鋯酸鋰多孔微球的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多孔材料領(lǐng)域，特別涉及一種鋯酸鋰多孔微球的制備方法，具體地說(shuō)，涉及一種鋯酸鋰多孔微球的乳液法結(jié)合溶膠凝膠法的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類(lèi)能源短缺和環(huán)境惡化的問(wèn)題日益突出，清潔、安全、可再生的核聚變能源備受世界各國(guó)的關(guān)注。為實(shí)現(xiàn)聚變堆或聚變-裂變混合堆燃料氚的自持，需在反應(yīng)堆中設(shè)計(jì)氚增殖包層，利用堆芯D-T反應(yīng)產(chǎn)生的聚變中子與增殖包層內(nèi)的含鋰材料反應(yīng)產(chǎn)生氚而實(shí)現(xiàn)氚增殖。
[0003]固體產(chǎn)氚材料的種類(lèi)較多，目前開(kāi)展的研宄工作主要集中在Li2Zr03、LiA102、Li2Ti03、Li4S14等幾種氚增殖劑的氚性能、機(jī)械性能和熱性能上。目前，Li 2Ti03和Li 4Si04已經(jīng)分別成為歐洲和日本聚變堆產(chǎn)氚包層氚增殖劑的首選材料。制備方法主要包括日本針對(duì)1^21103開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)動(dòng)成型、濕法脫水成型、濕法T1 2加成成型，歐洲的擠出成型、加熱團(tuán)聚成型以及熔融噴霧成型等。
[0004]富含6Li的鋰基陶瓷鋯酸鋰以其可觀的鋰原子密度、低活化性、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、與結(jié)構(gòu)材料良好的相容性以及良好的氚低溫釋放性能，被公認(rèn)為是一種綜合性能優(yōu)良、最具前途的固體氚增殖劑之一。研宄結(jié)果表明，它具有以下特性:①良好的抗輻照性能 '②高溫尺寸穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)材料以及鈹反射層的相容性；④較短的氚居留時(shí)間；?較高的鋰原子密度；⑥較低的氚滯留量。所以，建立制備鋯酸鋰材料的工藝流程是很有意義的。
[0005]全球氣候變暖的主要原因是化石燃料燃燒釋放出的CO2溫室氣體進(jìn)入大氣層，世界各國(guó)都在為減少CO2排放而努力。研宄表明，鋯酸鋰在400-700°C吸附CO2的能力可達(dá)
4.5mol/kg, (1)2/^2選擇性能優(yōu)異。對(duì)材料的表面進(jìn)行分析，表明材料的粒徑越小，表面積越大，孔隙率越高，吸附CO2的能力越強(qiáng)。
[0006]此外，由于鋯酸鋰具有較高的鋰原子密度，鋯酸鋰成為工業(yè)上應(yīng)用比較廣泛的一種鋰離子材料，在物理性能上表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性能，因此在鋰離子電池領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。因而，探索出一種鋯酸鋰多孔微球的制備方法具有重要的意義。
[0007]多孔微球的常規(guī)制備方法包括乳化-溶劑揮發(fā)法、相分離法和噴霧干燥法等。這些常規(guī)方法制備的多孔微球結(jié)構(gòu)不規(guī)則并且球體形態(tài)不完整。溶解凝膠法、水熱法和固相反應(yīng)法等傳統(tǒng)方法制備的微球易于團(tuán)聚、比表面積較小；同時(shí)大多為實(shí)心球結(jié)構(gòu)，孔隙率較低。難以滿(mǎn)足陶瓷氚增殖材料和CO2吸附材料的與性能要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鋯酸鋰多孔微球的制備方法，該方法工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件比較溫和，并能制備出孔隙率較高的鋯酸鋰多孔微球。
[0009]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鋯酸鋰多孔微球的制備方法，包括如下步驟:
[0010]I)、將乳化劑OP-1O與表面活性劑溶于去離子水中，作為乳液法所需的水相；于800?1200r/min攪拌I?1.5h(于高速分散機(jī)中)，得水相溶液；
[0011]乳化劑0P-10與表面活性劑的質(zhì)量比為1:1.8-2.2(較佳為1:2)；
[0012]乳化劑0P-10與表面活性劑的重量之和與去離子水的重量比為1:20?30 ;
[0013]2)、將螯合劑、正丙醇鋯及正辛醇混合，攪拌(攪拌時(shí)間為0.5?1.5h，較佳為Ih)，得到乳液法所需的油相；
[0014]向所述油相中加入司班80、相分離誘導(dǎo)劑和鋰源，繼續(xù)攪拌(攪拌時(shí)間為0.5?1.5h，較佳為Ih)，直至獲得均勻澄清的溶液；
[0015]螯合劑、正丙醇鋯、正辛醇、司班80、相分離誘導(dǎo)劑的重量比為:4:16.5?17:19?21:1:1 ?3(較佳為 4:16.8:20:1:1 ?3)；
[0016]正丙醇鋯與鋰源的摩爾比為1:1?2 ;
[0017]3)、將步驟2)所得的均勻澄清的溶液倒入水相溶液中，于800?1200r/min的轉(zhuǎn)速下持續(xù)攪拌乳化22?26h (于高速分散機(jī)中進(jìn)行，較佳為24h)；
[0018]所述步驟2)所得的均勻澄清的溶液與步驟I)所得的水相溶液的質(zhì)量比為1:10 ;
[0019]4)、將步驟3)的所得物經(jīng)真空抽濾、洗滌、干燥(于40°C干燥24h)，得到粉體狀的鋯酸鋰多孔微球。
[0020]作為本發(fā)明的鋯酸鋰多孔微球的制備方法的改進(jìn):
[0021]所述步驟I)中的表面活性劑為T(mén)ween80、十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉中的任意一種或任意兩種的混合物。
[0022]作為本發(fā)明的鋯酸鋰多孔微球的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn):
[0023]所述步驟2)中的螯合劑為乙酰乙酸乙酯、丙烯酸、乙酰丙酮、草酸、檸檬酸；
[0024]相分離誘導(dǎo)劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚丙烯酰胺；鋰源為甲醇鋰或醋酸鋰。
[0025]在本發(fā)明中，沒(méi)有明確告知轉(zhuǎn)速的攪拌為400?600r/min。
[0026]為了有效改善現(xiàn)有技術(shù)制備微球存在的缺陷，本發(fā)明結(jié)合乳液法和溶膠凝膠法制備多孔微球，引入了相分離誘導(dǎo)劑來(lái)形成微球的多孔結(jié)構(gòu)。相分離誘導(dǎo)劑主要在正丙醇鋯和甲醇鋰(作為鋰源)的水解產(chǎn)物聚合過(guò)程中降低體系的混合熵，從而增加體系的相分離趨勢(shì)。水相中的表面活性劑(TweenSO等)及乳化劑OP-1O用于提高體系乳化能力，提高油相液的分散性，防止團(tuán)聚。油相中表面活性劑司班80具有穩(wěn)定相分離相的作用，從而減小相分離相在高速剪切下產(chǎn)生的形變。
[0027]本發(fā)明所得的鋯酸鋰多孔微球的SEM和粒徑分布測(cè)試表明:該多孔微球均具有光滑的表面結(jié)構(gòu)，尺寸為20?40 μ m，微球內(nèi)部為互不連通、封閉孔的結(jié)構(gòu)，封閉孔孔徑為0.6 ?2.5 μ m0
[0028]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0029]1、該發(fā)明采用乳液法結(jié)合溶膠凝膠法制備鋯酸鋰微球，添加了聚丙烯酰胺等作為致孔劑(即，相分離誘導(dǎo)劑)，獲得的微球?yàn)槎嗫捉Y(jié)構(gòu)，顯著增加了微球的孔隙率。
[0030]2、該發(fā)明在油相中添加了乙酰丙酮等螯合劑，水相中添加了乳化劑OP-1O與Tween80等表面活性劑，防止了甲醇鋰和正丙醇鋯水解產(chǎn)物之間的團(tuán)聚，最終獲得的產(chǎn)物為鋯酸鋰多孔微球。
[0031]3、該發(fā)明制備鋯酸鋰微球的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件比較溫，設(shè)備要求簡(jiǎn)單。所得的鋯酸鋰微球比表面積較大。
[0032]4、該發(fā)明制得的鋯酸鋰多孔微球是一種綜合性能優(yōu)良、最具前途的固體氚增殖劑，同時(shí)也是一種優(yōu)良的CO2吸附材料。
【附圖說(shuō)明】
[0033]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0034]圖1為實(shí)施例1-1所得的鋯酸鋰多孔微球的掃描電子顯微鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0036]實(shí)施例1-1、鋯酸