Способ получения стабилизированного диоксида циркония



Способ получения стабилизированного диоксида циркония
Способ получения стабилизированного диоксида циркония
Способ получения стабилизированного диоксида циркония
Способ получения стабилизированного диоксида циркония

 


Владельцы патента RU 2580138:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" (RU)

Изобретение относится к синтезу неорганических соединений, а именно к технологии получения стабилизированного оксида циркония, и может быть использовано для изготовления структурной керамики, твердотельных топливных элементов, кислородных сенсоров, катализаторов, а также в медицинской, электронной и ювелирной промышленности. Способ включает синтез гидроксида циркония путем смешения оксихлорида циркония с водным раствором аммиака концентрацией 6,0-9,5 мол/л при отношении объемов твердой и жидкой фаз 1:(3-5) с последующими операциями по декантации раствора, фильтрации и сушки осадка, смешение полученного гидроксида циркония с раствором ацетата редкоземельного элемента в заданном для получения необходимого продукта мольном отношении оксида циркония и оксида редкоземельного элемента, сушку и термическую обработку. Изобретение обеспечивает упрощение и интенсификацию процесса, получение стабилизированного оксида циркония с отсутствием примесей и улучшенными электрофизическими характеристиками. 1 табл., 18 пр.

 

Изобретение относится к синтезу неорганических соединений, а именно к способу получения стабилизированного диоксида циркония, и может быть использовано для изготовления структурной керамики, твердотельных топливных элементов, кислородных сенсоров, катализаторов, а также в медицинской, электронной, ювелирной и т.д. промышленности.

Согласно аналитическому обзору, проведенному по методам получения стабилизированного диоксида циркония, двумя основными способами являются твердофазный (керамический) и способ совместного осаждения.

Известен способ получения стабилизированного диоксида циркония методом совместного осаждения гидроксидов с использованием оксихлорида циркония и нитратов редкоземельных элементов (РЗЭ) в качестве исходных веществ (Горелов В.П., Пальгуев С.Ф. Максимумы электропроводности и границы фазы типа флюорита в системах ZrO2-окисел РЗЭ // Доклады АН СССР. 1979. Т. 248. №6. С. 1356-1359). Вариантом этого метода является способ получения стабилизированного диоксида циркония с использованием оксихлорида циркония и концентрата редкоземельных элементов (РЗЭ) в виде карбонатов с высоким содержанием церия (Патент RU 2463276 C2 [Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»] 10.10.2012). Он заключается в совместном осаждении гидроксидов из водного раствора оксихлорида циркония и растворенного в концентрированной азотной кислоте концентрата РЗЭ, в качестве осадителя используют 25%-ный водный раствор аммиака. Получается гелеобразный продукт, который отмывают от примесей, сушат и подвергают температурной обработке.

В обоих случаях недостатком является трудность отмывки гелеобразного осадка от примесей, большое количество сточных вод. Вследствие различия pH осаждаемых гидроксидов получают осадки с неравномерным распределением компонентов, что влияет на фазовый и гранулометрический состав получаемого материала. Помимо этого, во втором способе для высушивания продукта применяют органический реагент (этиловый спирт), а также требуется дополнительная операция, связанная с использованием ультразвука.

Известен способ получения стабилизированного оксида циркония путем мокрого помола диоксида циркония и оксида иттрия, взятых в требуемых соотношениях, в шаровой мельнице с последующим высушиванием и термической обработкой при 1350-1500°C. Данные операции повторяли 2 или более раз (Patent US 4542110 A [Hitachi Chemical Company, Ltd] 17.09.1985).

Недостатком способа является большое количество операций, высокие температуры, трудность получения однофазных образцов, введение дополнительных реагентов (оксида кремния - ≤0,5 масс. % или оксида алюминия - от 0,2 до 1,0 масс. %) для снижения температуры спекания.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения оксидных порошков, включающий осаждение гидроксида циркония при обработке оксихлорида циркония 25%-ным раствором аммиака, обработку гидроксида циркония раствором хлорида или нитрата иттрия в заданном мольном отношении ZrO2:Y2O3 в течение 23-24 часов, выпаривание до сухого состояния с дальнейшей термической обработкой порошка в интервале температур 600-1200°C (Авторское свидетельство SU 1114617 A [Сопова Т.Н., Федосов А.И., Белянина Р.Г., Кулагин В.В.], 23.09.1984).

Недостатком способа является то, что использование токсичного концентрированного раствора аммиака при получении гидроксида циркония предопределяет бурное протекание реакции взаимодействия с возможным выбросом и потерями самого оксихлорида циркония на начальной стадии процесса. Отсутствуют данные по содержанию диоксида циркония в получаемом гидроксиде и по содержанию примесей в продуктах - гидроксиде и стабилизированном оксиде циркония. Введение иттрия в виде хлорида или нитрата приводит к наличию трудноудаляемых из конченого продукта примесей хлора и азота, снижающих электрофизические свойства получаемого материала.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в упрощении и интенсификации процесса получения стабилизированного оксида циркония.

Технический результат поставленной задачи достигается синтезом гидроксида циркония гетерофазным способом путем смешения оксихлорида циркония с водным раствором аммиака концентрации 6,0-9,5 мол/л при отношении объемов твердой и жидкой фаз (Т:Ж)=1:(3-5), с последующими операциями по декантации маточного раствора, отделения твердой фазы путем фильтрации и высушивания на воздухе. Это обеспечивает получение плотного, хорошо фильтрующегося осадка гидроксида циркония с высоким содержанием диоксида циркония - 66-74 масс. % и низким содержанием хлорид-ионов (менее 0,05 масс. %). Полученный гидроксид обрабатывают водным раствором ацетата РЗЭ в заданном для получения необходимого продукта мольном отношении оксида циркония и оксида редкоземельного элемента и перемешивают в течение 15-20 часов. Суспензию выпаривают на электрической плитке до сухого состояния. Порошок шихты подвергают термической обработке в интервале температур 500-900°C.

В таблице представлены результаты проведенных исследований. Примеры 1-4 проведены в условиях способа-прототипа.

Пример 5. Оксихлорид циркония ZrOCl2·8H2O в количестве 36 г вносят небольшими порциями при перемешивании в предварительно охлажденный раствор аммиака с концентрацией 7,6 моль/л, взятом в количестве 60 мл. Реакционную смесь оставляют без перемешивания на 2 часа. Осветленный маточный раствор сливают путем декантации, осадок заливают свежей порцией дистиллированной воды в объеме 200-300 мл и оставляют для отстаивания. Для избежания трудностей, связанных с седиментацией мелкодисперсных частиц осадка, дальнейшую отмывку осадка осуществляют методом декантации, контролируя pH маточного раствора и содержание хлорид-иона (с использованием AgNO3). Декантацию заканчивают при достижении pH раствора 7-7,5 и отрицательной реакцией на хлорид-ион. Осадок гидроксида циркония переносят на фильтр и высушивают до сыпучего состояния на воздухе.

Получают 19,7 г гидроксида циркония в виде аморфного (данные РФА), сыпучего белого порошка. Содержание диоксида циркония составляет 66,7 масс. %, хлорид-иона менее 0,02 масс. %. Пикнометрическая плотность порошка гидроксида составляет 2,4 г/см3, дисперсность порошка - 2,2 мкм.

Берут 3,5 г порошкообразного аморфного гидроксида циркония, 12,3 мл водного раствора ацетата иттрия с концентрацией 0,154 моль/л (отношение компонентов отвечает составу Y2O3·20ZrO2). Смешение и встряхивание гидроксида циркония с ацетатным раствором иттрия проводят в закрытых емкостях при комнатной температуре в течение 15-20 часов. Суспензию выпаривают на электрической плитке до сухого состояния. Термообработку полученной шихты проводят при 670°C в течение 10 часов. По данным рентгенофазового анализа (РФА) полученный порошок представляет собой твердый раствор кубической модификации. Дисперсность порошка составляет 1,5 мкм.

Для получения твердого электролита и определения электрофизических величин порошок шихты прессуют при давлении 4,5-5,0 т/см2, полученную таблетку спекают при температуре 1200°C. Удельная электропроводность материала составила 2,6·10-3 Ом-1·см-1.

Примеры №6-18 проводят аналогично примеру №5, режимы приведены в таблице. Плотность получаемых порошков находится в интервале 6,05-6,15 г/см3.

Согласно приведенным в таблице данным, предлагаемый нами способ, в отличие от описанного в прототипе, обеспечивает получение стабилизированного оксида циркония с отсутствием примесей и улучшенными электрофизическими характеристиками.

Способ получения стабилизированного оксида циркония, включающий синтез гидроксида циркония путем смешения оксихлорида циркония с водным раствором аммиака с последующими операциями по декантации раствора, фильтрации и сушки осадка, смешение полученного гидроксида циркония с раствором соли редкоземельного элемента в заданном для получения необходимого продукта мольном отношении оксида циркония и оксида редкоземельного элемента, сушку и термическую обработку, отличающийся тем, что обработку оксихлорида циркония проводят раствором аммиака с концентрацией 6,0-9,5 мол/л при отношении объемов твердой и жидкой фаз (Т:Ж) 1:(3-5), а в качестве раствора соли редкоземельного элемента используют раствор ацетата редкоземельного элемента.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к аэрогелям, кальцинированным изделиям и изделиям с кристаллической структурой, содержащим ZrO2, и может найти применение в стоматологии. Способ получения аэрогеля включает стадии, на которых обеспечивают первый золь диоксида циркония, содержащий частицы кристаллического оксида металла, характеризующиеся средним размером первичных частиц не более чем 50 нанометров, добавляют радикально реакционно-способный модификатор поверхности к золю диоксида циркония с получением радикально полимеризуемого поверхностно-модифицированного золя диоксида циркония, добавляют инициатор радикальной полимеризации, нагревают с образованием геля, экстрагируют спирт, если присутствует, из геля посредством сверхкритической экстракции с получением аэрогеля.

Изобретение относится к способам получения порошковых материалов на основе германатов тугоплавких металлов, а именно циркония и гафния, которые могут быть использованы в качестве компонентов термостойких керамических изделий и люминофоров.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в разрядных источниках излучения. Защитное покрытие на внутренней поверхности разрядных оболочек источников излучения содержит оксид алюминия, оксид иттрия, оксид магния, оксид циркония и оксид тория.

Группа изобретений относится к сорбентам и их применению. Сорбент анионов сурьмы содержит частицы или гранулы оксида циркония и характеризуется коэффициентом распределения анионов сурьмы, по меньшей мере, 10000 мл/г при рН в диапазоне от 2 до 10, причем указанные частицы имеют средний размер от 10 нм до 100 мкм, для которых скорость потока составляет от 100 до 10000 объемов слоя в час и указанные гранулы имеют средний размер от 0,1 до 2 мм, для которых скорость потока составляет от 10 до 50 объемов слоя в час.

Изобретение относится к способу получения диоксида циркония. Способ включает пирогидролиз в газовой фазе фторсодержащих солей циркония в присутствии водяного пара.

Изобретение относится к способам получения нанодисперсных порошкообразных оксидов металлов, а именно оксидов 3d-металлов (скандий, титан, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк), 4е-металлов (иттрий, цирконий), металлов третьей группы главной подгруппы (алюминий, галлий, индий).

Изобретение может быть использовано в космической технике, строительстве, в химической, пищевой и легкой промышленности. Пигмент для светоотражающих покрытий содержит смесь частиц диоксида циркония со средним размером 3 мкм и наночастицы диоксида циркония размером 30-40 нм.
Группа изобретений может быть использована в производстве катализаторов, в частности, для селективного восстановления NOx. Каталитическая композиция содержит по меньшей мере один оксид на носителе, состоящий из оксида циркония, или оксида титана, или смешанного оксида циркония и титана, или из оксида циркония и оксида по меньшей мере одного оксида другого элемента, выбранного из празеодима, лантана, неодима и иттрия, нанесенный на носитель на основе оксида кремния.

Изобретение относится к каталитической композиции, а также способам (вариантам) получения каталитической композиции для обработки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания на основе оксида циркония, оксида церия и оксида иттрия или на основе оксида циркония, оксида церия и по меньшей мере двух оксидов редкоземельных металлов, не являющихся церием, с массовым содержанием оксида циркония по меньшей мере 20% и оксида церия не более 70%.
Изобретение относится к способу получения водной дисперсии оксида циркония, включающему взаимодействие соли циркония со щелочью в воде с получением суспензии частиц оксида циркония, фильтрацию, промывание и репульпирование суспензии, добавление органической кислоты к полученной суспензии в количестве одна мольная часть или больше на мольную часть циркония в суспензии, гидротермическую отработку полученной смеси при температуре 170°С или выше в течение не менее часа и промывание полученной водной дисперсии частиц оксида циркония.

Изобретение относится к электрохимическому способу получения сложных гибридных каталитических систем на основе модифицированного углерода, содержащих на поверхности оксидные вольфрамовые бронзы, в котором каталитические системы получают из расплава 30 мол.% K2WO4, 25 мол.% Li2WO4 и 45 мол.% WO3 в импульсном потенциостатическом режиме при перенапряжении не выше 300 мВ с использованием платинового анода, притом что электроосаждение ведут на угольную подложку.

Изобретение относится к получению прекурсора на основе гидратированного диоксида титана для каталитически активного покрытия на инертном носителе, содержащего наноразмерные металлические частицы палладия.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Для получения наноразмерной модификации η-TiO2 проводят гидролиз сульфата титанила в присутствии азотной кислоты HNO3 или хлорной кислоты HClO4 в течение 40-70 мин при температуре 90-98°C без использования коагулянта.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения кристаллического диоксида титана в структурной модификации анатаз готовят исходный раствор тетрахлорида титана и проводят гидролиз раствором гидроксида аммония.

Изобретение относится к каталитическим композициям, применяемым в качестве катализаторов или носителей для катализаторов, в частности катализаторов для очистки серосодержащих газов, и может найти применение в процессах очистки серосодержащих газов на предприятиях газовой, нефтяной, химической промышленности, металлургии.

Изобретение относится к каталитическим материалам, обладающим высокой активностью в различных химических реакциях, а также длительным сроком службы. Каталитические материалы состоят из особых гибридных сочетаний неорганических/полимерных соединений, содержащих наночастицы металлов, и могут легко использоваться повторно с пренебрежимо малым выщелачиванием катализаторов.

Изобретение относится к композиции на основе оксида циркония и по меньшей мере одного оксида редкоземельного элемента, отличного от церия, для обработки выхлопных газов от двигателей внутреннего сгорания при массовой доле оксида циркония по меньшей мере 50%.

Изобретение относится к способу получения замещенных хинонов путем окисления алкилароматических соединений пероксидом водорода в присутствии катализатора в среде органического растворителя.
Изобретение относится к способу создания каталитического слоя на поверхности пористого носителя. Данный способ включает нанесение наночастиц катализатора, содержащих оксид церия или гомогенный смешанный оксид церия и циркония, на внутреннюю поверхность пористого носителя из оксида алюминия посредством погружения пористого носителя в предварительно приготовленную стабильную водную суспензию, содержащую наночастицы катализатора, и запекание носителя с нанесенными на него наночастицами катализатора.

Изобретение может быть использовано в производстве фотокатализаторов. Для модифицирования марганцем наноразмерного диоксида титана вводят перманганат калия в реакционную смесь.

Окислительная десульфуризация (ОДС) представляет собой привлекательную альтернативу технологии гидродесульфуризации (ГДС) благодаря ее более низкой потребности в энергии для удаления термостойких соединений серы, таких как дибензотиофен (ДБТ), из более тяжелых фракций нефти. Дизельное топливо, содержащее ДБТ, может быть окислено с использованием гетерогенного катализатора и органогидропероксидного окислителя, который оказывается эффективным для избирательного окисления и удаления термостойких соединений серы из дизельного топлива. Способ сульфоокисления включает предоставление углеводородной фракции, включающей по меньшей мере одно соединение серы; предоставление окислителя, содержащего органогидропероксид; предоставление неполимерного катализатора, содержащего соединение металла, представленное общей формулой M(OOR)(OH)(OR′)2, или полимерного катализатора, образованного указанным неполимерным катализатором, где М представляет собой металл, выбранный из титана, вольфрама или рения; R выбран из группы, состоящей из гидрида, С1-С22 алкильных групп, С6-С30 арильных групп и/или С7-С30 алкиларильных групп; и где R′ выбран из группы, состоящей из этиленгликоля, глицерина, сорбита, ксилита и/или их смесей; контактирование углеводородной фракции с окислителем в присутствии катализатора, приводящее к окислению по меньшей мере одного соединения серы. 17 з.п. ф-лы, 1 табл., 20 пр., 8 ил.
Наверх