一种制备氧化铬纳米材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及氧化铬纳米材料的制备方法，属于无机材料的制备技术领域。
【背景技术】
[0002]纳米材料以其特殊的性能和广阔的发展前景引起众多科学家们的广泛关注。氧化铬是一种用途十分广泛的无机功能材料，而氧化铬纳米材料由于具有熔点高(2435°C )，硬度大，高温抗氧化性好，摩擦系数小，弱磁性等一系列特殊的性能用途而被广泛研究。例如:氧化铬因具有稳定的晶型和较高的熔点可被广泛用作耐火材料和陶瓷涂层，它也可用作无机颜料、磁性材料或磁记录材料等的研磨剂、速燃催化剂、光催化材料应用于石油化工、机械、电子和化学等领域。目前，制备氧化铬纳米材料的方法主要采用液相法，它包括微乳液法、超临界流体脱溶法(SAS)、辐射化学合成法、沉淀法、水热法等。其中沉淀法是液相化学反应合成金属氧化物纳米粉末最普通的方法。它是指在溶液状态下将不同化学成分的物质混合后，在混合液中加入适当的沉淀剂制备前驱体沉淀物，再将沉淀物进行干燥或煅烧，从而制得相应的纳米氧化物粉体。该方法制备的粉体粒径分布均匀、粒径小并可得到多组份粉体、生产成本低、原料易得、纯度高。但该方法工艺复杂，能耗较高。李素平等以Cr(N03)3.9H20为原料，以氨水为沉淀剂，以聚乙二醇(PEG-1000)为分散剂，采用沉淀法制备了粒径为20-50nm的纳米氧化铬颗粒。但这种方法工艺复杂，需要加入沉淀剂、调节反应液的pH值等，需要控制的参数比较多，工艺复杂，成本较高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种制备氧化铬纳米材料的方法，以去离子水为溶剂，九水合硝酸铬或六水合氯化铬为铬源，采用溶胶凝胶法制备氧化铬前驱体，然后对氧化铬前驱体进行焙烧得到氧化铬纳米材料。
[0004]本发明的技术方案如下:
[0005]一种制备氧化铬纳米材料的方法，包括以下步骤:
[0006]1、混合液的调配
[0007]在水中加入铬盐，搅拌直至完全溶解，得到淡绿色澄清溶液，再加入配位体和表面活性剂，继续磁力搅拌至溶液完全变为澄清；
[0008]2、前驱体的制备
[0009]将混合溶液放入恒温水浴锅中加热，然后放入干燥箱内直至得到干凝胶；
[0010]3、前驱体的焙烧
[0011 ] 将干凝胶放于马弗炉内焙烧得到氧化铬纳米粉体。
[0012]步骤1中所述的铬盐为Cr (N03) 3.9H20或CrCl3.6H20中的任意一种，铬盐溶液的摩尔浓度为0.04-0.15mol/L0
[0013]步骤1中所述的配位体为柠檬酸、葡萄糖、EDTA、抗坏血酸或乳酸中的任意一种，铬盐与配位体的摩尔比为1:1-1:3。
[0014]步骤1中所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(K-30)，铬盐与聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为1:1-1:5。
[0015]步骤2中所述的恒温水浴温度为80°C，水浴加热时间为2小时；干燥箱中的温度为150°C，干燥时间为24小时。
[0016]步骤3中所述的焙烧温度为500-800°C，焙烧时间为2_3小时。
[0017]与现有的方法相比，本发明优点在于:
[0018]1.本发明的原料廉价易得、无毒害、不需要还原剂和沉淀剂，制备的氧化铬纳米材料纯度高，分散性好，具有优良的热稳定性。
[0019]2.本方法成本低，生产工艺简单，易于工业化大规模生产，整个工艺不产生含铬废弃物，是一种对环境清洁友好的制备氧化铬纳米材料的方法。本发明制备的氧化铬纳米材料可以用于氢气吸收以及储存、高密度氧化铬材料、光学材料、功能涂料等领域。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例1中氧化铬纳米材料的TEM图。
[0021 ]图2为本发明实施例1中氧化铬纳米材料的XRD图。
[0022]图3为本发明实施例2中氧化铬纳米材料的XRD图。
[0023]图4为本发明实施例3中氧化铬纳米材料的XRD图。
[0024]图5为本发明实施例4中氧化铬纳米材料的XRD图。
[0025]图6为本发明实施例5中氧化铬纳米材料的XRD图。
[0026]图7为本发明实施例6中氧化铬纳米材料的XRD图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实例和附图对本发明进行详细说明。
[0028]实施例1:将1.077g CrCl3.6Η20溶解在100mL的去离子水中，然后称取2.534g柠檬酸和2.220g聚乙烯吡咯烷酮加入氯化铬溶液中，磁力搅拌直至完全溶解，得到淡绿色澄清溶液。将混合溶液放入80°C恒温水浴锅中加热2小时，然后放入干燥箱内，150°C恒温干燥24小时得到干凝胶。最后将干凝胶放于马弗炉中高温焙烧3小时，焙烧温度为500°C，得到氧化铬纳米粉体。图1为样品的TEM图，从图中可以看出氧化铬纳米粒子的大小为10nm左右，且不团聚，分散性良好。图2为样品的X射线衍射图，从图1可以看出衍射角在33.6、36.2、41.5、50.2、54.9、63.5和65.1。出现了上出现7个很明显的衍射峰，经过jade软件分析可知，这些衍射角分别对应 Cr203 的(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(214)和(300)晶面，表明产物为氧化铬纳米晶。
[0029]实施例2:将2.424g Cr (Ν03) 3.9Η20溶解在lOOmL的去离子水中，然后称取3.802g柠檬酸和2.664g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸铬溶液中，磁力搅拌直至完全溶解，得到淡绿色澄清溶液。将混合溶液放入80V恒温水浴锅中加热2小时，然后放入干燥箱内，150°C恒温干燥24小时得到干凝胶。最后将干凝胶放于马弗炉中高温焙烧2小时，焙烧温度为600°C，得到氧化铬纳米粉体。图3为样品的X射线衍射图，同样经过分析可知产物为Cr203纳米晶。
[0030]实施例3:将3.234g Cr (Ν03) 3.9Η20溶解在lOOmL的去离子水中，然后称取3.171g葡萄糖和3.552g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸铬溶液中，磁力搅拌直至完全溶解，得到淡绿色澄清溶液。将混合溶液放入80V恒温水浴锅中加热2小时，然后放入干燥箱内，150°C恒温干燥24小时得到干凝胶。最后将干凝胶放于马弗炉中高温焙烧2小时，焙烧温度为700°C，得到氧化铬纳米粉体。图4为样品的X射线衍射图，同样经过分析可知产物为Cr203纳米晶。
[0031 ] 实施例4:将4.043g Cr (N03) 3.9H20溶解在lOOmL的去离子水中，然后称取2.935gEDTA和3.330g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸铬溶液中，磁力搅拌直至完全溶解，得到淡绿色澄清溶液。将混合溶液放入80V恒温水浴锅中加热2小时，然后放入干燥箱内，150°C恒温干燥24小时得到干凝胶。最后将干凝胶放于马弗炉中高温焙烧3小时，焙烧温度为800°C，得到氧化铬纳米粉体。图5为样品的X射线衍射图，同样经过分析可知产物为Cr203纳米晶。
[0032]实施例5:将4.851g Cr (Ν03) 3.9Η20溶解在lOOmL的去离子水中，然后称取2.120g抗坏血酸和2.664g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸铬溶液中，磁力搅拌直至完全溶解，得到淡绿色澄清溶液。将混合溶液放入80°C恒温水浴锅中加热2小时，然后放入干燥箱内，150°C恒温干燥24小时得到干凝胶。最后将干凝胶放于马弗炉中高温焙烧3小时，焙烧温度为600°C，得到氧化铬纳米粉体。图6为样品的X射线衍射图，同样经过分析可知产物为Cr203纳米晶。
[0033]实施例6:将6.064g Cr (Ν03) 3.9Η20溶解在100mL的去离子水中，然后称取1.365g乳酸和1.665g聚乙烯吡咯烷酮加入硝酸铬溶液中，磁力搅拌直至完全溶解，得到淡绿色澄清溶液。将混合溶液放入80恒。C温水浴锅中加热2小时，然后放入干燥箱内，150°C恒温干燥24小时得到干凝胶。最后将干凝胶放于马弗炉中高温焙烧2小时，焙烧温度为500°C，得到氧化铬纳米粉体。图7为样品的X射线衍射图，同样经过分析可知产物为Cr203纳米晶。
【主权项】
1.一种制备氧化铬纳米材料的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、混合液的调配 在水中加入铬盐，搅拌直至完全溶解，得到淡绿色澄清溶液，再加入配位体和表面活性剂，继续磁力搅拌至溶液完全变为澄清； 步骤2、前驱体的制备 将混合溶液放入恒温水浴锅中加热，然后放入干燥箱内直至得到干凝胶； 步骤3、前驱体的焙烧 将干凝胶放于马弗炉内焙烧得到氧化铬纳米粉体。2.根据权利要求1所述的制备氧化铬纳米材料的方法，其特征在于，步骤I中所述的铬盐为Cr(NO3)3.9H20或CrCl3.6H20中的任意一种，铬盐溶液的摩尔浓度为0.04-0.15mol/L03.根据权利要求1所述的制备氧化铬纳米材料的方法，其特征在于，步骤I中所述的配位体为柠檬酸、葡萄糖、EDTA、抗坏血酸或乳酸中的任意一种，铬盐与配位体的摩尔比为4.根据权利要求1所述的制备氧化铬纳米材料的方法，其特征在于，步骤I中所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，铬盐与聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为1:1-1: 5。5.根据权利要求1所述的制备氧化铬纳米材料的方法，其特征在于，步骤2中所述的恒温水浴温度为80°C，水浴加热时间为2小时；干燥箱中的温度为150°C，干燥时间为24小时。6.根据权利要求1所述的制备氧化铬纳米材料的方法，其特征在于，步骤3中所述的焙烧温度为500-800°C，焙烧时间为2-3小时。
【专利摘要】本发明公开了一种制备氧化铬纳米材料的方法。采用溶胶凝胶法，以Cr(NO3)3·9H2O或CrCl3·6H2O为铬源，配位体选用柠檬酸、葡萄糖、EDTA、抗坏血酸或乳酸，将铬盐和配位体分别加入到去离子水中，搅拌加入表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮（K-30），磁力搅拌至完全溶解得到淡绿色澄清溶液。再经过干燥和焙烧即可制得氧化铬纳米材料。本方法成本低，生产工艺简单，易于工业化大规模生产，整个工艺部产生含铬废弃物，是一种对环境清洁友好的制备氧化铬纳米材料的方法。本发明制备的氧化铬纳米材料可以用于氢气吸收以及储存、高密度氧化铬材料、光学材料、功能涂料等领域。
【IPC分类】C01G37/02
【公开号】CN105329944
【申请号】CN201410398500
【发明人】李平云, 张朋, 姜炜, 李凤生, 刘宏英, 郭效德, 邓国栋, 顾志明, 王玉姣
【申请人】南京理工大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2014年8月13日