[发明专利]利用种晶法在油水界面间合成纳米t-ZrO2颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米t-ZrO₂材料领域，特别涉及一种利用种晶法在油水界面间合成纳米t-ZrO₂颗粒的方法。

背景技术

二氧化锆具有非常优异的物理和化学性能，被广泛应用于材料、环境、能源等领域。不仅应用于陶瓷行业，还可用作催化剂或催化剂载体、氧传感器和燃料电池等。二氧化锆具有三种晶型，单斜晶型可以在室温下稳定存在，当温度达到1175℃时，发生相变，转为四方晶型；继续升温到2370℃时，则转为立方晶型。

目前，关于纳米ZrO₂的制备方法有很多，主要有水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法、共沉淀法等。这些方法虽能得到纳米ZrO₂颗粒，但是都存在一定的缺点。水热法制备的颗粒尺寸分布较宽；溶胶-凝胶法的原料通常比较昂贵，不易于工业化生产；微乳液法需经过后续的高温焙烧，得到的粉体分散性差、高度团聚。

油水界面法是近年来提出的一种新的合成纳米颗粒的方法，具有操作简单，反应条件温和，粒径可控，产物纯度高，产率高，结晶性好，分散性好，粒径小，成本低，效率高等的优点。在专利CN102267728A中，周兴平等采用该法合成出的分散性良好、具有颗粒尺寸极其细小，纯度高的油溶性Fe₃O₄纳米颗粒，可长时间分散在油相，易于保存。2013年，周兴平等采用该法成功合成出分散性好、粒径可控的油溶性TiO₂纳米颗粒【Colloids and Surfaces A:Physicochem.Eng.Aspects423(2013)115-123】。而种子法制备出的纳米颗粒，大小易控，分散性较好，且种子的加入可使相应地反应得到提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用种晶法在油水界面间合成纳米t-ZrO₂颗粒的方法，该方法操作简单，重复性好，反应条件易控，温度要求较低，无需焙烧；得到的纳米二氧化锆颗粒的粒径分布均匀，分散性好，具有良好的应用前景。

本发明的一种利用种晶法在油水界面间合成纳米t-ZrO₂颗粒的方法，包括：

（1）室温条件下，将氧氯化锆溶液滴加到油酸钠水溶液中，再加入环己烷，搅拌，得混合溶液；其中氧氯化锆、油酸钠的摩尔比为1:2，氧氯化锆溶液、油酸钠水溶与环己烷的体积比为1:2:4；

（2）取的四方晶型的ZrO₂纳米颗粒作为种子，加入环己烷，超声分散30min，得种子悬浊液；

（3）将步骤（1）得到的混合溶液转移至高压反应釜中，然后依次滴加种子悬浊液和氢氧化钠溶液，保持体系的油水体积比为0.5-1:0.5-2，再于80-120℃恒温24-72h，分离油相，洗涤离心、干燥，即得油溶性四方晶型纳米二氧化锆纳米颗粒。

所述步骤（1）中氧氯化锆溶液的浓度为0.5M。

所述步骤（1）中油酸钠水溶液的浓度为0.1-1M。

所述步骤（1）中搅拌的时间为2-3h。

所述步骤（2）中四方晶型ZrO₂纳米颗粒与混合液中的Zr⁴⁺的摩尔比0.01-0.1：1。

所述步骤（3）中氢氧化钠溶液的浓度为0.1-10M。

所述步骤（3）中体系的油水体积比为1:1。

所述步骤（3）中洗涤离心为：乙醇、去离子水交替洗涤离心，具体为：先用无水乙醇洗涤，在10000rpm下离心分离10min离心去除上清液；再用去离子水洗涤，在10000rpm下离心分离15min离心去除上清液，如此循环无水乙醇-去离子水洗涤3次；最后用无水乙醇洗涤，在10000rpm下离心分离15min离心。

所述步骤（3）中干燥的温度为50-60℃。

有益效果

（1）本发明具有操作方法简单、重复性好，反应条件易控，温度要求较低、无需焙烧等特点；

（2）本发明将油水界面和种子法结合制备出优良的油溶性四方晶型纳米二氧化锆颗粒的粒径分布均匀，分散性好，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为该方法的工艺流程图；

图2是对照例1所得的油溶性四方晶型二氧化锆纳米颗粒的XRD及TEM图；

图3是实施例1所得的油溶性四方晶型二氧化锆纳米颗粒的XRD及TEM图；

图4是实施例2所得的油溶性四方晶型二氧化锆纳米颗粒的XRD及TEM图；