專利名稱：真空變壓蒸酸除氯制備納米二氧化鋯粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造納米二氧化鋯的方法，屬于納米二氧化鋯粉體制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
納米二氧化鋯粉體具有納米結(jié)晶尺寸、狹小的顆粒分布和弱的凝聚，氮吸附比表面積大(可以大于200m2/g)，分散性佳，化學(xué)活性高等特點(diǎn)?？梢杂糜谥圃煅鮽鞲衅鳌⒔Y(jié)構(gòu)陶瓷和催化劑載體等。而具有納米結(jié)晶尺寸、狹小的顆粒分布和弱的凝聚二氧化鋯粉末對于制造細(xì)顆粒的二氧化鋯陶瓷是很重要的。原因是在納米陶瓷中，納米陶瓷粉的熔點(diǎn)、燒結(jié)溫度和晶化溫度比常規(guī)粉體低很多，納米陶瓷粉微粒尺寸小，表面能高，壓制成塊后的接口具有高能量，在燒結(jié)中高的接口能成為原子運(yùn)動的驅(qū)動力，有利于接口中的孔洞收縮，即使燒結(jié)溫度降低。事實(shí)證明，細(xì)顆粒陶瓷具有高塑性和高轉(zhuǎn)變韌性，具有非常重要的應(yīng)用。在汽車工業(yè)中，二氧化鋯是一個(gè)重要的助催化劑，它可以幫助控制二氧化鈰催化劑載體的氧化還原反應(yīng)。目前常見的生產(chǎn)制造納米二氧化鋯粉體的方法是主要包括沉淀法、水解法(含水熱法)、共沸精餾法、低溫氣相水解法、微乳液法(反向膠團(tuán)法)等幾種。以上幾種方法中，每種方法均有其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)和各自的缺陷，下面就此進(jìn)行一個(gè)簡單評述。沉淀法是目前應(yīng)用最 廣泛的方法。優(yōu)點(diǎn)在于化學(xué)反應(yīng)過程簡單，制備的粉末顆粒細(xì)小、活性高、均勻性好；成本低，易于規(guī)?；a(chǎn)。最大的缺點(diǎn)在于制備過程中容易團(tuán)聚，影響粉末分散性能。水解法分為兩種，無機(jī)鹽水解法和醇鹽水解法優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)條件相對溫和，但是時(shí)間很長，且晶體長大速度與溶液中H+, Cl—濃度有很大關(guān)系，控制比較困難。醇鹽水解法則反應(yīng)速度很快，團(tuán)聚很少，且粒徑均勻。不過也一樣存在不足，主要體現(xiàn)在消耗大量的貴金屬，耗資大，成本高，有有毒物質(zhì)，易造成污染。共沸精餾法是近年來新提出的方法，主要是為了避免產(chǎn)生硬團(tuán)聚。低溫氣相水解法可以制備高比表面積低團(tuán)聚粉體，可以合成出粒徑IOnm左右的二氧化鋯粉體。但是蒸出的Cl—容易吸附在二氧化鋯粒子表面，引起污染。設(shè)備造價(jià)高昂，生產(chǎn)條件苛刻，很難實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以單一氧氯化鋯為原材料(避免氨、堿等沉淀劑的使用，減少原材料投入)，在蒸酸除氯中回收鹽酸做為生成氧氯化鋯的重要原材料循環(huán)使用，同時(shí)避免了前驅(qū)體氫氧化鋯固液分離過程中產(chǎn)生的團(tuán)聚，制備出分散性高、環(huán)保性能好的真空變壓蒸酸除氯制備納米二氧化鋯粉體的方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種真空變壓蒸酸除氯制備納米二氧化鋯粉體的方法，其特征是:包括以下步驟:(1)采用氧氯化鋯ZrOCl2為原材料，將其于溶于純水中，并加熱使其發(fā)生水解反應(yīng)，生成氫氧化氧鋯ZrO(OH)2沉淀和氯化氫HCl ;當(dāng)料液升溫至60° C時(shí)，開啟真空泵和高剪切，調(diào)節(jié)真空度；在反應(yīng)過程中利用生成的氫氧化氧鋯ZrO(OH)2沉淀，分散、水解同時(shí)蒸酸除氯，最終形成沉淀懸浮液；(2)將沉淀懸浮液蒸餾到鋯元素濃度在溶液中達(dá)到12(Tl50g/L，液體PH值5.5-6時(shí)停止蒸餾；(3)將經(jīng)步驟(2)得到的沉淀懸浮液轉(zhuǎn)入高壓釜，經(jīng)高溫、高壓反應(yīng)，泄壓、固液分離、洗滌、烘干得到產(chǎn)品。步驟(I)中料液鋯元素的初始濃度配置為40 50g/L。步驟(I)中真空度調(diào)節(jié)范圍為-0.06 -0.02Mpa，控制溫度范圍為80 120°C ；低溫時(shí)使用高真空，高溫時(shí)調(diào)低真空，溫度在8(Tl00°C時(shí)，調(diào)節(jié)真空度在-0.06^-0.04 Mpa,溫度在10(Tl20°C時(shí)，調(diào)節(jié)真空度在-0.04^-0.02 Mpa0步驟(3)中反應(yīng)溫度為200 250°C，反應(yīng)時(shí)間為8 24小時(shí)，壓力2-4.5MPa。本發(fā)明屬于無機(jī)鹽水解法，采用氧氯化鋯作為原料，水解過程中變壓蒸餾脫除去水解過程中產(chǎn)生的氯化氫，隨后高壓水熱合成出納米二氧化鋯粉體。避免了氨堿等沉淀劑的使用，減少了原材料投入，避免了前驅(qū)體氫氧化鋯固液分離過程中二次團(tuán)聚問題，同時(shí)也避免了使用大量水來洗滌氯根，產(chǎn)生大量污水的問題。下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式實(shí)例1:
將氧氯化鋯配成鋯元素初始濃度為50g/L的溶液70L，置入100L的中試高剪切分散釜中，將料液升溫到60°C，開啟真空泵和高剪切，隨著溫度升高，物料開始發(fā)生水解反應(yīng)，生成氫氧化氧鋯沉淀和氯化氫，調(diào)節(jié)真空度，將白色酸霧抽出反應(yīng)釜，并通過吸收塔回收，真空度調(diào)節(jié)范圍-0.06 -0.02MPa，溫度調(diào)節(jié)范圍80_120°C，低溫時(shí)使用高真空，高溫時(shí)調(diào)低真空，溫度在8(Tl00°C時(shí)，調(diào)節(jié)真空度在-0.06 .04 Mpa，溫度在10(Tl20°C時(shí)，調(diào)節(jié)真空度在-0.04^-0.02 Mpa ;最終控制物料溶液PH值5.8，鋯元素150g/L。將高分散的沉淀懸浮液置入30L的高壓釜中，升溫至250°C，反應(yīng)壓力4.5MPa，反應(yīng)時(shí)間8h，將卸壓所得的漿料固液分離，洗去殘余氯根，烘干得到平均粒徑IOOnm的納米二氧化鋯粉體。實(shí)施例2:
將氧氯化鋯配成鋯元素初始濃度為40g/L的溶液70L，置入100L的中試高剪切分散釜中，將料液升溫到60°C，開啟真空泵和高剪切，隨著溫度升高，物料開始發(fā)生水解反應(yīng)，生成氫氧化氧鋯沉淀和氯化氫，調(diào)節(jié)真空度，將白色酸霧抽出反應(yīng)釜，并通過吸收塔回收，真空度調(diào)節(jié)范圍0.06-0.02MPa，溫度調(diào)節(jié)范圍80_120°C，低溫時(shí)使用高真空有利于氯化氫的采出，高溫時(shí)調(diào)低真空度，同時(shí)蒸出氯化氫防止水的過早蒸餾損失，最終控制物料溶液PH值6，鋯元素120g/L。將高分散的沉淀懸浮液置入30L的高壓釜中，升溫至200°C，反應(yīng)壓力2MPa，反應(yīng)時(shí)間24h，將卸壓所得的漿料固液分離，洗去殘余氯根，烘干得到平均粒徑60nm的納米二氧化鋯粉體。實(shí)施例3:
將氧氯化鋯配成鋯元素初始濃度為45g/L的溶液70L ，置入100L的中試高剪切分散釜中，將料液升溫到60°C，開啟真空泵和高剪切，隨著溫度升高，物料開始發(fā)生水解反應(yīng)，生成氫氧化氧鋯沉淀和氯化氫，調(diào)節(jié)真空度，將白色酸霧抽出反應(yīng)釜，并通過吸收塔回收，真空度調(diào)節(jié)范圍0.06-0.02MPa，溫度調(diào)節(jié)范圍80_120°C，低溫時(shí)使用高真空有利于氯化氫的采出，高溫時(shí)調(diào)低真空度，同時(shí)蒸出氯化氫防止水的過早蒸餾損失，最終控制物料溶液PH值5.8，鋯元素135g/L。將高分散的沉淀懸浮液置入30L的高壓釜中，升溫至220°C，反應(yīng)壓力3MPa，反應(yīng)時(shí)間 16h，將卸壓所得的漿料固液分離，洗去殘余氯根，烘干得到平均粒徑SOnm的納米二氧化鋯粉體。
權(quán)利要求
1.一種真空變壓蒸酸除氯制備納米二氧化鋯粉體的方法，其特征是:包括以下步驟:(I)采用氧氯化鋯為原材料，將其于溶于純水中，并加熱使其發(fā)生水解反應(yīng)，生成氫氧化氧鋯沉淀和氯化氫；當(dāng)料液升溫至60°c時(shí)，開啟真空泵和高剪切，調(diào)節(jié)真空度；在反應(yīng)過程中利用生成的氫氧化氧鋯沉淀，分散、水解同時(shí)蒸酸除氯，最終形成沉淀懸浮液；(2)將沉淀懸浮液蒸餾到鋯元素濃度在溶液中達(dá)到12(Tl50g/L，液體PH值5.5-6時(shí)停止蒸餾；(3)將經(jīng)步驟(2)得到的沉淀懸浮液轉(zhuǎn)入高壓釜，經(jīng)高溫、高壓反應(yīng)，泄壓、固液分離、洗滌、烘干得到產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空變壓蒸酸除氯制備納米二氧化鋯粉體的方法，其特征是:步驟(I)中料液錯(cuò)元素的初始濃度配置為40 50g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空變壓蒸酸除氯制備納米二氧化鋯粉體的方法，其特征是:步驟(I)中真空度調(diào)節(jié)范圍為-0.06 -0.02Mpa，控制溫度范圍為80 120°C;低溫時(shí)使用高真空，高溫時(shí)調(diào)低真空。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空變壓蒸酸除氯制備納米二氧化鋯粉體的方法，其特征是:步驟(3)中反應(yīng)溫度為 200 250°C，反應(yīng)時(shí)間為8 24小時(shí)，壓力2-4.5MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種真空變壓蒸酸除氯制備納米二氧化鋯粉體的方法，用氧氯化鋯為原材料，溶于純水中，加熱水解，生成氫氧化氧鋯沉淀和氯化氫，料液升溫至60oC時(shí)，開啟真空泵，隨反應(yīng)溫度和時(shí)間調(diào)節(jié)真空配空比，實(shí)現(xiàn)蒸酸除氯；反應(yīng)過程中采用高剪切充分分散水解生成的氫氧化氧鋯沉淀，分散、水解同時(shí)蒸酸除氯，最終形成沉淀懸浮液。本發(fā)明采用氧氯化鋯作為原料，水解過程中變壓蒸餾脫除水解過程中產(chǎn)生的氯化氫，隨后高壓水熱合成出納米二氧化鋯粉體，避免了固液分離過程，也就避免了前驅(qū)體氫氧化鋯在固液分離過程中的二次團(tuán)聚，同時(shí)也避免了使用大量水來洗滌氯根，產(chǎn)生大量污水的問題。
文檔編號C01G25/02GK103086427SQ20131005510
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月21日
發(fā)明者周濤, 沈同德, 朱建軍, 周新基, 李珣珣 申請人:江蘇九九久科技股份有限公司