[发明专利]一种金属氧化物纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及液相沉淀法制备纳米粉体方法，特别是一种金属氧化物纳米粉体制备方法

背景技术

目前，采用液相沉淀法制备纳米金属氧化物粉体时，金属氧化物前驱体（共沉淀物）干燥时很容易产生团聚，造成前驱体在焙烧过程中粉体出现硬团聚，粒径分布比较宽。产生这种现象的原因是：金属氧化物前驱体经过过滤后，颗粒之间含有大量水，在一定温度下进行烘干蒸发干燥时，由于水分子在蒸发时毛细收缩作用将颗粒压向一起，尤其是，湿颗粒表面上吸附的自由水分子与自由羟基（即非架桥羟基）形成氢键，在干燥过程中，这种氢键产生的桥连作用导致颗粒进一步接近而发生相邻颗粒表面的羟基的氢键作用，进一步脱水（如煅烧）将使颗粒产生真正的化学键而形成难以分散的团聚体，粒径分布比较宽。

为解决上述问题，采用真空共沸蒸馏已取得一定效果，真空共沸蒸馏的原理是：当有机溶剂与水蒸气气压之和等于大气压时，二相混合物开始共沸，随着蒸馏的进行，混合物中水的含量不断减少；随着这种混合物组分的变化，混合物的共沸点不断升高，直到等于有机溶剂的沸点；真空共沸蒸馏的目的是：通过真空降低共沸液的沸点，减小毛细管力作用，同时也可消除水分子氢键的架桥效应，从而降低聚集作用；使沉淀物内包裹的水分以共沸物的形式最大限度地被除去，从而防止硬团聚的形成。由于有机溶剂的表面张力较低，另一方面由于有些有机分子可与微粒表面的羟基反应，有机基团代替表面羟基基团，可消除粒子间形成化学键的可能性，阻止聚集作用的发生。

中国专利公开（公告）号：CN1611448，公开了一种用直接液相沉淀法制备纳米金属氧化物的方法。该方法采用乙醇作为主要反应介质和洗涤液,有效地消除了制备过程中产生的团聚现象,使最终的纳米金属氧化物粉体分散性良好。

中国专利公开（公告）号：CN101723319A，公开了一种共沸蒸馏制备纳米级二氧化钒掺杂粉体的方法。该方法采用将此溶胶溶于共沸溶剂中进行共沸蒸馏,得到的粉体经还原恒温晶相转化掺杂粉体。制备出的二氧化钒掺杂粉体尺寸均一，分散性良好。

上述公开的方法主要缺点是：用直接液相沉淀法制备纳米金属氧化物的方法采用乙醇作为主要反应介质和洗涤液，由于乙醇是易挥发、易燃易爆物质，在生产中存在很大危险性；另外用乙醇作为洗涤液，由于不能大量使用而不能彻底把沉淀物中的氯离子或其它阴离子完全洗干净，生产出的纳米粉体可能残留杂质。一种共沸蒸馏制备纳米级二氧化钒掺杂粉体的方法，虽然采用共沸蒸馏方式，但由于没采用真空方式，在共沸过程中环境还处于大气压下或高于大气压，还可能产生毛细管力作用，减弱消除水分子氢键的架桥效应，达不到最佳降低聚集作用。而且共沸后还需要进一步真空干燥，增加生产环节和设备。

发明内容

本发明提供了一种金属氧化物纳米粉体制备方法，方法工艺简单，操作方便，设备通用，适合工业化生产纳米粉体。

本发明提供的一种金属氧化物纳米粉体的制备方法包括以下步骤：

一.将金属盐放入容器中，用水和无水乙醇配制，得到稳定的金属离子溶液，加入无水乙醇的量为金属离子溶液总体积的20%，金属离子溶液浓度为0.5～1.2mol/L，称为前体溶液A；取碱性沉淀剂溶解于二次蒸馏水中，配制成稳定的碱性沉淀剂，其浓度为0.5～2.0mol/L，称为前体溶液B，将前体溶液A与B在反应器中快速混合反应得到沉淀前驱体，经过去离子水过滤洗涤、抽干；

二.把上述抽干的沉淀前驱体放入双锥回转真空干燥机内，从干燥机外部通入一根进液管与蒸汽出口并联，进液管的另一端连接共沸液醇类储液罐，干燥机蒸汽出口连接冷凝器，其冷凝液进入分液储液罐，分液储液罐上端出口与共沸液醇类储液罐连通，储液罐之间有阀门控制。开启双锥回转真空干燥机，抽真空并加热，同时打开共沸液醇类储液罐与干燥机连通阀，往双锥回转真空干燥机罐体内加正戊醇，加入量大于抽干前驱体体积，控制加热温度，初始控制在40-50℃，罐内压力保持在-0.1Mpa，罐体转速8-12转/分，逐步加温至120℃，共沸温度最终加到150℃，继续干燥到无液体流出停机；

三.取出干燥后的金属氢氧化物，在450℃～1000℃下焙烧0.5～2小时，得到松散的金属氧化物纳米粉体。

步骤一所述金属盐包括：氯化盐、硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐；碱性沉淀剂包括：氢氧化钠、氢氧化钾、氨水和氯化铵；共沸醇类包括：正戊醇、正丁醇和与水不互溶的醇类。

本发明与现有同类方法相比，其显著的有益效果是：该方法操作简单，共沸醇类可以循环使用，具有工业化大批生产优势。

附图说明