專利名稱：采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法。
背景技術(shù)：
鋯酸鋇(化學(xué)式BaZrO3)是一種具有鈣鈦礦(ABO3)結(jié)構(gòu)的材料，具有寬的帶隙、高的介電常數(shù)、高的擊穿強度、低的漏電流密度、優(yōu)異的化學(xué)與機械穩(wěn)定性等，被廣泛用于燃料電池、氫氣氣敏傳感器、高柵介質(zhì)材料、蒸汽電解、熱障涂層等。因此，對鋯酸鋇的研究越來越受到人們的重視。傳統(tǒng)合成鋯酸鋇的方法是固相燒結(jié)法，這種方法制備的粉體通常具有粒徑大、分布不均勻和強團聚等缺點。為了克服這此缺點，“軟化學(xué)”方法合成鋯酸鋇越來越受到人們的重視。相對于固相反應(yīng)法，“軟化學(xué)”方法，如溶膠一凝膠、共沉淀、熱分解等方法，雖然在組分控制上具有明顯優(yōu)勢，在合成溫度上有所降低，但仍需要高溫處理過程才能得到結(jié)晶性良好的鋯酸鋇粉體，而高溫處理過程勢必造成顆粒的粗化和團聚，不利于陶瓷制備。水熱法可以在較低的溫度下制備結(jié)晶性和分散性較好的鋯酸鋇粉體，專利文獻CN 101319383 B公開了一種采用溶劑熱合成納米鋯酸鋇的方法，方法先向氧氯化鋯水溶液中加入氨水形成羥基氧化物沉淀，再將該沉淀液加入到乙酸鋇的有機胺溶液中，在0. 5 I. Omol/L的氫氧化鉀存在下，在150 230°C下保溫2 24小時，制備出粒徑為15 25nm的鋯酸鋇納米粉體，但該方法反應(yīng)過長，使用有機胺容也易產(chǎn)生具有刺激性的氨，從而對操作人員造成身體傷害，采用有機胺做溶劑時還會造成后期納米粉體的分離、洗滌困難，同時也會造成水污染問題。微波水熱法是近幾年才在國際上展開研究的一種納米粉體制備新方法，在控制粉體尺寸、形貌以及分散性等方面顯示出巨大優(yōu)勢。與常規(guī)水熱方法相比，微波加速了反應(yīng)過程，使得反應(yīng)時間縮短，能夠制備出結(jié)晶完好、粒徑分布均勻的納米粉體，并且此方法操作簡單，成本低廉。近年來美國Pennsylvania大學(xué)采用微波水熱法制備了一些陶瓷和金屬粉體,對微波水熱合成研究工藝進行了初步研究。國內(nèi)也開始了采用微波水熱法合成粉體材料的研究，但是鋯酸鋇納米材料的微波水熱合成研究至今未見系統(tǒng)報道。因此本發(fā)明提供一種鋯酸鋇納米粉體的微波水熱合成方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在反應(yīng)時間長、污染大的問題，提供一種采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法。本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法，包括如下步驟
(I)將水溶性鋯鹽和水溶性鋇鹽分別溶于水中，得到含鋯離子的溶液和含鋇離子的溶液；
(2)再按鋯離子與鋇離子的摩爾比為I:1，將含鋯離子的溶液與含鋇離子的溶液混合；
(3)向步驟(2)所得的混合液中加入表面活性劑，使混合液中表面活性劑的濃度為5 200mmol/L,然后加入堿，直至有沉淀形成，得到前驅(qū)體漿料；
(4)把前驅(qū)體漿料置于反應(yīng)釜中，進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為150 200°C，微波功率為500 800W，反應(yīng)0. 5 4h，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分離、干燥得到鋯酸鋇納米粉體。進一步，所述水溶性鋯鹽為四氯化鋯、硝酸鋯和醋酸鋯中的至少一種。進一步，所述水溶性鋇鹽為氯化鋇、硝酸鋇和醋酸鋇中的至少一種。進一步,所述表面活性劑為十TK燒基二甲基漠化按、十_■燒基橫酸納和十_■燒基苯磺酸鈉中的至少一種。進一步,所述堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。有益效果
(I)采用本發(fā)明方法制得的鋯酸鋇納米粉體結(jié)晶完好、顆粒大小均勻，分布范圍窄。(2)采用微波加熱比常規(guī)水熱法的加熱更快，更安全，容易控制，反應(yīng)時間也只需
0.5 4小時，合成的鋯酸鋇納米粉體無需高溫煅燒，節(jié)約了能量消耗。(3)采用微波水熱法時，微波能對反應(yīng)液起到振蕩作用，有效地促進反應(yīng)和提高納米粉體晶粒品質(zhì)，減少了納米粒子的團聚。(4)本發(fā)明無需使用難處理的有機溶劑，對操作人員無危害，產(chǎn)物容易分離，污染少。


圖I是采用本發(fā)明方法制得的鋯酸鋇納米粉體的X-射線衍射圖譜(XRD)。圖2是采用本發(fā)明方法制得的鋯酸鋇納米粉體的場發(fā)射掃描電鏡圖(FESEM)。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例I
1)稱取3.2320g ZrCl4 5H20溶于IOOml去離子水中形成0. lmol/L ZrCl4溶液；
2)稱取2.4425g BaCl2 2H20溶于IOOml去離子水中形成0. lmol/L BaCl2溶液；
3)分別量取40ml的0.lmol/L ZrCl4溶液和0. lmol/L BaCl2溶液混和，并加入2. 9156g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，攪拌使其溶解；
4)稱取6.OOOOg NaOH攪拌狀態(tài)下加入步驟3)的混和溶液中，有沉淀形成，得到前驅(qū)體漿料；
5)把前驅(qū)體漿料裝入有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)釜的填充度為80%，反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)時間為2h，微波功率為600W，將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇充分洗滌、過濾，然后放入烘箱在120°C下干燥2h，所得為粒徑200nm鋯酸鋇納米粉體。所得鋯酸鋇納米粉體的XRD譜圖(見圖I)與標(biāo)準(zhǔn)圖譜一致，F(xiàn)ESEM表征(見圖2)說明所得的粉體大小均勻，顆粒直徑范圍分布窄。
實施例2
1)稱取3.2320g ZrCl4 5H20溶于50ml去離子水中形成0. 2mol/L ZrCl4溶液；
2)稱取2.4425g BaCl2 2H20溶于50ml去離子水中形成0. 2mol/L BaCl2溶液；
3)分別量取40ml的0.2mol/L ZrCl4溶液和0. 2mol/LBaCl2溶液混和，并加入4. 3734g的CTAB，攪拌使其溶解；
4)稱取6.OOOOg NaOH攪拌狀態(tài)下加入步驟3)的混和溶液中，有沉淀形成，得到前驅(qū)體漿料；
5)把前驅(qū)體漿料裝入有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)釜的填充度為80%，反應(yīng)溫度為150°C，反應(yīng)時間為3h，微波功率為600W，將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用 去離子水和無水乙醇充分洗滌、過濾，然后放入烘箱在100°C下干燥4h，所得為粒徑150nm鋯酸鋇納米粉體。實施例3
1)稱取3.2320g ZrCl4 5H20溶于IOOml去離子水中形成0. lmol/L ZrCl4溶液；
2)稱取2.4425g BaCl2 2H20溶于IOOml去離子水中形成0. lmol/L BaCl2溶液；
3)分別量取40ml的0.lmol/L ZrCl4溶液和0. lmol/LBaCl2溶液混和，并加入I. 4578gCTAB，攪拌使其溶解；
4)稱取6.OOOOg NaOH攪拌狀態(tài)下加入步驟3)的混和溶液中，有沉淀形成，得到前驅(qū)體漿料；
5)把前驅(qū)體漿料裝入有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)釜的填充度為80%，反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)時間為3h，微波功率為500W，將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇充分洗滌、過濾，然后放入烘箱在100°C下干燥4h，所得為粒徑ISOnm鋯酸鋇納米粉體。實施例4
1)稱取3.2320g ZrCl4 5H20溶于IOOml去離子水中形成0. lmol/L ZrCl4溶液；
2)稱取2.4425g BaCl2 2H20溶于IOOml去離子水中形成0. lmol/L BaCl2溶液；
3)分別量取40ml的0.lmol/L ZrCl4溶液和0. lmol/LBaCl2溶液混和，并加入4. 3734gCTAB，攪拌使其溶解；
4)稱取4.0000g NaOH攪拌狀態(tài)下加入步驟3)的混和溶液中，有沉淀形成，得到前驅(qū)體漿料；
5)把前驅(qū)體漿料裝入有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)釜的填充度為70%，反應(yīng)溫度為150°C，反應(yīng)時間為4h，微波功率為500W，將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇充分洗滌、過濾，然后放入烘箱在150°C下干燥2h，所得為粒徑200nm鋯酸鋇納米粉體。實施例5
1)稱取3.2320g ZrCl4 5H20溶于100ml去離子水中形成0. lmol/L ZrCl4溶液；
2)稱取2.4425g BaCl2 2H20溶于100ml去離子水中形成0. lmol/L BaCl2溶液；
3)分別量取40ml的0.lmol/L ZrCl4溶液和0. lmol/L BaCl2溶液混和，并加入2. 7878g十二烷基苯磺酸鈉，攪拌使其溶解；
4)稱取6.0000g NaOH攪拌狀態(tài)下加入步驟3)的混和溶液中，有沉淀形成，得到前驅(qū)體漿料；
5)把前驅(qū)體漿料裝入有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜 進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)釜的填充度為80%，反應(yīng)溫度為160°C，反應(yīng)時間為3h，微波功率為500W，將微波水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇充分洗滌、過濾，然后放入烘箱在120°C下干燥2h，所得為粒徑160nm鋯酸鋇納米粉體。
權(quán)利要求
1.采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)將水溶性鋯鹽和水溶性鋇鹽分別溶于水中，得到含鋯離子的溶液和含鋇離子的溶液； (2)再按鋯離子與鋇離子的摩爾比為I:1，將含鋯離子的溶液與含鋇離子的溶液混合； (3)向步驟(2)所得的混合液中加入表面活性劑，使混合液中表面活性劑的濃度為5 200mmol/L,然后加入堿，直至有沉淀形成，得到前驅(qū)體漿料； (4)把前驅(qū)體漿料置于反應(yīng)釜中，進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為150 200°C，微波功率為500 800W，反應(yīng)0. 5 4h，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分離、干燥得到鋯酸鋇納米粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法，其特征在于所述水溶性鋯鹽為四氯化鋯、硝酸鋯和醋酸鋯中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法，其特征在于所述水溶性鋇鹽為氯化鋇、硝酸鋇和醋酸鋇中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法，其特征在于所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基磺酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法，其特征在于所述堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。
全文摘要
本發(fā)明公開一種采用微波水熱法制備鋯酸鋇納米粉體的方法，該方法將含鋯離子的水溶液和含鋇離子的水溶液混合，加入堿直至產(chǎn)生沉淀，得到前驅(qū)體漿料，再將前驅(qū)體漿料在溫度為150～200℃，微波功率為500～800W，微波水熱反應(yīng)0.5～4h，產(chǎn)生經(jīng)分離、干燥得到鋯酸鋇納米粉體。本發(fā)明的方法具有反應(yīng)時間短、操作簡單，產(chǎn)物易分離，無需高溫煅燒，所得產(chǎn)物具有結(jié)晶完好、顆粒大小均勻，分布范圍窄等特點。
文檔編號B82Y40/00GK102659417SQ201210130578
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者吳紀(jì)梁, 吳頔 申請人:無錫隆傲電子有限公司