專利名稱：一種制備單分散球形納米金屬氧化物粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及單分散、小粒徑、實(shí)心球形納米氧 化物粉末的制備方法，特指一種制備單分散球形納米金屬氧化物粉末的液相霧化 技術(shù)。
技術(shù)背景納米氧化物粉末以其優(yōu)異的性能而被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。隨著科技的發(fā) 展，對(duì)其形貌、粒度及均勻性提出了更高的要求。液相霧化技術(shù)是指將一種液態(tài)物料(包括泥漿)霧化后在熱的干燥介質(zhì)中轉(zhuǎn)變 成干粉料的工藝，由于液相霧化技術(shù)兼具氣相法和液相法的優(yōu)點(diǎn)，存在著工藝簡(jiǎn) 單，產(chǎn)品品質(zhì)可靠，可連續(xù)生產(chǎn)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種納米氧化物粉末的制 備，特別是納米金屬氧化物粉末的制備。目前該技術(shù)用于制備金屬氧化物粉末的 常見方法有噴霧干燥法、噴霧熱分解法和噴霧反應(yīng)法等。噴霧干燥法技術(shù)成熟， 但熱效率低。而噴霧熱分解法制備的粉末中存在大量空心粒子和破裂球殼，嚴(yán)重 影響粉末的綜合性能。噴霧反應(yīng)法優(yōu)于前二種方法，可以制備出分布均勻的實(shí)心 球體氧化物粉末，但目前還存在著諸如粉末團(tuán)聚嚴(yán)重或粒徑范圍為亞微米級(jí)至微 米級(jí)等問題。如華東理工大學(xué)徐華蕊等在1999年的《稀土》—雜志上報(bào)道了用該 法制備實(shí)心球形氧化鈰粉末，他們將反應(yīng)液霧化為細(xì)小的霧滴，引入溫度為80°C 左右的玻璃管中反應(yīng)，然后霧滴進(jìn)入溫度為400 120(TC的石英管中分解，獲得 平均粒度為0.8um的實(shí)心球形二氧化鈰粉末。張嘉琪等也于2006年在《天津理 工大學(xué)學(xué)報(bào)》上報(bào)道將原料霧化后，通入高溫反應(yīng)區(qū)反應(yīng)，通過精確控制載氣流 量及反應(yīng)時(shí)間，獲得了大小在30 40nm的Ti02納米粉末，但粉末出現(xiàn)了嚴(yán)重的 硬團(tuán)聚。因此，采用液相霧化技術(shù)可以制備出實(shí)心球形金屬氧化物粉末，如Ce02、 Ti02、 ot-Al203等粉末，但要得到單分散的實(shí)心球形納米級(jí)金屬氧化物粉末，還 存在著較大的難度。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于采用一種新型的液相霧化技術(shù)，使反應(yīng)液接觸面變廣，改 善反應(yīng)微區(qū)的不均勻性，并使生成的前驅(qū)體顆粒快速與反應(yīng)液分離，適當(dāng)控制前 驅(qū)體顆粒的成核與生長(zhǎng)，再通過高溫煅燒制備出粒徑約為10nm，單分散的球形 實(shí)心金屬氧化物粉末。 制備方法如下-根據(jù)所要制備的納米氧化物，分別配制母液和沉淀劑溶液，將兩種溶液分別 裝入超聲霧化器中進(jìn)行霧化，將母液和沉淀劑溶液產(chǎn)生的霧滴同時(shí)導(dǎo)入反應(yīng)器中 進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)打開反應(yīng)器底部出口的抽濾裝置進(jìn)行抽濾，反應(yīng)完畢后，收集前 驅(qū)體顆粒，先水洗兩遍，再用乙醇洗滌浸泡，經(jīng)干燥、高溫煅燒，最后研磨即可 獲得單分散、實(shí)心球形納米氧化物粉末。上述制備方法中，霧化器產(chǎn)生的霧滴直徑為2~6um，霧化量和載氣流量可通 過氧化物的實(shí)際制備量和反應(yīng)器大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。上述制備方法中反應(yīng)器為垂直放置且上部具有三個(gè)進(jìn)口的容器，其中二個(gè)進(jìn) 口分別導(dǎo)入母液和沉淀劑溶液產(chǎn)生的霧滴，另一進(jìn)口為檢測(cè)口，用于檢測(cè)反應(yīng)體 系的PH值，具體的PH值范圍可通過各種金屬的E-PH圖查得，暫用玻璃塞堵 住待檢測(cè)時(shí)使用，反應(yīng)器底部有一出口，該出口與抽濾裝置相連，出口與抽濾裝 置之間放置多層濾布和濾紙。上述制備方法中母液和沉淀劑溶液產(chǎn)生的霧滴通入反應(yīng)器后，通過控制反應(yīng) 體系的PH值使之發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)開始后，待反應(yīng)器中充斥大量含前驅(qū)體顆粒的 霧滴時(shí)，打開反應(yīng)器底部的抽濾機(jī)進(jìn)行抽濾。繼續(xù)反應(yīng)并抽濾， 一直至原料消耗 完畢，收集反應(yīng)器底部濾布或?yàn)V紙上的前驅(qū)體顆粒，先用蒸餾水洗兩遍，再用乙 醇洗滌浸泡，經(jīng)干燥、高溫煅燒，最后研磨即可獲得單分散、實(shí)心球形納米金屬 氧化物粉末。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1) 由于制備工藝中省略了前驅(qū)體的陳化時(shí)間，因此可使生產(chǎn)周期大大 縮短，且工藝操作簡(jiǎn)單，并可連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)量大。(2) 粉末顆粒的形貌、大小、粒徑分布等特征可通過霧化參數(shù)的調(diào)整而 得到控制。(3) 制備的金屬氧化物粉末性能優(yōu)異。如該法可用于制備Ce02、 Ti02、a-Al203、 Sn02等各種納米金屬氧化物粉末，且所得氧化物粉末微細(xì)， 平均粒徑約為10nm，分散性好，比表面積高，顆粒形態(tài)為實(shí)心球形， 流動(dòng)性好。(4) 粉體轉(zhuǎn)相溫度低，燒結(jié)性能好，比正常轉(zhuǎn)相溫度低20(TC左右。


圖1為納米a-Al203粉體100nm標(biāo)尺的透射電鏡2為納米Ce02粉體50nm標(biāo)尺的透射電鏡圖具體實(shí)施方案 實(shí)例h采用液相霧化技術(shù)制備粒徑約為10nm,單分散、實(shí)心球形納米a-Al2O3粉末。 原料為硫酸鋁銨(NH4A1(S04)2工業(yè)級(jí))；碳酸氫銨(NH4HC03分析純)；聚 乙二醇-PEG6000;乙醇(AR);蒸餾水(自制)。(1) 分別配制0.2~0.5mol/L NH4A1(S04)2和1.5~2.5mol/L NH4HC03溶液，向硫 酸鋁銨中加入0.1~0.4% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))PEG6000做分散劑。(2) 將兩溶液分別盛入兩臺(tái)CSW-2004型超聲霧化器中，超聲頻率為1.7MHz， 超聲功率為80W，調(diào)節(jié)霧化量為120ml/h，載氣流量為200ml/s.通過霧 化器噴霧成一個(gè)個(gè)懸浮在空氣中的微小液滴，液滴尺寸為2um 5um;(3) 產(chǎn)生的兩種霧滴同時(shí)將NH4A1(S04)2和NH4HC03溶液導(dǎo)入反應(yīng)器中進(jìn)行 反應(yīng)，控制反應(yīng)器內(nèi)的PH值為6 8，并打開反應(yīng)器底部的抽濾機(jī)進(jìn)行抽 濾，以便使產(chǎn)生的前驅(qū)體顆?？焖俾湎?；(4) 收集前驅(qū)體顆粒，先蒸餾水洗兩遍，再用乙醇洗滌后浸泡2 5小時(shí)；(5) 離心后將得到的前驅(qū)體經(jīng)8(TC干燥3 20小時(shí)，待前驅(qū)體粉末轉(zhuǎn)為白色， 干透為止；(6) 將前驅(qū)體置于高溫爐中經(jīng)120(TC煅燒20分鐘至數(shù)小時(shí)(與所燒前驅(qū)體質(zhì) 量多少有關(guān))使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)閍相；(7) 置于球磨機(jī)中球磨10小時(shí)即可制得納米a-Al203粉末。按實(shí)施例1的工藝參數(shù)制得的a-Al203粉末樣品的透射電鏡圖如圖1所示。 從中可以看出，顆粒粒徑分布很均勻，呈球形，平均粒徑約為lOnm左右。實(shí)例2:5采用液相霧化技術(shù)制備Ce02粉末實(shí)例。(1) 分別配制碳酸氫銨和硝酸鈰溶液，鈰溶液濃度為[C^+]0.5moI/L,碳酸 氫銨與硝酸鈰摩爾比為4: 1;(2) 將兩溶液分別盛入兩臺(tái)CSW-2004型超聲霧化器中，超聲頻率為 1.7MHz，超聲功率為80W，調(diào)節(jié)霧化量為120ml/h，載氣流量為200ml/s. 通過霧化器噴霧成一個(gè)個(gè)懸浮在空氣中的微小液滴，液滴尺寸為 2um 5um;(3) 將產(chǎn)生的兩種霧滴同時(shí)導(dǎo)入反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，控制反應(yīng)器內(nèi)的PH 值為7~8,并打開反應(yīng)器底部的抽濾機(jī)進(jìn)行抽濾，以便使產(chǎn)生的前驅(qū) 體顆?？焖俾湎?；(4) 收集前驅(qū)產(chǎn)物，并用蒸餾水洗潘2遍，無(wú)水乙醇洗滌l遍；(5) 放入烘箱中8(TC烘干，再放入60(TC煅燒爐中煅燒2h，得到Ce02粉 體。 .按實(shí)施例2的工藝參數(shù)制得的Ce02粉體樣品的透射電鏡圖如圖2所示。 從中可以看出，顆粒粒徑分布很均勻，呈球形，平均粒徑約為4nm左右。
權(quán)利要求
1、一種制備單分散球形納米金屬氧化物粉末的方法，采用了液相霧化技術(shù)，其特征在于根據(jù)所要制備的納米氧化物，分別配制母液和沉淀劑溶液，將兩種溶液分別裝入超聲霧化器中進(jìn)行霧化，將母液和沉淀劑溶液產(chǎn)生的霧滴同時(shí)導(dǎo)入反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)打開反應(yīng)器底部出口的抽濾裝置進(jìn)行抽濾，反應(yīng)完畢后，收集前驅(qū)體顆粒，先水洗兩遍，再用乙醇洗滌浸泡，經(jīng)干燥、高溫煅燒，最后研磨即可獲得單分散、實(shí)心球形納米氧化物粉末。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備單分散球形納米金屬氧化物粉末的方法，其特征在于霧化器產(chǎn)生的霧滴直徑為2 6um，霧化量和載氣流量通過氧化物的實(shí)際制備量和反應(yīng)器大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備單分散球形納米金屬氧化物粉末的方法，其特征在于反應(yīng)器為垂直放置且上部具有三個(gè)進(jìn)口的容器，其中二個(gè)進(jìn)口分別導(dǎo)入母液和沉淀劑溶液產(chǎn)生的霧滴，另一進(jìn)口為檢測(cè)口，用于檢測(cè)反應(yīng)體系的PH值，具體的PH值范圍可通過 各種金屬的E-PH圖查得，反應(yīng)器底部有一出口，該出口與抽濾裝置 相連，出口與抽濾裝置之間放置多層濾布和濾紙。
全文摘要
一種制備單分散球形納米金屬氧化物粉末的方法，涉及納米材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，根據(jù)所要制備的納米氧化物，分別配制母液和沉淀劑溶液，將兩種溶液分別裝入超聲霧化器中進(jìn)行霧化，將母液和沉淀劑溶液產(chǎn)生的霧滴同時(shí)導(dǎo)入反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)打開反應(yīng)器底部出口的抽濾裝置進(jìn)行抽濾，反應(yīng)完畢后，收集前驅(qū)體顆粒，先水洗兩遍，再用乙醇洗滌浸泡，經(jīng)干燥、高溫煅燒，最后研磨即可獲得單分散、實(shí)心球形納米氧化物粉末。本發(fā)明由于制備工藝中省略了前驅(qū)體的陳化時(shí)間，因此可使生產(chǎn)周期大大縮短，且工藝操作簡(jiǎn)單，并可連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)量大。
文檔編號(hào)C01G19/00GK101239703SQ20081001960
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月10日
發(fā)明者徐桂芳, 王安東, 陳彩鳳, 陳志剛 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)