×
10.05.2018
218.016.4f33

Способ получения концентрированного гидрозоля диоксида циркония

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано в производстве конструктивных и строительных элементов в машиностроении, функциональных теплозащитных покрытий, в медицине при производстве имплантатов в костные ткани, пломбировочного материала, при получении керамических топливных ячеек, пленок для получения миниатюрных электромеханических систем, электронных и оптических приборов, датчиков и преобразователей энергии, режущих инструментов, катализаторов. Для получения концентрированного гидрозоля диоксида циркония состава (1-х)ZrO/xYO, где х=0,03-0,08 в качестве исходных веществ для проведения гидролиза используют отфильтрованные растворы оксихлорида циркония и нитрата иттрия. Гидролиз солей проводят водным раствором аммиака концентрацией 0,1224-2,0601 моль/л при комнатной температуре и интенсивном перемешивании при рН≤1,4. Изобретение позволяет получить гидрозоли, сохраняющие агрегативную и седиментационную устойчивость в течение 1 года, при исключении стадии пептизации геля. 1 табл., 14 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области материаловедения, в частности, к способам получения агрегативно устойчивых и стабилизированных гидрозолей ZrO2/Y2O3, с высокой концентрацией, которые исключают традиционную стадию пептизации геля и могут найти применение при производстве конструктивных и строительных элементов в машиностроении, функциональных теплозащитных покрытий, в медицине при производстве имплантатов в костные ткани, пломбировочного материала, при получении керамических топливных ячеек, пленок для получения миниатюрных электромеханических систем, электронных и оптических приборов, датчиков и преобразователей энергии, режущих инструментов, катализаторов.

Агрегативная устойчивость и коагуляция зависит от различных причин: независимого или совместного проявления седиментационных и агрегативных факторов, действия электролитов и наличия примесей в сочетании с внешними факторами.

Наиболее привлекательным и распространенным методом получения золя диоксида циркония является золь-гель метод. В изученных работах представлены в основном золь-гель метод и его комбинированные вариации: с механохимическим синтезом, с ультразвуковой обработкой золей на стадии золеобразования, с гидротермальным получением агрегативно устойчивых концентрированных гидрозолей оксида циркония. В качестве параметра, характеризующего полученный золь, рассматривается только его концентрация, средний гидродинамический диаметр частиц и электрокинетический потенциал.

Известен золь-гель метод с ультразвуковой обработкой золей на стадии золеобразования (2 цикла, 520 Вт) и промывки (2 цикла, 600 Вт), который позволяет получать золи со средним гидродинамическим диаметром частиц до 10 нм [Li X., Chen L., Li В. Preparation of zirconia nanopowders in ultrasonic field by the sol-gel method // Key Eng. Mater. 2005. Vol. 280-283. P. 981-. DOI:10.4028/www.scientific.net/KEM.280-283.981]. Недостатком данного способа является отсутствие сведений: о концентрации, электрокинетическом потенциале, сроке хранения и дополнительной энергозатратности получения.

Известен комбинированный способ: гидротермальный и золь-гель синтезы в присутствии 3-метакрилоксипропил триметоксисилана с изобутанолом и пропионовой кислотой, а также со стабилизирующей добавкой 10 мол. % SiO2. Этот метод позволяет получать золи со средним гидродинамическим диаметром частиц до 5-12 нм [Schmidt Т., Mennig М., Schmidt Н. New method for the preparation and stabilization of Tanoparticulate t-ZrO2 by a combined sol-gel and solvothermal process. // J. Am. Ceram. Soc. 2007. Vol. 90. N5. P. 1401-1405. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2007.01567]. Недостатком данного способа является отсутствие сведений: о концентрации, электрокинетическом потенциале, сроке хранения и присутствии органических растворителей.

Известен комбинированный способ формирования нанодисперсного диоксида циркония при золь-гель и механохимическом синтезах, которые позволяют получать золь со средним гидродинамическим диаметром 3-5 нм. При механической активации нецелевые продукты обменной реакции (например, хлорид натрия) могут выступать в качестве твердой матрицы, препятствующей агрегации наночастиц при последующей термообработке системы. Стабилизация происходит в присутствии Са(ОН)2 или Y2(СО3)3 [Каракчиев Л.Г., Аввакумов Е.Г., Винокурова О.Б., Гусев А.А., Ляхов Н.З. Формирование нанодисперсного диоксида циркония при золь-гель и механохимическом методах синтеза. // Ж. неорган. химии. 2003. Т. 48. №10. С. 1589-1595]. Недостатком данного способа является малый срок хранения агрегативно устойчивых золей ZrO2 (устойчивость золя ZrO2 сохранялась до 40 минут, который сопровождается процессом агломерации частиц от 2 нм до 200-1000 нм).

Известен способ получения концентрированных гидрозолей диоксида циркония гидролизом водорастворимой соли оксихлорида циркония с последующей промывкой и пептизацией свежеосажденного гидратированного диоксида циркония азотной кислотой при одновременной термообработке кипячением и непрерывном перемешивании в присутствии электролитов NaNO3, Na2SO4; органических стабилизаторов и растворителей: композиция с ПВС и глицерином. При этом уровень вязкости гидрозолей ZrO2 составляет 20-100 мПа⋅с; средний гидродинамический диаметр частиц - до 100 нм; электрокинетический потенциал составляет 4-20 мВ. Данная методика позволяет получить золь с концентрацией 6% масс. ZrO2 или 0,5 моль/л (при отсутствии упаривания в процессе термобработки) [Горохова Е. Золь-гель процесс получения ультрафильтрационных мембран на основе диоксида циркония. Автореф. дис. … канд. хим. наук. М., 1994. 16 с.]. Недостатком данного способа является то, что длительное хранение золя возможно лишь при введении органических стабилизаторов, растворителей, а также электролитов - солей натрия, использование которых загрязняет конечный продукт.

За прототип нами взят золь-гель метод получения агрегативно устойчивых концентрированных гидрозолей оксида циркония (гидролиз оксинитрата циркония и нитрата церия с последующей пептизацией гидратированного диоксида циркония) в присутствии стабилизирующей добавки - оксида церия при рН 2.1÷3.5 со средним гидродинамическим диаметром частиц - до 160 нм. [Гаврилова Н.Н., Назаров В.В. Синтез гидрозолей СеО2-ZrO2 с использованием пептизации при комнатной температуре. // Коллоид, журнал. 2010. Т. 72. №4. С. 465-472. / Gavrilova N.N., Nazarov V.V. Synthesis of CeO2-ZrO2 hydrosols via peptization at room temperature. // Colloid J. 2010 Vol. 72 N4 P. 471-477. DOI: 10.1134/S1061933X10040058]. Недостатками данного способа являются отсутствие данных об электрокинетическом потенциале и низкая концентрация гидрозолей ZrO2, при которой будет сохраняться агрегативная устойчивость (порядка 6 мас. % для CeO2/ZrO2 = 9/1, 4/1, 1/1, (в пересчете на [CeO2-ZrO2])). Для CeO2/ZrO2 = концентрация гидрозолей ZrO2 не превышает 3.5 мас. %, (что, вероятно, связано с тем, что при комнатной температуре полностью пептизировать осадок, содержащий 80% диоксида циркония, не удается).

Задачей изобретения является получение агрегативно устойчивого высококонцентрированного гидрозоля циркония гидролизом оксихлорида циркония, исключая традиционную стадию пептизации геля, со стабилизирующей добавкой - оксидом иттрия, имеющего характеристики после 1 года хранения: концентрация от 5.7 до 17.6 мас. % (в пересчете на [ZrO2]), средний гидродинамический диаметр частиц в интервале 11-60 нм и электрокинетический потенциал порядка 13-28 мВ в зависимости от значения рН среды в интервале 0.2÷1.4. Высокая концентрация и агрегативная устойчивость позволяют использовать гидрозоли ZrO2/Y2O3 для получения различных материалов золь-гель методом. В этом и состоит технический результат.

Технический результат достигается тем, что способ получения концентрированного гидрозоля диоксида циркония, состава (1-x)ZrO2/xY2O3, где х=0,03-0,08, включает гидролиз, в качестве исходных веществ для проведения гидролиза используют отфильтрованные растворы оксихлорида циркония и нитрата иттрия, гидролиз солей проводили водным раствором аммиака концентрацией 0.1224÷2.0601 моль/л при комнатной температуре и интенсивном перемешивании при рН≤1.4.

Способ осуществляется следующим образом.

В качестве исходных прекурсоров использовали оксихлорид циркония и нитрат иттрия марки «хч», растворы отфильтровывали и смешивали. Гидролиз солей проводили водным раствором аммиака при комнатной температуре и при интенсивном перемешивании. Процесс вели в присутствии стабилизирующего иттрийсодержащего компонента. Размеры частиц и электрокинетический потенциал в водных дисперсиях определяли методом динамического рассеяния света (ДРС) на приборе Malvern Zetasizer Nano ZS. Величины рН дисперсионной среды определяли на ионометре/кондуктометре АНИОН 4100 с использованием стеклянного электрода ЭСК-10601/17. Содержание дисперсной фазы золя определи весовым методом.

Пример 1

Исходные 1 М раствор оксихлорида циркония и 0.7 М раствор нитрата иттрия отфильтровали и смешали в стехиометрическом соотношении 0.97/0.03 в пересчете на [ZrO2/Y2O3]. Гидролиз солей проводили водным раствором аммиака концентрации 0.1224÷2.0601 моль/л при 25°С и интенсивном перемешивании. Характеристики полученного гидрозоля указаны в таблице 1 (образец №1).

Пример 2

Приготовление гидрозоля проводят, как указано в примере 1. Изменено стехиометрическое соотношение оксихлорида циркония и нитрата иттрия на 0.95/0.05 в пересчете на [ZrO2/Y2O3]. Характеристики гидрозоля указаны в таблице 1 (образец №2).

Пример 3

Приготовление гидрозоля проводят, как указано в примере 1. Изменено стехиометрическое соотношение оксихлорида циркония и нитрата иттрия на 0.98/0.02 в пересчете на [ZrO2/Y2O3]. Характеристики гидрозоля указаны в таблице 1 (образец №3).

Пример 4

Приготовление гидрозоля проводят, как указано в примере 1. Стехиометрическое соотношение оксихлорида циркония и нитрата иттрия соответствует 0.98/0.02 в пересчете на [ZrO2/Y2O3]. Изменена концентрация дисперсной фазы ω, при которой получен гидрозоль. Значение рН дисперсионной среды остается неизменным, как в примере 3. Характеристики гидрозоля указаны в таблице 1 (образец №4).

Пример 5-6

Как в примере 3. Изменены значения рН дисперсионной среды, при котором получен гидрозоль. Характеристики гидрозоля указаны в таблице 1 (образец №5-6).

Пример 7

Приготовление гидрозоля проводят, как указано в примере 1. Стехиометрическое соотношение оксихлорида циркония и нитрата иттрия соответствует 0.98/0.02 в пересчете на [ZrO2/Y2O3]. Изменена концентрация дисперсной фазы ω, при которой получен гидрозоль. Значение рН дисперсионной среды остается неизменным, как в примере 6. Характеристики гидрозоля указаны в таблице 1 (образец №7).

Пример 8

Приготовление гидрозоля проводят, как указано в примере 1. Стехиометрическое соотношение оксихлорида циркония и нитрата иттрия соответствует 0.98/0.02 в пересчете на [ZrO2/Y2O3]. Изменено значение рН дисперсионной среды, при котором получен гидрозоль. Характеристики гидрозоля указаны в таблице 1 (образец №8.)

Примеры 9-14

Как в примере 8. Изменены значения рН дисперсионной среды, при которых получены гидрозоли. Характеристики гидрозоля указаны в таблице 1 (образцы №9-14).

В отличие от аналогов предложенный способ позволяет получать гидрозоли с концентрацией от 5.7 до 17.6 мас. % (в пересчете на [ZrO2]) в одну стадию. При этом исключается традиционная стадия пептизации геля. Предложенный способ может быть адаптирован к промышленным условиям. Получаемые гидрозоли ZrO2/Y2O3 сохраняют как агрегативную, так и седиментационную устойчивость в течение 1 года.

Примечание: *мольное соотношение CeO2/ZrO2 в конечных продуктах составляло 9/1, 4/1, 1/1, , что соответствует x 0.9, 0.8, 0.5 и 0.2 соответственно.

Способ получения концентрированного гидрозоля диоксида циркония, отличающий тем, что получают гидрозоль состава (1-х)ZrO/xYO, где х=0,03-0,08, в качестве исходных веществ для проведения гидролиза используют отфильтрованные растворы оксихлорида циркония и нитрата иттрия, гидролиз солей проводили водным раствором аммиака концентрацией 0,1224÷2,0601 моль/л при комнатной температуре и интенсивном перемешивании при рН≤1,4.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 50 items.
20.06.2013
№216.012.4c34

Способ получения 2,6-диизоборнил-4-метилфенола

Изобретение относится к способу получения 2,6-диизоборнил-4-метилфенола, который представляет интерес в качестве антиоксиданта и стабилизатора полимерных материалов. Способ заключается в алкилировании п-крезола камфеном в качестве терпена при нагревании в присутствии катализатора, выбранного из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485090
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.08.2013
№216.012.602e

Способ получения диметилсульфона

Изобретение относится к способу получения диметилсульфона ((CH)SO), который может быть использован органическом синтезе, фармацевтической промышленности, в производстве красителей, лекарственных средств в качестве противоспалительного средства, для лечения заболеваний суставов, помогает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490254
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.6b7e

Способ получения титансодержащих целлюлозных материалов

Изобретение относится к области получения титансодержащих целлюлозных материалов и может быть использовано для модифицирования целлюлозных и лигноцеллюлозных материалов и при получении их производных для специальных целей. Способ включает деструкцию лигноцеллюлозных материалов в результате...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493169
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6b81

Способ переработки древесной зелени пихты

Изобретение относится к области обработки растительного сырья, а именно древесной зелени пихты с целью выделения из нее пектиновых полисахаридов и тритерпеновых кислот. Способ переработки древесной зелени пихты предусматривает измельчение сырья, обработку сырья водным раствором щелочи,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493172
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.11.2013
№216.012.7d9b

Гидрофильный конъюгат гидроксиэтилкрахмала и 2,6-диизоборнил-4-метилфенола

Изобретение относится к производным крахмала, а именно к гидрофильным конъюгатам гидроксиэтилкрахмала и 2,6-диизоборнил-4-метилфенола. Получен водорастворимый конъюгат, содержащий гидроксиэтилкрахмал и фрагменты 2,6-диизоборнил-4-метиленфенола, связанные с полисахаридом простой эфирной связью,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497828
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.03.2014
№216.012.a95e

Способ получения 3α-гидрокси-10β-пинанона-4

Настоящее изобретение относится к области органической химии, конкретно к способу получения 3α-гидрокси-10β-пинанона-4. Способ заключается в окислении 3α,4β-дигидрокси-10β-пинана в диметилформамиде без или в присутствии катализаторов MoCl или Мо(СО) в течение 1-2 часов при пропускании тока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509073
Дата охранного документа: 10.03.2014
20.05.2014
№216.012.c6fc

Новые производные 2,6-диизоборнилфенола и способ их получения

Изобретение относится к новым производным 2,6-диизоборнилфенола, обладающим антиоксидантной активностью. В общей формуле соединения R=С(ОМе), СООМе и СООН. Изобретение также относится к способу получения указанных соединений. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 5 пр.
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516699
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.09.2014
№216.012.f3e6

Способ получения микрокристаллической целлюлозы

Изобретение относится к области химии целлюлозы и ее модифицирования. Способ получения микрокристаллической целлюлозы включает деструкцию целлюлозы, промывку продукта водой и основаниями, сушку. Целлюлозосодержащий материал обрабатывают растворами гетерополикислот в воде, растворами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528261
Дата охранного документа: 10.09.2014
20.12.2014
№216.013.126e

Эпоксидная композиция для высокопрочных, щелочестойких конструкций

Изобретение относится к эпоксидной композиции для получения высокопрочных, тепло-, щелочестойких стеклопластиковых материалов, которые могут быть использованы при изготовлении строительной арматуры для упрочнения бетонных конструкций. Эпоксидная композиция горячего отверждения для изготовления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536141
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.04.2015
№216.013.39d9

Средство, улучшающее реологические свойства крови

Изобретение относится к медицине, конкретно к фармакологии, и касается средств, влияющих на реологические свойства крови. Предложено применение продукта химической модификации гидроксиэтилированного крахмала O-(2-гидроксиэтил)-(1,4)-α-D-глюкана, гибридного макромолекулярного соединения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546297
Дата охранного документа: 10.04.2015
Showing 1-2 of 2 items.
13.10.2018
№218.016.91ea

Железооксидные и железные микроразмерные трубки и способ их получения

Изобретение относится к железным и железооксидным микроразмерным трубкам и способу их получения. Полученные микроразмерные трубки могут быть использованы как наполнители для полимерных и керамических матриц, микрореакторы, системы транспорта, электропроводящие и магнитные элементы, сорбенты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669315
Дата охранного документа: 10.10.2018
15.05.2023
№223.018.57e6

Устойчивая эмульсия пикеринга, стабилизированная нанокристаллами ацетилированной целлюлозы, способ её получения и применения

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к устойчивой эмульсии Пикеринга. Устойчивая эмульсия Пикеринга, представляющая собой гетерогенную систему, состоящую из двух несмешивающихся жидкостей, в которой одна жидкость равномерно распределена по всему объему другой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002767247
Дата охранного документа: 17.03.2022
+ добавить свой РИД