粒尺寸小、
粒度分布窄的納米氧化物粉體。本發(fā)明提供的納米氧化物粉體的制備方法是將 所要制備的納米氧化物粉體的原料鹽溶液與表面活性劑、助劑和燃料油制成穩(wěn) 定的納微乳液燃料體系，經噴霧、電子點火后，該納微乳液燃料體系直接被點 燃生成火焰，而不需要其它氣體燃料(如氫、乙炔、甲垸等火焰)引燃或助燃， 前驅體所在的納米反相乳膠粒微反應器分散于火焰中，隨同發(fā)生水解、熱分解、
成核，生成單分散的納米氧化物粉體，如圖l、圖2所示。
本發(fā)明提供的納米氧化物粉體的制備方法包括以下步驟
1 )將所要制備的納米氧化物粉體的原料鹽溶解在水中，配成0.1 1.2mol/L 的水溶液；
所述的原料鹽選自LaCl3'7H20、 CeCl37H20或YC13*7H20中的一種；
2) 將步驟l)所配制的水溶液與助劑、表面活性劑以及燃料油按照2: 1:
4.5 9.5: 12 46的體積比混合，使用漿葉攪拌器攪拌，攪拌速度為100 1000 rpm/min，至透明后停止攪拌，得到以燃料油為連續(xù)相的反相納微乳液；
其中，水核被由表面活性劑和助劑所組成的分子界面層所包圍，分散在油 相中，通過透射電鏡觀測，其尺寸小于100納米，該納微乳液燃料體系在5 4(TC 范圍內保持透明，并且保持靜置不分層狀態(tài)大于或等于360小時；
所述表面活性劑為選自吐溫-80 (聚山梨酯)或司盤-80 (失水山梨醇單月 桂酸酯)中的一種；
所述助劑為選自正丁醇、正戊醇或正庚醇中的一種；
所述燃料油為選自汽油、柴油或煤油中的一種；
3) 如圖3所示，在通用的液相燃料油燃燒器中，將步驟2)得到的反相 納微乳液作為燃料，霧化，霧化壓力是8 15 bar，無需其它任何氣體燃料， 直接供氧引燃，生成火焰，燃料流量是300 700 ml/min，燃料與空氣體積流 量比是1:11 14,火焰燃燒溫度是800 120(TC，乳膠粒內的金屬鹽迅速發(fā)生 高溫水解、熱分解、成核、長大等過程，然后冷卻、凝聚，得到納米氧化物粉 體顆粒。
所述燃燒器為通用的液相燃燒法裝置，包括供氧系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、噴霧系 統(tǒng)、點火系統(tǒng)和收集系統(tǒng)。
與現有的方法相比，本發(fā)明提供的納米氧化物粉體的制備方法的優(yōu)點在 于由于該方法是先制得納微乳液，因此很容易控制納米乳膠粒大小的均勻性；繼而，成核反應在大小均一的納米乳膠粒微區(qū)中進行，保證了納米粉體顆粒尺 寸的高度均一性，所以對霧化噴嘴無特殊要求；此外，由于在乳液火焰燃燒法
中，金屬鹽無需加熱氣化，減少了高溫加熱氣化等控制系統(tǒng)，降低了設備成本。


圖1顯示根據本發(fā)明制備的氧化鈽粉體的透射電鏡照片； 圖2顯示根據本發(fā)明制備的氧化鑭粉體的透射電鏡照片； 圖3顯示根據本發(fā)明的納米氧化物粉體制備方法的示意圖。
具體實施例方式
現結合下列實施例更加具體地描述本發(fā)明，如無特別說明，所用試劑均為 市售可獲得的產品。
實施例l
將17.7gCeCl3'7H20溶于476ml去離子水中，配成0.1mol/L的水溶液，將該 水溶液與238ml正丁醇、1071m同盤-80、 2856ml煤油混合，用槳葉攪拌器攪拌， 攪拌速度為100rpm/min，至透明后靜置，得到透明穩(wěn)定的、以煤油為連續(xù)相 的反相納微乳液，其中，水核被由表面活性劑和助劑所組成的單分子界面層所 包圍，分散在油相中，通過透射電鏡觀測，其大小為90納米，該納微乳液燃料 體系在4(TC保持透明，并保持靜置不分層狀態(tài)360小時；在一通用的液相燃料 油燃燒器中，將該煤油乳液倒入油箱，啟動供油系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)，所述供氣系 統(tǒng)給環(huán)境提供燃燒所需的空氣，油泵將煤油乳液燃料輸送到噴嘴，燃料流量為 300ml/min，燃料與空氣的體積流量比為l: 11，在8 bar的壓力下霧化成液滴， 電子點火，形成燃燒火焰，納米乳膠粒微反應器分散于火焰中，氯化鈰在納米 乳膠粒微反應器內迅速水解、然后經過熱分解、成核、長大、形成納米氧化鈰 微晶顆粒、碰撞、冷卻、凝聚等過程。燃燒形成800 100(TC的高溫焰流，燃 燒15分鐘后，收集得到納米氧化鈰粉體7.35克，如圖1所示，氧化鈰顆粒約5 8 納米，分散性良好。
實施例2
將222.9g LaCl37H20溶于500ml去離子水中，配成1.2mol/L的水溶液， 將該水溶液與250ml正戊醇、2375ml吐溫-80、 11500ml汽油混合，用槳葉攪 拌器攪拌，攪拌速度為lOOOrpm/min,至透明后靜置，得到透明穩(wěn)定的汽油乳 液，其中，水核被由表面活性劑和助劑所組成的單分子界面層^f包圍，分散在 油相中，通過透射電鏡觀測，其大小為10納米，該乳液燃^l"體系在5"C保持 透明，并保持靜置不分層狀態(tài)960小時；將汽油乳液倒入油箱，啟動供油系統(tǒng) 和供氣系統(tǒng)，所述供氣系統(tǒng)給環(huán)境提供燃燒所需的空氣，油泵將汽油乳液燃料 輸送到噴嘴，燃料流量為700ml/min，燃料與空氣的體積流量比為1: 14，在 15bar的壓力下霧化成液滴，電子點火，形成燃燒火焰，納米乳膠粒微反應器 分散于火焰中，氯化鑭在納米乳膠粒微反應器內迅速水解、然后經過熱分解、 成核、長大、形成納米氧化鑭微晶顆粒、碰撞、冷卻、凝聚等過程。燃燒形成 1000 120(TC的高溫焰流，燃燒29分鐘后，收集得到納米氧化鑭粉體87.9克， 如圖2所示，氧化鑭顆粒約10 15納米，分散性良好。
實施例3
將141.5g YC13*7H20溶于550ml去離子水中，配成0.8mol/L的水溶液， 將該水溶液與275ml正庚醇、1650ml司盤-80、 8250ml柴油混合，用槳葉攪拌 器攪拌，攪拌速度為500 rpm/min，至透明后靜置，得到透明穩(wěn)定的柴油乳液， 其中，水核被由表面活性劑和助劑所組成的單分子界面層所包圍，分散在油相 中，通過透射電鏡觀測，其大小為50納米，該乳液燃料油體系在20。C保持透 明，并保持靜置不分層狀態(tài)720小時；將柴油乳液倒入油箱，啟動供油系統(tǒng)和 供氣系統(tǒng)，所述供氣系統(tǒng)給環(huán)境提供燃燒所需的空氣，油泵將柴油乳液燃料輸 送到噴嘴，燃料流量為500ml/min，燃料與空氣的體積流量比為1:12，在12 bar 的壓力下霧化成液滴，電子點火，形成燃燒火焰，納米乳膠粒微反應器分散于 火焰中，氯化釔在納米乳膠粒微反應器內迅速水解、然后經過熱分解、成核、 長大、形成納米氧化釔微晶顆粒、碰撞、冷卻、凝聚等過程。燃燒形成900 IIO(TC的高溫焰流，燃燒15分鐘后，收集得到納米氧化釔粉體44.7克。
以上實施例在任何意義上均不限制本發(fā)明，并且對于本發(fā)明權利要求及 其等同技術范圍之內的修改和變型，本發(fā)明也意圖包含這些修改和變型。
權利要求
1、一種制備納米氧化物粉體的方法，包括以下步驟1)將所要制備的納米氧化物粉體的原料鹽溶解在水中，配成0.1～1.2mol/L的水溶液；2)將步驟1)所配制的水溶液與助劑、表面活性劑以及燃料油按照214.5～9.512～46的體積比攪拌混合至透明，得到以燃料油為連續(xù)相的反相納微乳液；所述助劑為選自正丁醇、正戊醇或正庚醇中的一種；3)在液相燃料油燃燒器中，將步驟2)得到的反相納微乳液作為燃料，霧化，點火，僅供氧引燃，燃燒后冷卻、凝聚，得到納米氧化物粉體。
1、 一種制備納米氧化物粉體的方法，包括以下步驟 1 )將所要制備的納米氧化物粉體的原料鹽溶解在水中，配成0.1-的水溶液；2) 將步驟l)所配制的水溶液與助劑、表面活性劑以及燃料油按照2: 1: 4.5 9.5: 12 46的體積比攪拌混合至透明，得到以燃料油為連續(xù)相的反相納 微乳液；所述助劑為選自正丁醇、正戊醇或正庚醇中的一種；3) 在液相燃料油燃燒器中，將步驟2)得到的反相納微乳液作為燃料， 霧化，點火，僅供氧引燃，燃燒后冷卻、凝聚，得到納米氧化物粉體。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟1)中所述的納米 氧化物粉體的原料鹽為選自LaCl3'7H20、 CeCl37H20或YC13*7H20中的一種。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟2)中所述的表面 活性劑為吐溫-80或司盤-80。
4、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟2)中所述的燃料 油為選自汽油、柴油或煤油中的一種。
5、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟2)中所述的攪拌 使用槳葉攪拌器，攪拌速度是100 1000rpm/min。
6、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于， 燃料油燃燒器包括供氧系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)、
7、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于， 壓力是8 15bar。
8、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟3)中，所述供氧 引燃中，燃料與空氣的體積流量比是l: 11 14。
9、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟3)中，所述燃料 流量是300 700 ml/min。
10、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟3)中，所述燃燒 溫度是800 1200°C。在步驟3)中所述的液相 點火系統(tǒng)和收集系統(tǒng)。 在步驟3)中所述的霧化
全文摘要
本發(fā)明提供了一種納米氧化物粉體的制備方法，更具體而言，涉及利用乳液火焰燃燒法制備納米氧化物粉體。首先將可溶性金屬鹽類溶解在水中，再與表面活性劑、助劑、燃料油按一定比例混合，乳化，制成以燃料油為連續(xù)相的反相微乳液。反相微乳液燃料油和燃料油一起通過燃燒裝置霧化、而后產生高溫火焰，在火焰中，金屬鹽在納米乳膠粒中首先快速水解，再發(fā)生熱分解、成核、長大等過程，通過收集系統(tǒng)收集得到納米氧化物粉體。
文檔編號C01F17/00GK101386421SQ200710121780
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月13日 優(yōu)先權日2007年9月13日
發(fā)明者岳仁亮, 奇 王, 陳運法 申請人:中國科學院過程工程研究所