一种红外反射α-PbO2相二氧化钛-氧化锆纳米复合材料及其制备方法与流程

一种红外反射
α
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pbo2相二氧化钛
‑
氧化锆纳米复合材料及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及红外反射α
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pbo2相二氧化钛
‑
氧化锆纳米复合材料及其制备方法，属于红外反射材料领域。


背景技术：

2.太阳光的大部分能量都集中在近红外和可见光范围内，700
‑
2500nm 的近红外部分能量，占太阳光谱能量的一半左右。红外热辐射所产生的热量可以通过玻璃传入建筑物及汽车内，造成能耗增加，尤其夏季使用电能的负荷增高。
3.科学研究者已经发现金属氧化物对红外光线具有比较高的反射率，已有研究表明，二氧化钛对近红外波长范围内的光具有较好的反射性能，性能非常不错，近年来的研究表明，锐钛矿型二氧化钛在一定压力（5
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13gpa)下先转变为α
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pbo2相二氧化钛，在更高的压力下(13
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26gpa)会变为斜锆石结构，但泄压至常压后，只维持α
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pbo2相二氧化钛存在。α
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pbo2相二氧化钛为高压稳定不可逆相二氧化钛，且正交晶系，其晶体参数与压力变化相关，其110、111的晶面间距为2.8nm，晶面夹角为70.3
°
，远优于普通的二氧化钛（110、111的晶面间距为3.5nm，晶面夹角为53），对近红外波长范围内的光反射效率大大提高。而将α
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pbo2相结构二氧化钛与氧化锆复合，将进一步提高α
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pbo2相结构型二氧化钛粉体的近红外反射效率。
4.超临界技术在工业生产有很多用途，如超临界结晶、超临界萃取核超临界干燥等。水的行为与非极性压缩气体相近，其溶剂性质与低极性有机物相似。无机盐在超临界水中的溶解度非常低，例如nacl在300℃水中的溶解度仅为37%，其原因主要是由水的低介电常数和离子解离常数造成的。由于超临界水的非凡的溶解能力、可压缩性和传质特性，使它成为一种具有非常活性的异乎寻常的反应介质，可以用来制备特异性能的材料。
5.中国专利cn105130411a中公开了一种二氧化钛氧化锆复合材料的制备方法，其用固相法合成，需要高温煅烧，颗粒粗大，掺杂不均匀，主要用于耐火材料；中国专利cn105110369a以公开了一种二氧化钛包覆氧化锆的材料，其也需要高温煅烧，但应用领域为耐火材料；中国专利cn105630697中公开了一种氧化锆包覆氧化钛溶胶的制备方法，其制备方法工艺复杂，成本较高。


技术实现要素：

6.本发明针对上述背景技术所提及的技术问题，而采用超临界核
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壳技术方案来实现：一种红外反射二氧化钛
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氧化锆纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：s1、利用锐钛矿型二氧化钛在一定压力（5
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13gpa)下先转变为α
‑
pbo2相二氧化钛，在更高的压力下(13
‑
26gpa)会变为斜锆石结构，但泄压至常压后，只维持α
‑
pbo2相二氧化钛存在。α
‑
pbo2相二氧化钛为正交晶系，其晶体参数与压力变化相关，其110、111的晶面间
距为2.8nm，晶面夹角为70.3
°
，远优于普通的二氧化钛（110、111的晶面间距为3.5nm，晶面夹角为53
°
），对近红外波长范围内的光反射效率大大提高。
7.s2、用超声波处理α
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pbo2相二氧化钛粉末，获得活化的α
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pbo2二氧化钛粉末；s3、称取一定量的锆盐，配制成水溶液；s4、向s3溶液中加入s2活化的α
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pbo2相二氧化钛粉末，活化的α
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pbo2相二氧化钛粉末的添加比例为锆盐物质的量的30
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60%，并搅拌混合均匀；s5、将上述所述混合溶液放入输送装置，经该装置泵入到超临界纯流体中进行反应，生成氧化锆晶体并包覆在α
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pbo2相二氧化钛的表面，形成核
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壳结构的微球，提高α
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pbo2相二氧化钛的红外反射效率；s6、等s5反应结束后，过滤，然后干燥为成品。
8.作为优选实例，在s2中，所述α
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pbo2相二氧化钛粉末与浓硫酸的物质的量比为1:5，机械搅拌15分钟。
9.作为优选实例，在s3中，所述锆盐为硫酸锆、硝酸锆或乙酸锆中的一种。
10.作为优选实例，在s5中，所述水热反应温度120
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180℃，反应时间为12
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24小时。
11.作为优选实例，在s5中，所述干燥温度为80℃，时间为12
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24小时。
12.作为优选实例，由权利要求1
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5任一项所述的制备方法制备而得的α
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pbo2相二氧化钛
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氧化锆纳米复合材料。
13.本发明的有益效果是：本发明以超临界核
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壳技术为反应路线，采用锆盐作为锆离子源，制备出核
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壳结构红外反射α
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pbo2相二氧化钛
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氧化锆纳米复合材料，成本低廉，工艺路线简单易行，该红外反射材料可在涂料、塑料、日用品、医疗和纺织等领域实现诸多应用。
附图说明
14.图1：该发明制备的红外反射α
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pbo2相二氧化钛
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氧化锆纳米复合材料sem图片；图2：为该发明中红外反射α
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pbo2相二氧化钛
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氧化锆纳米复合材料的edx图谱；图3：为该发明中纯α
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pbo2相二氧化钛的可见光区及近红外区反射率图谱；图4位本发明中实施例1的可见光区及近红外区反射率图谱；图5位本发明中实施例2的可见光区及近红外区反射率图谱；图6位本发明中实施例3的可见光区及近红外区反射率图谱；图7位本发明中实施例4的可见光区及近红外区反射率图谱；图8位本发明中实施例5的可见光区及近红外区反射率图谱；图9位本发明中实施例6的可见光区及近红外区反射率图谱。
具体实施方式
15.为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示和实施例，进一步阐述本发明。
16.实施例1s1、称取8gα
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pbo2相二氧化钛粉末加入50ml的去离子水中，在40khz的超声波下，用500rpm的高速分散处理15分钟，获得活化的α
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pbo2相二氧化钛粉末悬浮液；s2、称取36.7g乙酸锆，溶于400ml离子水溶液，并搅拌均匀；
s3、向s2溶液中加入s1活化的α
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pbo2相二氧化钛粉末悬浮液，整个过程中保持搅拌，搅拌的速度为400rpm，时间为30分钟；s4、将上述所述混合溶液放入输送装置，经该装置泵入到超临界纯流体中进行反应，生成氧化锆晶体并包覆在二氧化钛的表面，形成核
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壳结构的微球，提高α
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pbo2相二氧化钛的红外反射效率，超临界反应温度为120
°
c,压力为23 mpa,反应时间为24小时；s5，等s4反应结束后，过滤，然后在80℃下干燥24小时，得到红外反射α
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pbo2相二氧化钛
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氧化锆纳米复合材料。
17.实施例2s1、称取8gα
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pbo2相二氧化钛粉末加入50ml的去离子水中，在40khz的超声波下，用500rpm的高速分散处理15分钟，获得活化的α
‑
pbo2相二氧化钛粉末悬浮液；s2、称取32.3g硫酸锆，溶于300ml离子水溶液，并搅拌均匀；s3、向步骤s2溶液中加入s1活化的α
‑
pbo2相二氧化钛粉末，整个过程中保持搅拌，搅拌的速度为400rpm，时间为30分钟；s4、将上述混合溶液放入输送装置，经该装置泵入到超临界纯流体中进行反应，生成氧化锆晶体并包覆在二氧化钛的表面，形成核
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壳结构的微球，提高α
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pbo2相二氧化钛的红外反射效率，超临界反应温度为140
°
c,压力为24mpa,反应时间为20小时；s5、等s4反应结束后，过滤，然后在80℃下干燥20小时，得到红外反射α
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pbo2相二氧化钛
‑
氧化锆纳米复合材料。
18.实施例3s1、称取8gα
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pbo2相二氧化钛粉末加入50ml的去离子水中，在40khz的超声波下，用500rpm的高速分散处理15分钟，获得活化的α
‑
pbo2相二氧化钛粉末悬浮液；s2、称取37.9g硝酸锆，溶于400ml离子水溶液，并搅拌均匀；s3、向步骤s2溶液中加入s1活化的α
‑
pbo2相二氧化钛粉末，整个过程中保持搅拌，搅拌的速度为400rpm，时间为30分钟；s4、将上述混合溶液放入输送装置，经该装置泵入到超临界纯流体中进行反应，生成氧化锆晶体并包覆在二氧化钛的表面，形成核
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壳结构的微球，提高α
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pbo2相二氧化钛的红外反射效率，超临界反应温度为160
°
c,压力为25mpa,反应时间为18小时；s5、等s4反应结束后，过滤，然后在80℃下干燥18小时，得到红外反射α
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pbo2相二氧化钛
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氧化锆纳米复合材料。
19.实施例4s1、称取8gα
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pbo2相二氧化钛粉末加入50ml的去离子水中，在40khz的超声波下，用500rpm的高速分散处理15分钟，获得活化的α
‑
pbo2相二氧化钛粉末悬浮液；s2、称取36.7g乙酸锆，溶于400ml离子水溶液，并搅拌均匀；s3、向步骤s2溶液中加入s1活化的α
‑
pbo2相二氧化钛粉末，整个过程中保持搅拌，搅拌的速度为400rpm，时间为30分钟；s4、将上述混合溶液放入输送装置，经该装置泵入到超临界纯流体中进行反应，生成氧化锆晶体并包覆在二氧化钛的表面，形成核
‑
壳结构的微球，提高α
‑
pbo2相二氧化钛的红外反射效率，超临界反应温度为180
°
c,压力为26mpa,反应时间为16小时；s5、等s4反应结束后，过滤，然后在80℃下干燥20小时，得到红外反射α
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pbo2相二
氧化钛
‑
氧化锆纳米复合材料。
20.实施例5s1、称取8gα
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pbo2相二氧化钛粉末加入50ml的去离子水中，在40khz的超声波下，用500rpm的高速分散处理15分钟，获得活化的α
‑
pbo2相二氧化钛粉末悬浮液；s2、称取32.3g硫酸锆，溶于300ml离子水溶液，并搅拌均匀；s3、向步骤s2溶液中加入s1活化的α
‑
pbo2相二氧化钛粉末，整个过程中保持搅拌，搅拌的速度为400rpm，时间为30分钟；s4、将上述混合溶液放入输送装置，经该装置泵入到超临界纯流体中进行反应，生成氧化锆晶体并包覆在二氧化钛的表面，形成核
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壳结构的微球，提高α
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pbo2相二氧化钛的红外反射效率，超临界反应温度为170
°
c,压力为27mpa,反应时间为15小时；s5、等s4反应结束后，过滤，然后在80℃下干燥18小时，得到红外反射α
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pbo2相二氧化钛
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氧化锆纳米复合材料。
21.实施例6s1、称取8gα
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pbo2相二氧化钛粉末加入50ml的去离子水中，在40khz的超声波下，用500rpm的高速分散处理15分钟，获得活化的α
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pbo2相二氧化钛粉末悬浮液；s2、称取37.9g硝酸锆，溶于400ml离子水溶液，并搅拌均匀；s3、向步骤s2溶液中加入s1活化的α
‑
pbo2相二氧化钛粉末，整个过程中保持搅拌，搅拌的速度为400rpm，时间为30分钟；s4、将上述混合溶液放入输送装置，经该装置泵入到超临界纯流体中进行反应，生成氧化锆晶体并包覆在二氧化钛的表面，形成核
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壳结构的微球，提高α
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pbo2相二氧化钛的红外反射效率，超临界反应温度为180
°
c,压力为28mpa,反应时间为14小时；s5、等s4反应结束后，过滤，然后在80℃下干燥18小时，得到红外反射α
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pbo2相二氧化钛
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氧化锆纳米复合材料。
22.通过实施例1
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6所制备的红外反射α
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pbo2相二氧化钛
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氧化锆纳米复合材料，以10%的比例添加到树脂和溶剂中，制备出干膜厚度为20微米的涂层，测试其在可见光和近红外区的反射能力，并与空白的二氧化钛颜料做对比，可以看出，普通α
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pbo2相二氧化钛在可见光区和700nm
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100nm近红外区的反射率为85%以下，而实施例1
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6在可见光区和700nm
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100nm近红外区的反射率几乎都达到99%以上，对1000nm
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25000nm的近红外区也有非常好的红外反射能力。
23.需要说明的是，本发明以上实施例中所使用的原料如无特别标示均为市售产品。
24.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。