Способ получения нанокристаллического порошка диоксида циркония



Способ получения нанокристаллического порошка диоксида циркония
Способ получения нанокристаллического порошка диоксида циркония

Владельцы патента RU 2600636:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) (RU)

Изобретение относится к технологии неорганических материалов, в частности к способам получения нанокристаллического порошка диоксида циркония, стабилизированного добавками редкоземельных элементов (РЗЭ), и может быть использовано для изготовления катализаторов и сорбентов, технической керамики различного назначения (теплозащитных материалов, твердых электролитов для твердооксидных топливных элементов и т.д.). Описан способ получения нанопорошка диоксида циркония, включающий осаждение гидроксида циркония с добавкой редкоземельного элемента, одновременное проведение сушки и прокаливания промытой пасты прекурсора в микроволновой печи под действием СВЧ-излучения с фиксированной частотой 2450 МГц, где стадию осаждения проводят, используя добавку ионов диспрозия в количестве 7-10 мол.% Dy2O3, при этом мощность СВЧ-излучения составляет 1,5 кВт, время процесса 3,5 ч при температуре 800°С. Технический результат: получение однофазного, нанокристаллического, малоагрегированного порошка диоксида циркония с кубической структурой. 2 ил., 2 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к технологии неорганических материалов, в частности к способам получения нанокристаллического порошка диоксида циркония, стабилизированного добавками редкоземельных элементов (РЗЭ), и может быть использовано для изготовления катализаторов и сорбентов, технической керамики различного назначения (теплозащитных материалов, твердых электролитов для твердооксидных топливных элементов и т.д.).

Наиболее эффективными способами получения нанокристаллического порошка диоксида циркония являются методы синтеза из водной фазы (соосаждение, золь-гель метод) с последующим прокаливанием прекурсоров до соответствующего оксида [1]. Диоксид циркония в зависимости от условий получения может находиться в трех полиморфных модификациях: моноклинной, тетрагональной и кубической. Главными недостатками получаемых материалов являются возможное наличие в них моноклинной фазы, а также высокая степень агрегации получаемых нанокристаллических порошков. Однако для получения катализаторов и сорбентов с высокой активной поверхностью, а также плотной керамики с высокой прочностью необходимо в качестве исходных веществ использовать малоагрегированные нанокристаллические порошки диоксида циркония, имеющие высокотемпературную (тетрагональную или кубическую) кристаллическую структуру.

Одним из способов стабилизации высокотемпературных фаз ZrO2 является введение добавок структурно близких к нему оксидов, образующих устойчивые твердые растворы с кристаллической структурой типа флюорита. В качестве стабилизирующих добавок используют следующие оксиды: MgO, CaO, Y2O3, CeO2, ThO2, Ln2O3 (Ln - РЗЭ), образующих с ZrO2 твердые растворы [2].

Известен способ получения композиции на основе оксидов циркония, празеодима, лантана или неодима для использования в каталитической системе [3], по которому для получения материала с удельной поверхностью 29 м2/г после прокаливания при 1000°С в течение 10 ч смесь соединений циркония и добавки осаждается основанием, полученная суспензия нагревается и к ней добавляется анионный или неионогенный ПАВ и далее осадок прокаливается. Недостатком данного способа является добавление ПАВ, приводящее к возможному загрязнению углеродом конечного продукта, а также возможность агрегации частиц в ходе сушки и их спекания в процессе прокаливания.

В литературе описаны способы получения порошка диоксида циркония [4], согласно которым для снижения агрегации порошков диоксида циркония после осаждения гидроксида циркония (с добавкой ионов иттрия) промытый осадок подвергается действию СВЧ-сушки, импульсного магнитного поля (ИМП) и ультразвукой (УЗ) обработке, после чего прокаливают при температурах 350-900°С, что приводит к получению нанопорошка диоксида циркония с размером кристаллитов 5-25 нм, удельной поверхностью 40-135 м2/г и легко разрушающимися агломератами. Недостатком описанных в [4] способов является возможность агрегации частиц (кристаллитов) диоксида циркония из-за их спекания в процессе прокаливания с образованием агрегатов размером 500-1000 нм и более.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению и принятым в качестве прототипа является способ получения диоксида циркония, описанный в патенте [5], согласно которому после осаждения гидроксида циркония (с добавкой ионов иттрия) стадии сушки и прокаливания проводят одновременно под действием СВЧ-излучения в частотном диапазоне 500-20000 МГц с непрерывной мощностью 3,0-50,0 кВт в течение 5-60 мин.

Недостатком прототипа является получение только тетрагональной фазы ZrO2 (Y2O3).

Технический результат заключается в получении однофазного, нанокристаллического, малоагрегированного порошка диоксида циркония с кубической структурой.

Это достигается тем, что в способе получения нанопорошка диоксида циркония, включающем осаждение гидроксида циркония с добавкой редкоземельного элемента, одновременное проведение сушки и прокаливания промытой пасты прекурсора в микроволновой печи под действием СВЧ-излучения с фиксированной частотой 2450 МГц, стадию осаждения проводят, используя добавку ионов диспрозия в количестве 7-10 мол. % Dy2O3, при этом мощность СВЧ-излучения составляет 1,5 кВт, время процесса 3,5 ч при температуре 800°С.

Добавка оксида диспрозия в количестве 7-10 мол. % обеспечивает содержание ионов диспрозия для получения кубической фазы. Использование добавки оксида диспрозия в количестве менее 7 мол. % приводит к появлению примеси моноклинной фазы в порошке ZrO2(Dy2O3), использование добавки оксида диспрозия в количестве более 10 мол. % не приводит к изменению фазового состава порошка ZrO2(Dy2O3).

Данный способ получения был реализован в микроволновой печи «HAMiLab-C1500». В качестве исходных веществ были использованы оксихлорид циркония ZrOCl2×8H2O, нитрат диспрозия Dy(NO3)3×5H2O, 25% водный раствор аммиака NH4OH, дистиллированная вода.

Пример 1. 22,3 г ZrOCl2×8H2O и 5,1 г Dy(NO3)3×5H2O растворяли в 200 мл дистиллированной воды. Полученный раствор фильтровали для удаления нерастворимых взвешенных частиц, получая прозрачный раствор солей с рН 0,8-0,9. 19 мл 25% NH4OH доводили до 100 мл дистиллированной водой. При интенсивном перемешивании раствор смеси солей Zr и Dy дозировали в раствор аммиака, получая вязкую суспензию белого цвета с рН 9,5-10,0.

Полученную суспензию фильтровали и далее осадок гидроксида циркония промывали дистиллированной водой до отсутствия в промывных водах растворимых анионов. Промытый осадок переносили в кварцевый тигель и помещали в микроволновую печь. Процесс сушки и прокаливания проводили под действием СВЧ-излучения с рабочей частотой 2450 МГц и непрерывной мощностью 1,5 кВт в течение 3 ч 30 мин (30 мин нагрев до 800°С, 3 ч изотермический отжиг при 800°С) с получением нанопорошка диоксида циркония, стабилизированного добавкой ионов оксида диспрозия, ZrO2(7,2 мол. % Dy2O3). Рентгенографический анализ показал наличие нанокристаллитов кубической фазы диоксида циркония c-ZrO2 с размером ОКР 22 нм (фиг. 1). Удельная поверхность (по БЭТ) полученного нанокристаллического порошка диоксида циркония составила 33 м2/г. Размер частиц (агрегатов) составил менее 1000 нм (фиг. 2).

Пример №2. Процесс получения гидроксида циркония и его дальнейшей обработки в микроволновой печи осуществляется, как описано в примере №1. Отличие состоит в том, что в ходе процесса масса добавки Dy(NO3)3×5H2O составила 3,85 г. Рентгенографический анализ полученного порошка ZrO2(5,6 мол. % Dy2O3) показал, что продукт имеет примесь моноклинной фазы в количестве 11%.

Пример №3. Процесс получения гидроксида циркония и его дальнейшей обработки в микроволновой печи осуществляется, как описано в примере №1. Отличие состоит в том, что в ходе процесса масса добавки Dy(NO3)3×5H2O составила 8,2 г. Рентгенографический анализ полученного порошка ZrO2(10,6 мол.% Dy) показал наличие нанокристаллитов кубической фазы диоксида циркония c-ZrO2 с размером ОКР 20 нм. Удельная поверхность (по БЭТ) полученного нанокристаллического порошка диоксида циркония составила 35 м2/г.

Таким образом, приведенные примеры показывают, что введение добавки ионов диспрозия в гидроксид циркония на стадии осаждения в количестве 7-10 мол. % Dy2O3, а также проведение последующей сушки и прокаливания промытой пасты прекурсора в микроволновой печи под действием СВЧ-излучения позволяет получать однофазный, нанокристаллический, малоагрегированного порошка диоксида циркония с кубической структурой.

Предлагаемый способ может быть также распространен на диоксид циркония, стабилизированный добавками других РЗЭ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов. М.: Академкнига, 2006, 309 с.

2. Рутман Д.С., Торопов Ю.С., Плинер С.Ю. и др. Высокоогнеупорные материалы из диоксида циркония. М.: Металлургия, 1985, 130 с.

3. Патент WO №2005082782, кл. B01D 53/94.

4. Konstantinova Т.Е., et. al. The mechanisms of particle formation in Y-doped ZrO2 // Int. J. Nanotechnology, 2006, v. 3, №1, p. 29-38.

5. Патент РФ №2404125, кл. C01G 25/02.

Способ получения нанопорошка диоксида циркония, включающий осаждение гидроксида циркония с добавкой редкоземельного элемента, одновременное проведение сушки и прокаливания промытой пасты прекурсора в микроволновой печи под действием СВЧ-излучения с фиксированной частотой 2450 МГц, отличающийся тем, что стадию осаждения проводят, используя добавку ионов диспрозия в количестве 7-10 мол.% Dy2O3, при этом мощность СВЧ-излучения составляет 1,5 кВт, время процесса 3,5 ч при температуре 800°С.



 

Похожие патенты:
Изобретение может быть использовано для дезактивации сложнообогащаемого цирконового концентрата Зашихинского месторождения, содержащего примесь кремния в виде кварца и полевых шпатов.

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 порошковой металлургии, в частности к синтезу карбида циркония, и может быть использовано при изготовлении огнеупорных тиглей, элементов высокотемпературных вакуумных и газонаполненных электропечей, полирующего материала и катализатора для каталитических процессов.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к синтезу диборида циркония, и может быть использовано для изготовления чехлов высокотемпературных термопар, нагревателей высокотемпературных электропечей сопротивления, испарителей и лодочек для вакуумной металлизации, тиглей для прецизионной металлургии, труб для перекачивания расплавленных металлов.
Изобретение относится к получению чистых соединений циркония и гафния экстракционным способом. Способ извлечения циркония и гафния из технологических растворов с получением экстракта для последующего разделения этих элементов включает совместную экстракцию циркония и гафния из азотнокислых растворов растворами трибутилфосфата в органическом разбавителе на основе непредельных ароматических углеводородов.

Изобретение может быть использовано в химической технологии. Для получения наноразмерных и наноструктурированных материалов на основе слоистых трихалькогенидов переходных металлов общей формулы MQ3, где M=Ti, Zr, Hf, Nb, Та; Q=S, Se, Те, в качестве исходного материала используют порошкообразные трихалькогениды, которые диспергируют в наноразмерные частицы посредством ультразвуковой обработки в органическом растворителе.

Изобретение относится к способу обработки материала на основе диоксида циркония. Способ включает взаимодействие на стадии взаимодействия (18) разложенного циркона ZrO2·SiO2 (16) с гидродифторидом аммония NH4F·HF (20) в соответствии с уравнением реакции 1.1: ZrO 2 ⋅ SiO 2 + NH 4 F ⋅ HF → ( NH 4 ) 3 ZrF 7 + ( NH 4 ) 2 SiF 6 + H 2 O       1 .1 , с образованием в качестве продуктов (22) взаимодействия (NH4)3ZrF7 и (NH4)2SiF6.

Изобретение относится к области гидрометаллургии циркония и гафния. Способ экстракционного разделения циркония и гафния включает суммарную экстракцию циркония и гафния из азотнокислого исходного раствора с использованием раствора трибутилфосфата в углеводородном разбавителе, их разделение при понижении кислотности с извлечением циркония из реэкстракта гафния оборотным экстрагентом с объединением обоих экстрактов в протоке и слабокислую реэкстракцию циркония с последующей регенерацией экстрагента.
Изобретение относится к технологии редких металлов, в частности к гидрометаллургии циркония и гафния. Способ разделения циркония и гафния включает получение гидроксидов циркония и гафния при температуре, не превышающей 30-35°С, обезвоживание полученных гидроксидов циркония и гафния, растворение их в азотной кислоте и последующее извлечение циркония экстракцией трибутилфосфатом из полученного раствора в противотоке, причем из ячейки в середине каскада выводят водную фазу, добавляют в нее азотную кислоту и полученный раствор вводят в следующую ступень по движению водной фазы.

Изобретение относится к металлорганическим латентным каталитическим соединениям, которые являются подходящими в качестве катализаторов в реакциях полиприсоединения или поликонденсации, которые катализируются катализатором типа кислоты Льюиса, в частности, для сшивки блокированного или не блокированного изоцианата или изотиоцианатного компонента с полиолом или политиолом с формированием полиуретана (ПУ).

Изобретение относится к сублимационному выращиванию эпитаксиальных массивов самоорганизованных монокристаллических наноостровков кремния на сапфировых подложках и может быть использовано в качестве нанотехнологического процесса, характеризующегося повышенной стабильностью формирования однородных по размерам наноостровков кремния с пониженной степью дефектности их структуры.

Изобретение относится к способу переработки природного битума в бензиновые и дизельные фракции путем каталитического крекинга в среде ацетилена в присутствии мезопористого алюмосиликата с диаметром пор 50 Ǻ, взятого в количестве 5-10 мас.%, модифицированного наноразмерным порошком никеля со средним размером частиц 20 нм, полученного методом газофазного синтеза, в количестве 0,5-2,0% к массе цеолита.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам для производства теплоизоляционного автоклавного газобетона и изделий на его основе, которые могут применяться для теплоизоляции промышленных установок и ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Изобретение относится к способу получения композиционного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), обладающего теплопроводящими электроизоляционными свойствами, методом полимеризационного наполнения.

Настоящее изобретение относится к способу получения полимерных микросфер, содержащих квантовые точки. Описан способ получения полимерных микросфер, содержащих квантовые точки, включающий приготовление раствора квантовых точек в органическом растворителе, содержащем катионактивное ПАВ, представляющее собой алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорид в количестве 1-2 мас.%, с концентрацией квантовых точек в растворе 0,1-1,0 г/л, с последующим добавлением к раствору квантовых точек полимерных микросфер полистирола или полиметилметакрилата, при соотношении полимер:раствор квантовых точек, равном 1:1, полученную смесь подвергают ультразвуковой обработке, затем выдерживают в течение 2-6 часов при комнатной температуре и диспергируют в С2-С4-алифатическом спирте с катионактивным ПАВ, представляющим собой алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорид, взятый в количестве 1-2 мас.%, выдерживают в течение 5-15 минут, затем центрифугируют для выделения образовавшегося осадка, состоящего из полимерных микросфер, содержащих квантовые точки.

Группа изобретений относится к применению модифицированных наночастиц оксида кремния в древесно-стружечных плитах, к древесно-стружечной плите и к способу ее изготовления.

Использование: для изготовления устройства с субмикронным джозефсоновским π-контактом. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления устройства с субмикронным джозефсоновским π-контактом заключается в том, что в качестве слабой связи джозефсоновского перехода используют единичный нанопровод, сформированный из последовательно чередующихся магнитных и немагнитных участков таким образом, что магнитный участок имеет субмикронные размеры во всех направлениях X, Y, Z, где Z - направлен вдоль нанопровода, а немагнитные участки выполнены из сверхпроводящего материала или из нормального металла с большими длинами когерентности ξN, который помещают горизонтально на подложку и подводят к немагнитным участкам сверхпроводящие контакты.

Изобретение относится в области нанотехнологии, медицины, фармакологии и фармацевтике. Технической задачей изобретения является упрощение и ускорение процесса получения нанокапсул и увеличение выхода по массе.

Изобретение относится к области нанотехнологии, в частности к способу получения нанокапсул зеленого чая, характеризующемуся тем, что в качестве оболочки используется высоко- или низкоэтерифицированный яблочный или цитрусовый пектин, а в качестве ядра используется экстракт зеленого чая, при осуществлении способа экстракт зеленого чая добавляют в суспензию пектина в этаноле в присутствии 0,01 г поверхностно-активного вещества E472c, при этом массовое соотношение ядро:оболочка при пересчете на сухое вещество составляет 1:3, затем при перемешивании 1300 об/мин приливают этилацетат, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре Способ обеспечивает упрощение и ускорение процесса получения нанокапсул, уменьшение потерь при получении нанокапсул.

Изобретение относится к области нанотехнологии, в частности к способу получения нанокапсул, обладающих кардиотоническим действием, и описывает способ, характеризующийся тем, что в качестве оболочки используется каррагинан, а в качестве ядра используется настойка боярышника, при осуществлении способа настойку боярышника добавляют в суспензию каррагинана в бензоле в присутствии поверхностно-активного вещества E472c при перемешивании 1300 об/мин, при этом массовое соотношение ядро:оболочка при пересчете на сухое вещество составляет 1:1, или 1:3, или 3:1, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на полимерные пористые конструкции и может быть использовано для формирования композиционных полимерных пористых конструкций на основе полилактида медицинского назначения с размером пор от 300 мкм, отличающихся повышенной биоактивностью и гидрофильностью. Описан способ нанесения биоактивного композиционного покрытия на основе хитозана на полимерные пористые конструкции на основе полилактида, заключающийся в модифицировании поверхности порошка гидроксиапатита 3-аминопропилтриэтоксисиланом в спирте, сушке при температуре 70-90°С в течение 3-5 часов, смешении в дистиллированной воде порошка хитозана и гидроксиапатита при температуре 70-90°С в течение 0,5-1 часа, добавлении уксусной кислоты до получения 1М раствора, перемешивании до гомогенности в течение 1-2 часов, внесении полимерной пористой конструкции в раствор, перемешивании в течение 1-2 часов, добавлении 1М раствора NaOH до получения рН 5,5, перемешивании в течение 2-5 часов, добавлении по каплям NaOH до рН>6, отмывке пористой конструкции с осажденным композиционным покрытием в дистиллированной воде до достижения нейтрального рН. Технический результат: создание биоактивной полимерной биорезорбируемой конструкции с повышенной адгезией клеток к поверхности и цитокондуктивностью. 2 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2016-10-27 2016-10-27T09:19:22
Наверх