Спосіб виготовлення нанодисперсного діоксиду цирконію

Реферат: Спосіб виготовлення нанодисперсного діоксиду цирконію включає нагрівання в автоклаві до 320-330 °C протягом 4-6 годин суміші подрібненого цирконового концентрату з фторидом кальцію і розчином гідроксиду натрію у масовому співвідношенні цирконового концентрату, фториду кальцію і гідроксиду натрію від 1:1:5 до 1:1,5:8, відділення осаду від рідкої фази, промивання осаду гарячою водою і розчинення у гарячій соляній кислоті, осадження гідроксосполуки цирконію і промивання водою до негативної реакції на хлорид-іони, суспендування осаду гідроксосполуки цирконію у воді і нагрівання виготовленої суспензії гідроксосполуки цирконію в автоклаві, відділення отриманої суспензії центрифугуванням, висушування отриманого нанодисперсного діоксиду цирконію. Осадження гідроксосполуки цирконію здійснюють шляхом додавання солянокислого розчину до розчину гідроксиду натрію. Виготовлену суспензію гідроксосполуки цирконію нагрівають в автоклаві протягом 4-6 годин при температурі 165-180 °C. UA 103230 U (54) СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ НАНОДИСПЕРСНОГО ДІОКСИДУ ЦИРКОНІЮ UA 103230 U UA 103230 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів виробляння мікроструктурних систем, а саме до виготовлення нанодисперсного діоксиду цирконію. 7 Відомий спосіб одержання порошку діоксиду цирконію (патент України № 39672, МПК C01G25/02, дата публікації 15.06.2001), що включає приготування золю гідратованого діоксиду цирконію за допомогою карбаміду, фільтрацію діоксиду цирконію, сушіння і прожарювання. Золь гідратованого діоксиду цирконію готують при рН=1-2 і температурі 80-100 °C, окремо готують розчин карбамідо-формальдегідного полімеру при рН=5-5,5, температурі 20-30 °C протягом 0,51,5 год., додають у золь гідратованого діоксиду цирконію і перемішують протягом 2-2,5 год. при температурі 50-60 °C. Отриманий продукт фільтрують, сушать при температурі 100 °C і прожарюють при температурі 700 °C. Спільними ознаками зі способом, що заявляється, є виготовлення гідроксосполуки цирконію, фільтрування та висушування одержаного нанодисперсного порошку. Причинами, що перешкоджають одержанню потрібного технічного результату, є надмірна складність процесу, що передбачає додаткове виготовлення розчину карбамідоформальдегідного полімеру, який потім додають до золю гідратованого діоксиду цирконію. Відомий спосіб отримання нанодисперсних порошків діоксиду цирконію в гідротермальних умовах (Пожидаєва О.В., Кориткова Е.Н., Романов Д.П., Гусаров В.В. "Формування нанокристалів діоксиду цирконію у гідротермальних середовищах різного хімічного складу" // ЖОХ. - 2002. - Т. 72. № 6. - С. 910-914). За цим способом спочатку отримують аморфний гель діоксиду цирконію осадженням із розчину оксихлориду цирконію. Потім аморфний гель діоксиду цирконію завантажують в автоклав, додають неорганічні мінералізатори: МеОН, MeF, MeCl, + + + MeBr (Me - Li , Na , K ), синтез відбувається при температурі 250 °C і тиску 70 МПа, протягом 4 годин. Одержаний продукт відділяють від рідкої фази, промивають у дистильованій воді та висушують при 110 °C. Спільними ознаками зі способом, що заявляється, є отримання гідроксосполуки цирконію, нагрівання в автоклаві, відділення одержаного продукту від рідкої фази та висушування. Причинами, що перешкоджають одержанню потрібного технічного результату, є не досить вдало вибрані параметри способу, що передбачають використання чистих солей цирконію і мінералізаторів, які є недешевими реагентами. За прототип вибрано спосіб виготовлення нанодисперсного діоксиду цирконію, наведений у патенті України на корисну модель № 40811; МПК (2009) В81С 5/00; C01G 25/00; дата публікації 27.04.2009, Бюл. № 8, 2009 р. За способом-прототипом в автоклаві нагрівають до 320-330 °C протягом 4-6 годин суміш подрібненого цирконового концентрату з фторидом кальцію і розчином гідроксиду натрію у масовому співвідношенні цирконового концентрату, фториду кальцію і гідроксиду натрію від 1:1:5 до 1:1,5:8, осад відділяють від рідкої фази, промивають осад гарячою водою і розчиняють у гарячій соляній кислоті, одержаний солянокислий розчин відділяють від нерозчинних домішок і осаджують гідроксосполуку цирконію шляхом додавання розчину амоніаку, одержаний осад гідроксосполуки цирконію промивають водою до негативної реакції на хлорид-іони, суспендують осад гідроксосполуки цирконію у воді і нагрівають в автоклаві протягом 4-6 годин при температурі 220-270 °C, потім відділяють отриману суспензію наночастинок центрифугуванням, твердий залишок висушують при 80-100 °C протягом 2-3 годин. Одержують білий порошок, що складається з нанорозмірних частинок, що мають розміри в межах від 50 до 100 нм. Спільними ознаками із способом, що заявляється, є: нагрівання в автоклаві до 320-330 °C протягом 4-6 годин суміші подрібненого цирконового концентрату з фторидом кальцію і розчином гідроксиду натрію у масовому співвідношенні цирконового концентрату, фториду кальцію і гідроксиду натрію від 1:1:5 до 1:1,5:8, відділення осаду від рідкої фази, промивання осаду гарячою водою і розчинення у гарячій соляній кислоті, осадження гідроксосполуки цирконію із солянокислого розчину, промивання гідроксосполуки цирконію водою до негативної реакції на хлорид-іони, суспендування гідроксосполуки цирконію у воді і нагрівання в автоклаві протягом 4-6 годин при температурі 220-270 °C, відділення отриманої суспензії центрифугуванням, висушування твердого залишку при 80-100 °C протягом 2-3 годин. Причинами, що перешкоджають одержанню потрібного технічного результату, є не досить вдало вибрані параметри способу: надмірно висока температура нагрівання автоклава, а також осадження гідроксосполуки цирконію розчином амоніаку. В основу корисної моделі поставлена задача у способі виготовлення нанодисперсного діоксиду цирконію шляхом зміни параметрів забезпечити зниження собівартості кінцевого продукту за рахунок зниження температури нагрівання автоклава, а також використання розчину гідроксиду натрію для осадження гідроксосполуки цирконію замість розчину амоніаку. 1 UA 103230 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Поставлена задача вирішується тим, що у способі виготовлення нанодисперсного діоксиду цирконію, який включає нагрівання в автоклаві до 320-330 °C протягом 4-6 годин суміші подрібненого цирконового концентрату з фторидом кальцію і розчином гідроксиду натрію у масовому співвідношенні цирконового концентрату, фториду кальцію і гідроксиду натрію від 1:1:5 до 1:1,5:8, відділення осаду від рідкої фази, промивання гарячою водою і розчинення у гарячій соляній кислоті, осадження гідроксосполуки цирконію і промивання водою до негативної реакції на хлорид-іони, суспендування осаду гідроксосполуки цирконію у воді і нагрівання виготовленої суспензії гідроксосполуки цирконію в автоклаві протягом 4-6 годин, відділення отриманої суспензії наночастинок центрифугуванням, висушування твердого залишку при 80100 °C протягом 2-3 годин, згідно з корисною моделлю, осадження гідроксосполуки цирконію здійснюють шляхом додавання солянокислого розчину до розчину лугу, а виготовлену суспензію гідроксосполуки цирконію нагрівають в автоклаві протягом 4-6 годин при температурі 165-180 °C. Для здійснення способу, що заявляється, брали цирконовий концентрат Вольногорського ГЗК наступного складу, мас. %: ZrO2 67,0 SiO2 31,4 НfО2 1,5 ТіО2 0,01. Для розкладання цирконового концентрату брали: фторид кальцію кваліфікації "ч" за ГОСТ 7167-77, гідроксид натрію кваліфікації "чда" (імпортний), соляну кислоту кваліфікації "хч" за ГОСТ 3118-77. Реакційну суміш нагрівали в автоклаві місткістю 100 мл з нікелевою вкладкою. Спосіб, що заявляється, здійснюють таким чином. Наважку подрібненого до розміру частинок 0,05 мм цирконового концентрату змішують з розрахованою кількістю фториду кальцію, висипають в автоклав, додають розраховану кількість розчину гідроксиду натрію. Масові співвідношення цирконового концентрату, фториду кальцію і гідроксиду натрію у реакційній суміші від 1:1:5 до 1:1,5:8. Закривають автоклав і нагрівають до 320-330 °C протягом 4-6 годин. Гарячий автоклав охолоджують у воді, відкривають і переносять реакційну суміш на фільтр. Осад промивають порціями гарячої води. До вологого осаду додають розчин соляної кислоти і нагрівають до його розчинення. Одержаний розчин фільтрують для очищення від твердих часток концентрату, що не розклався. Для осадження гідроксосполуки цирконію до розрахованої кількості розчину гідроксиду натрію повільно додають при інтенсивному перемішуванні солянокислий розчин солі цирконію. Осад фільтрують, промивають на фільтрі дистильованою водою до негативної реакції на хлорид-іони. Промитий осад гідроксосполуки цирконію перетворюють у суспензію, додаючи необхідну кількість дистильованої води, і нагрівають в автоклаві протягом 4-6 годин при температурі 165-180 °C. Гарячий автоклав охолоджують у воді, відкривають і відділяють отриману суспензію наночастинок від рідкої фази центрифугуванням протягом 10 хвилин при 4000 об/хв. і висушують при 80-100 °C протягом 1-2 годин. Одержують білий порошок, що складається з нанорозмірних частинок, що мають розміри в межах від 15 нм до 50 нм. Технічним результатом способу, що заявляється, є: зниження собівартості кінцевого продукту за рахунок зниження температури нагрівання автоклава, а також використання розчину гідроксиду натрію для осадження гідроксосполуки цирконію замість розчину амоніаку. Далі можливість здійснення способу, що заявляється, підтверджується такими прикладами конкретної реалізації. Приклад 1. Наважку подрібненого цирконового концентрату масою 5 г змішують з 7,5 г фториду кальцію, висипають в автоклав з нікелевою вкладкою, додають 45 мл розчину 3 гідроксиду натрію з масовою концентрацією 880 г/дм . Співвідношення маси цирконового концентрату до маси фториду кальцію і гідроксиду: натрію становило 1:1,5:8. Герметизують автоклав і нагрівають його до 320 °C, витримують при цій температурі протягом 6 годин. Потім гарячий автоклав охолоджують водою до 50 °C, відкривають і відділяють тверду фазу від рідини на фільтрі. Осад декілька разів промивають невеликими порціями гарячої дистильованої води. Вологий осад переносять у стакан з розчином соляної кислоти і нагрівають до його розчинення. Розчин фільтруванням очищають від нерозчинних домішок. Кислий розчин солі цирконію додають до водного розчину гідроксиду натрію. Осад відфільтровують, промивають на фільтрі дистильованою водою до негативної реакції на хлорид-іони. Промитий осад гідроксосполуки цирконію перетворюють у суспензію, додаючи необхідну кількість дистильованої води (50 мл), і нагрівають в автоклаві протягом 6 годин при температурі 180 °C. 2 UA 103230 U 5 10 Гарячий автоклав охолоджують у воді, відкривають і відділяють наночастинки від рідкої фази центрифугуванням протягом 10 хвилин при 4000 об/хв. і висушують при 100 °C протягом 1 годин. Одержують білий порошок, що складається з нанорозмірних частинок, що мають середній розмір 50 нм. Приклади 2-6. Одержання проводили аналогічно прикладу 1, за винятком того, що змінювали співвідношення компонентів та параметри способу. Відповідні числові дані для цих прикладів наведено у прикладах 2-6 таблиці. Наведені приклади підтверджують досягнення поставленої задачі. Спосіб, що заявляється, здійснюється на стандартному обладнанні, не потребує дефіцитних реагентів і може бути використаний для виготовлення нанодисперсного діоксиду цирконію з розміром наночастинок 20-50 нм. Таблиця № Співвідношення компонентів, мас. ч. при концентрат CaF2 NaOH к. 1 1 1,5 8 2 1 1 5 3 1 1 5 4 1 1 5 5 1 1 5 6 1 1 5 Концентрація 3 NaOH, г/дм 880 600 550 500 450 400 Розкладання цирконового концентрату тривалість, t °C год. 320 4 320 5 320 6 320 6 330 6 330 6 Автоклавний Середній синтез розмір наночастинок наночастинок, тривалість, нм t °C год. 180 6 50 180 4 40 175 6 40 175 6 20 170 6 20 165 6 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 Спосіб виготовлення нанодисперсного діоксиду цирконію, що включає нагрівання в автоклаві до 320-330 °C протягом 4-6 годин суміші подрібненого цирконового концентрату з фторидом кальцію і розчином гідроксиду натрію у масовому співвідношенні цирконового концентрату, фториду кальцію і гідроксиду натрію від 1:1:5 до 1:1,5:8, відділення осаду від рідкої фази, промивання осаду гарячою водою і розчинення у гарячій соляній кислоті, осадження гідроксосполуки цирконію і промивання водою до негативної реакції на хлорид-іони, суспендування осаду гідроксосполуки цирконію у воді і нагрівання виготовленої суспензії гідроксосполуки цирконію в автоклаві, відділення отриманої суспензії центрифугуванням, висушування отриманого нанодисперсного діоксиду цирконію, який відрізняється тим, що осадження гідроксосполуки цирконію здійснюють шляхом додавання солянокислого розчину до розчину гідроксиду натрію, а виготовлену суспензію гідроксосполуки цирконію нагрівають в автоклаві протягом 4-6 годин при температурі 165-180 °C. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3