[发明专利]水热辅助均匀沉淀法制备二氧化钒粉体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域中的二氧化钒粉体的制备，特别涉及通过水热处理技术、均匀沉淀技术制备二氧化钒粉体，属于节能环保新材料领域。

背景技术

由于全球资源的日益枯竭，节能减排已经成为各国当前的首要任务。联合国环境规划署2009年12月11日发表的一份报告称：全球温室气体排放量中有1/3与建筑物耗能有关。我国是能耗大国，每年损耗的能源相当于15亿吨标准煤，其中30%左右为建筑耗能，而建筑耗能中最严重的是通过玻璃产生的能量损失。一般建筑物的窗墙面积比为30-50%，大型建筑物的窗墙面积比高达50-70%，冬季通过窗户产生的能量损失为58%，夏季高达73%，这使得通过玻璃产生的能量损耗占整个建筑能耗的50%。随着中国城镇化的发展，这一比例将持续增加。因此通过推进建筑物节能，开发节能玻璃，有望大幅度降低温室气体排放和能耗，最终达到节能环保的目的。

现有的节能玻璃是以市面上销售的低辐射玻璃（Low-E玻璃）为代表，其具有对可见光高透过及对中远红外高反射的特性，保温隔热性能好，但其价格较高，不能随外界环境温度的变化对太阳光进行实时调控，属于“被动响应”，难以适应我国大多数冬冷夏热的气候环境。其他的“主动响应”的节能玻璃，例如电致变色玻璃、气致变色玻璃，其结构复杂，造价昂贵，短期内很难普及，因此急需开发一种智能温控节能玻璃。

二氧化钒晶体在68℃发生由低温单斜相（M相）到高温金红石相（R相）的可逆金属半导体相转变，相变前后其对太阳光中红外部分光的透过率发生剧烈的变化，使其在智能温控玻璃上具有较大的用处。

钒的氧化物是多价态、多晶相的复杂体系，其中二氧化钒的晶体结构多达10余种，主要包括A相、B相、C相、M相、R相及水合物等结晶相。其中只有M/R相二氧化钒具有热致变色的特性。相的纯度以及粉体的颗粒大小、分散性均会对其热致变色特性产生影响。

目前二氧化钒的应用研究主要集中在薄膜制备上，常用的制备方法主要有磁控溅射、化学气相沉积、脉冲激光沉积等，但这些方法存在着设备昂贵、工艺参数控制复杂、工艺稳定性差、成膜面积小，不适合工业化批量生产等局限。而将具有智能温控变色性能的二氧化钒粉体制成薄膜，粘贴或涂覆在玻璃上，可以对现有普通玻璃进行节能改造，降低将现有玻璃全部替换成节能玻璃的高成本。在后者制备薄膜的方法中，单分散、高纯度的纳米粉体的制备是成膜的关键。

已有的M/R相二氧化钒粉体的制备方法有：中国专利CN1837061A公开的一种制备掺杂二氧化钒粉体方法，先利用沉淀法制备出前驱体，然后再对前驱体进行高温热处理得到金红石相二氧化钒粉体；中国专利CN102502824A公开的一种二氧化钒及其掺杂粉体的制备方法，先利用水热法制备出B相二氧化钒粉体，在高温热处理制得M/R相二氧化钒粉体；中国专利CN102120614A公开的利用水热法制备M/R相二氧化钒粉体；以及美国专利US5427763公开的喷雾热解法，美国专利US6682596公开的溶胶凝胶法等制备M/R相二氧化钒粉体的方法。但是这些方法均难以以高收率获得单分散、高纯度的纳米粉体。

发明内容

鉴于二氧化钒粉体的广泛应用和工业化生产的需求，需要开发一种工艺简单，成本低廉的制备方法。面对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高收率地制备单分散、高纯度的二氧化钒粉体的方法。

本发明人在此认为，水热反应前，向体系中加入均匀沉淀剂，可以结合水热法和均匀沉淀法的优势，对可以使水热反应更容易进行是有利的。

在此，本发明提供一种水热辅助均匀沉淀法制备二氧化钒粉体的方法，所述方法包括：

（1）在含四价钒离子的水溶液中加入均匀沉淀剂并搅拌均匀形成混合液；以及

（2）将所得的混合液转入水热釜中，于200～350℃保温1～120小时进行水热反应，经冷却、离心、洗涤、干燥，即制得二氧化钒粉体；

其中，所述均匀沉淀剂是能够在步骤（2）的水热反应中缓慢水解产生沉淀离子的物质，所述沉淀离子为氢氧根离子；

所述四价钒离子和所述均匀沉淀剂的摩尔比为1:5～2:1。