[发明专利]一种纳米三氧化钨空心团聚球粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米粉末材料的制备技术领域，具体的说是一种纳米三氧化钨空心团聚球粉末的制备方法。

背景技术

近年来，随着人们对纳米材料性能以及相关制备技术研究的不断深入，具有特殊形貌和功能的超细结构粉末在化学、力学、光学和磁学等方面表现出优异的特性，因此，其有望在化工、电子、冶金、航空、医药等军事和民用领域里得到广泛应用。三氧化钨(WO₃)作为一种重要的过渡金属氧化物半导体，其化学性质稳定，无毒性，在可见光催化、太阳能利用等方面具有重要的应用前景。因此，利用WO₃进行光降解，可在室温下直接利用太阳能降解各种有机污染物，且不形成二次污染，是一种理想的污染治理技术。在制备的WO₃材料中，多孔疏松结构的纳米粉末因其较高的比表面积以及高活性使其在光催化领域中具有较大的应用前景，可以高效的分解水制备清洁能源，降解有机污染物，用于气敏材料以及电致变色等。国内外研究者已采用不同的方法进行WO₃的制备，并通过控制空心粉末的粒径大小，球壁厚度以及粉体的表面形貌可以得到具有特定性能的空心粉末。常用的空心粉末的制备方法有雾化热分解法、置换法和模板法。但这些方法又都存在一些问题，现阶段对于雾化热分解法的研究还存在两个关键问题有待解决：一是在制备过程中会有大量破碎空心粒子出现，碎片的存在会严重影响后续的工艺过程，降低产物质量的稳定性；二是对于制备空心粉末而言，使用喷雾热分解法，得到的空心粉末粒径分布不均匀。置换法制备超细金属粉末核心本身存在较大的困难，因此，这种制备方法很难在工业生产中得到应用。模板法制备的空心粉末很大程度上依赖于模板的选择，并且模板的去除效果影响产物纯度。而这些问题的存在严重影响着金属钨材料在工业上的应用。

发明内容

针对现有技术中制备三氧化钨空心团聚球粉末的技术现状，本发明旨在提供一种新的制备纳米三氧化钨空心团聚球粉末的方法，以制备出粒径分布均匀、多孔疏松、呈规则球形，球壳壁薄且团聚一次粉末颗粒均匀的纳米三氧化钨空心团聚球粉末。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种纳米三氧化钨空心团聚球粉末的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、取偏钨酸铵加入到过量的浓度为7~14mol/L的硝酸溶液中，充分搅拌混合后，得反应体系，备用；

步骤二、将步骤一搅拌混合后的反应体系在10min之内转置于聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，之后，将反应釜置于干燥箱内，控制干燥箱以3~5℃/min的升温速率升温至150℃~200℃，进行水热反应15~20h，得水热产物，备用；

步骤三、将步骤二制得的水热产物水冷至室温，之后，对水热产物进行反复搅拌静置处理2-3次，其中，每次搅拌静置处理的操作包括搅拌混合2h之后静置2h；

步骤四、将步骤三反复搅拌静置处理后的水热产物进行多次真空清洗抽滤，其中，前3-5次采用蒸馏水清洗抽滤，后2-3次采用乙醇清洗抽滤，之后，转置于干燥箱内进行干燥处理，即得球径为5-50μm的纳米WO₃空心团聚球粉末。

在步骤一中，所述搅拌混合的时间为10-30min。

在步骤四中，所述干燥处理的温度为70-90℃，干燥时间为5-10h。

利用上述所制备的三氧化钨进行纳米金属钨空心团聚球粉末的制备方法，包括在氢气氛围中对纳米WO₃空心团聚球粉末进行两次还原处理的步骤，其中，两次还原处理的操作为：首先在氢气氛围中，升温至500-700℃进行第一次还原处理4-10h，然后控制升温至700-900℃、进行第二次还原处理4-10h，还原结束后，在氩气保护下自然冷却至室温，即得金属钨空心团聚球粉末。

所述两次还原处理中升温阶段的升温速度为5-20℃/min。

所述两次还原处理中氢气的流量为1-5m³/h。

所述两次还原处理中氩气的流量为1.5-2m³/h，氩气纯度为99.999%。

在具体操作实施时，本发明的主要制备步骤和发生的反应如下：

1）、量取市售硝酸溶液200ml~400ml，其中硝酸溶液的质量浓度为63%，密度为1.4g/ml。置于干净的烧杯中，用去离子水将烧杯中的硝酸溶液体积填充至400ml。