1.本发明涉及一种金属掺杂纳米二氧化锆的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。
背景技术：2.纳米氧化锆具有良好的热化学稳定性、高温导电性和较高的强度和韧性，机械、热学、电学、光学性质良好，在多个领域都有广泛的使用，特别是在结构和功能陶瓷材料方面。将纳米氧化锆与其他材料复合，利用纳米二氧化锆掺杂不同元素的特性，可以极大地提高材料的性能和应用，如应用于高性能固体电池电极制造。
3.现有制备工艺制备的金属掺杂纳米二氧化锆复合性差，脆性大，所以需要一种新的金属掺杂纳米二氧化锆的制备方法。
技术实现要素：4.针对上述不足，本发明提供一种金属掺杂纳米二氧化锆的制备方法，本发明所采用的技术方案为：
5.一种金属掺杂纳米二氧化锆的制备方法，所述纳米二氧化锆至少掺杂有铝、铈、镧、钆、铒、镱中的一种或几种元素，其制备方法为：
6.步骤1.将掺杂金属盐类溶于水中制得掺杂金属盐类水溶液，将锆盐溶于水中制得的锆盐水溶液，掺杂金属盐类∶锆盐＝1∶(5～10)。
7.步骤2.向锆盐水溶液中加入锆盐0.2-5％的活性分散剂，搅拌均匀后升温至50～90℃，再缓慢加入掺杂金属盐类水溶液并同时加入碱液调节ph＝8～10，滴加结束后在80～120℃温度下蒸馏回流保持1～20h。
8.步骤3.待步骤2反应结束后，再加入适量活性分散剂、再缓慢加入碱液调节ph＝8.5～11，再升温到150～200℃，维持釜内压力0.5～1mpa，此状态下保持1～70h，反应结束后降温陈化。
9.步骤4.将陈化后的浆料进行固液分离，将分离物料加水经超滤、纳滤、高压反渗透膜过滤后再洗涤得到提纯浆料。
10.步骤5.采用喷射方式将提纯浆料与高压纳米水蒸汽形成对喷状态进行纳米球化，然后迅速高温喷雾烘干，将烘干后的粉末通过高温喷射焙烧炉进行高温喷射自由落体焙烧，得到金属掺杂纳米二氧化锆。
11.优选的，所述掺杂金属盐类为氯化铝、硝酸铝、醋酸铈、氯化铈、硝酸铈、氯化镧、硝酸镧、硝酸钆、硝酸钇、硅酸钠、氯化铒、氯化镱、硝酸镱中的一种或者几种。
12.优选的，所述锆盐为醋酸锆、氧氯化锆、硝酸锆、硫酸锆中的一种或者几种。
13.优选的，所述活性分散剂为乙醇胺、异丙醇胺、聚乙二醇、皂类、酸类、脂肪酸类、多元醇、氨基醇中的一种或者几种。
14.优选的，步骤3中的陈化温度为80～120℃，陈化时间为1～90h。
15.优选的，步骤5中的焙烧温度为450～1000℃。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明制备的金属掺杂纳米二氧化锆粒度均一，颗粒感好，粒度小，透明度好，掺杂复合性好，相容性更高，韧度更高。
附图说明
17.图1为本发明的金属掺杂纳米二氧化锆sem图；
18.图2为本发明的金属掺杂纳米二氧化锆xrd图。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
20.实施例1：
21.按质量比1∶1∶10将氯化铝、醋酸铈和去离子水搅拌混合均匀制得掺杂金属盐类水溶液，按质量比2∶7将醋酸锆和去离子水加入反应釜中搅拌均匀制得锆盐水溶液。向锆盐水溶液中加入聚乙二醇类和胺类活性分散剂，搅拌均匀后升温至65℃，再以1.5kg/min的速度缓慢加入掺杂金属盐类水溶液并同时加入氨水调节ph＝8.5，滴加结束后在85℃温度下蒸馏回流保持10h，全程反应保持搅拌状态。反应结束后加入油酸，再以0.2kg/min的速度缓慢加入氨水调节ph＝9.5，再以1.5℃/min速率升温到180℃，维持釜内压力在0.8mpa，此状态下保持35h，全程反应保持搅拌状态。反应结束后降温至80℃陈化50h，陈化后再降温至30℃进行固液分离，向分离物料中加入去离子水采用超滤、纳滤、高压反渗透膜中的一种或多种并用方式过滤，过滤后再水洗得提纯浆料。采用喷射方式将提纯浆料与高压纳米水蒸汽形成对喷状态进行纳米球化，然后迅速高温喷雾烘干，将烘干后的粉末通过高温喷射焙烧炉进行950℃高温喷射自由落体焙烧，得到金属掺杂纳米二氧化锆。
22.实施例2：
23.按质量比1∶2∶11将硝酸钆、醋酸铈和去离子水搅拌混合均匀制得掺杂金属盐类水溶液，按质量比3∶8将醋酸锆和去离子水加入反应釜中搅拌均匀制得锆盐水溶液。向锆盐水溶液中加入乙醇胺类活性分散剂，搅拌均匀后升温至70℃，再以2kg/min的速度缓慢加入掺杂金属盐类水溶液并同时加入氨水调节ph＝8，滴加结束后在90℃温度下蒸馏回流保持5h，全程反应保持搅拌状态。反应结束后加入异丙醇胺，再以0.8kg/min的速度缓慢加入氨水调节ph＝9，再以2℃/min速率升温到200℃，维持釜内压力在0.9mpa，此状态下保持45h，全程反应保持搅拌状态。反应结束后降温至90℃陈化40h，陈化后再降温至25℃进行固液分离，向分离物料中加入去离子水采用超滤、纳滤、高压反渗透膜中的一种或多种并用方式过滤，过滤后再水洗得提纯浆料。采用喷射方式将提纯浆料与高压纳米水蒸汽形成对喷状态进行纳米球化，然后迅速高温喷雾烘干，将烘干后的粉末通过高温喷射焙烧炉进行1000℃高温喷射自由落体焙烧，得到金属掺杂纳米二氧化锆。
24.本发明中，提纯浆料与高压纳米水蒸汽的对喷可以通过对向设置的两个喷射装置实现，一个喷射提纯浆料，另一个喷射高压纳米水蒸汽，喷射而出的高速提纯浆料流与纳米水蒸汽流强力对冲。高温喷射自由落体焙烧可以通过喷射装置和立式焙烧炉实现，喷射装置可以是一个或者水平对向设置的两个，干燥后的粉末通过喷射装置喷射进焙烧炉内，粉末以自由落体方式在炉内完成焙烧排出。喷射装置可以是喷射机或喷射器或喷射嘴。
25.附图1为本发明的金属掺杂纳米二氧化锆sem图，从图中可见本发明制备的金属掺杂纳米二氧化锆，颗粒小，大小均匀且均一，颗粒感强，大小在15nm左右，轮廓清晰且圆滑。
26.附图2为本发明的金属掺杂纳米二氧化锆xrd图，从图中可见本发明制备的金属掺杂纳米二氧化锆，晶型完整，结晶性好。
27.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
技术特征：1.一种金属掺杂纳米二氧化锆的制备方法，其特征在于，所述金属掺杂纳米二氧化锆至少掺杂有铝、铈、镧、钆、铒、镱中的一种或几种元素，其制备方法为：步骤1.将掺杂金属盐类溶于水中制得掺杂金属盐类水溶液，将锆盐溶于水中制得的锆盐水溶液，掺杂金属盐类∶锆盐＝1∶(5～10)；步骤2.向锆盐水溶液中加入锆盐0.2-5％的活性分散剂，搅拌均匀后升温至50～90℃，再缓慢加入掺杂金属盐类水溶液并同时加入碱液调节ph＝8～10，滴加结束后在80～120℃温度下蒸馏回流保持1～20h；步骤3.待步骤2反应结束后，再加入适量活性分散剂、再缓慢加入碱液调节ph＝8.5～11，再升温到150～200℃，维持釜内压力0.5～1mpa，此状态下保持1～70h，反应结束后降温陈化；步骤4.将陈化后的浆料进行固液分离，将分离物料加水经超滤、纳滤、高压反渗透膜过滤后再洗涤得到提纯浆料；步骤5.采用喷射方式将提纯浆料与高压纳米水蒸汽形成对喷状态进行纳米球化，然后迅速高温喷雾烘干，将烘干后的粉末通过高温喷射焙烧炉进行高温喷射自由落体焙烧，得到金属掺杂纳米二氧化锆；所述掺杂金属盐类为氯化铝、硝酸铝、醋酸铈、氯化铈、硝酸铈、氯化镧、硝酸镧、硝酸钆、硝酸钇、硅酸钠、氯化铒、氯化镱、硝酸镱中的一种或者几种；所述锆盐为醋酸锆、氧氯化锆、硝酸锆、硫酸锆中的一种或者几种。2.根据权利要求1所述的一种金属掺杂纳米二氧化锆的制备方法，其特征在于，所述活性分散剂为乙醇胺、异丙醇胺、聚乙二醇、皂类、酸类、脂肪酸类、多元醇、氨基醇中的一种或者几种。3.根据权利要求1所述的一种金属掺杂纳米二氧化锆的制备方法，其特征在于，步骤3中的陈化温度为80～120℃，陈化时间为1～90h。4.根据权利要求1所述的一种金属掺杂纳米二氧化锆的制备方法，其特征在于，步骤5中的焙烧温度为450～1000℃。
技术总结本发明公开了一种金属掺杂纳米二氧化锆的制备方法，本发明将掺杂金属盐类制成掺杂金属盐类水溶液，将锆盐制成锆盐水溶液，通过碱液水热反应和高温高压水热细化反应，然后进行陈化、固液分离、过滤和洗涤得到提纯浆料，采用喷射方式将提纯浆料与高压纳米水蒸汽形成对喷状态进行纳米球化，然后高温喷雾烘干，将烘干后的粉末通过高温喷射焙烧炉进行高温喷射自由落体焙烧得到金属掺杂纳米二氧化锆。本发明制备的金属掺杂纳米二氧化锆粒度均一，颗粒感好，粒度小，透明度好，掺杂复合性好，相容性更高，韧度更高。韧度更高。韧度更高。
技术研发人员：徐进 孙月华
受保护的技术使用者：宣城晶瑞新材料有限公司
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/11/1
