[发明专利]一种高纯度小晶粒钒氧化物其制备方法及应用

说明书

本发明提供一种高纯度小晶粒钒氧化物、其制备方法及应用，本发明高纯度小晶粒钒氧化物的制备方法包括以下步骤：将质量比为100:0～2的钒源、分散剂加入到水中，控制溶液固含量为10～50％，持续搅拌；将溶液湿法高能研磨，得到的浆料通过喷雾干燥方式制备焙烧前驱体粉末，所述焙烧前驱体粉末粒度分布d90为5～70μm；将焙烧前驱体粉末与补氨剂混合，并随后置于非氧化性气氛下烧结，冷却后获得高纯度小晶粒钒氧化物。本发明采用物理研磨与热处理组合方式，实现纳米钒氧化物的制备，制备得到的高纯度小晶粒钒氧化物一次颗粒小于1μm；本发明制备工艺绿色环保、经济效益高，且容易实现大规模连续生产。

技术领域

本发明涉及无机功能材料制备技术领域，尤其涉及一种高纯度小晶粒钒氧化物、其制备方法及应用。

背景技术

钒氧化物，如V₂O₃、VO₂和V₂O₅等，因其优异的催化、光、电、磁和热敏等性能从而广泛应用于众多技术领域。随着技术的发展，人们已经能够通过设计和控制材料的制备工艺来获得材料更优异的性能，对于钒氧化物材料方面，制备低维纳米尺度的材料，并在此基础上研究其各方面性能已成为纳米材料领域的研究热点。如VO₂纳米粉末作为热敏电阻材料和构筑只能节能新型材料，相较于传统粉末，其纳米小颗粒粉料可有效改善相变时的应力，使电阻突变量和光透过率增加，同时纳米粉末将又有利于材料后期制浆喷涂或刷涂制膜工序，甚至可以直接粉末压制成块体和器件，具有更广泛的应用。

已报到的制备纳米钒氧化物的方法有模板法、溶剂热法和溶胶凝胶法等。如CN104724756B和CN105236487B中通过溶剂热调控反应温度和时间得到不同结构的纳米钒氧化物，CN101205084B采用有机模板剂通过水热法合成了纳米钒氧化物，CN104091940B采用共沉淀和煅烧的方法制备纳米钒铬氧化物颗粒。上述各合成过程中均需要使用大量有机溶剂和水，从而产生大量含钒和有机物的废水废液，同时水热和溶剂热反应通常需要高压反应釜且产率较低，不利于大规模生产。

发明内容

针对传统纳米钒氧化物在实际生产中出现的问题，本发明提出了一种高纯度小晶粒钒氧化物的制备方法，采用物理研磨方式和热处理组合方式，实现纳米钒氧化物的制备，制备得到的高纯度小晶粒钒氧化物一次颗粒小于1μm。本发明制备工艺绿色环保、经济效益高，且容易实现大规模连续生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提出一种高纯度小晶粒钒氧化物的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)、将钒源、分散剂加入到水中，控制溶液固含量为10～50％wt，所述钒源和分散剂的质量比为100:0.05～2，持续搅拌保证溶液均一，避免发生溶液分层情况；

步骤(2)、将步骤(1)溶液进行湿法高能研磨，研磨得到的均一浆料通过喷雾干燥方式制备焙烧前驱体粉末，所述焙烧前驱体粉末粒度分布d90为5～70μm；

步骤(3)、将焙烧前驱体粉末与补氨剂按质量比100：0.5-20进行混合，并随后置于非氧化性气氛下烧结，烧结温度为400-1100℃，保温时间为1～6h，冷却后获得高纯度小晶粒钒氧化物。

进一步地，步骤(1)中所述钒源为偏钒酸铵和/或多钒酸铵。

进一步地，步骤(1)中所述分散剂能将湿法高能研磨过程中的纳米团聚体打开，达到降低浆料粘度和提高浆料均匀分散的效果。所述分散剂为聚乙二醇、异丙醇胺、水溶性柠檬酸-聚羧酸钠复合溶液、纳米氧化铝和纳米二氧化钛中的一种或几种。

进一步地，步骤(1)溶液固含量为25～40％wt。

进一步地，步骤(1)钒源和分散剂的质量比为100:0.05～1.2。

进一步地，步骤(2)中所述湿法高能研磨为高能球磨或纳米砂磨，其中高能球磨转速不低于400rpm，纳米砂磨成品细度：50nm-1μm。