專利名稱：納米氮化釩粉體的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于氮化釩粉體材料的制備方法，特別涉及一種納米氮化釩粉體的制備方法。
背景技術：
氮化釩具有高熔點、高穩(wěn)定性、高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性、高電導率、高熱導率，廣泛應用于切削刀具、磨具和相應的陶瓷結構材料，以及電子材料、超導材料等。氮化釩作為催化劑具有高的催化活性、高選擇性、良好的穩(wěn)定性和抗中毒性能，在氫化、氫解、加氫脫氮等方面均有重要的應用。納米氮化釩的粒徑在100nm以下，具有更高的比表面積，因此作為催化劑具有更優(yōu)良的催化活性，作為金屬、陶瓷材料的添加劑，能使金屬、陶瓷材料的強度和耐磨性更好。
由于N-N健具有很高的鍵合能，氮化物的生成自由能很低，因此氮化物的合成比氧化物、硫化物困難，而且一般都要在高溫下合成，對制備條件要求高。傳統(tǒng)的制備方法有以下幾種1、在通N2的環(huán)境中，1200℃高溫直接氮化金屬釩；2、在N2環(huán)境中碳熱還原五氧化二釩(V2O5)，溫度1250℃以上；3、在1100℃，NH3環(huán)境中氨解NH4VO4。這些傳統(tǒng)制備方法的共同特點是氮化溫度高、時間長、雜質含量高、要經(jīng)過去雜處理、工藝復雜，而且一般獲得的產物尺寸在微米級。
專利號為ZL 03115491.3的中國專利公開了一種制備立方相納米氮化釩粉體的方法，該方法以偏釩酸氨為原料，用硝酸調節(jié)pH值，氨水滴定等過程合成一水合五氧化二釩粉體，然后在管式反應爐中，于流動氨氣氣氛中合成立方相納米氮化釩粉體；氮化反應溫度500～800℃，保溫時間3～5小時，氨氣流量為0.5～5升/分鐘。該制備方法存在的問題是前驅體制備過程較復雜，需要硝酸調整pH值和氨水的滴定，氨解時氨氣用量大，保溫時間較長，因而會增加材料成本和能源消耗。
專利號為ZL 02115285.3的中國專利公開了一種氮化釩納米粉體的制備方法。該方法的步驟為1)用草酸H2C2O4·2H2O、抗壞血酸、鹽酸肼N2H4·2HCl、水肼N2H4·H2O或鹽酸羥胺在鹽酸介質中將V2O5還原制備VOCl2；2)將制得的VOCl2溶液與(NH4)2CO3或NH4HCO3在CO2或N2或Ar氣氛中反應制備氧釩(IV)堿式碳酸銨前驅體，在無水乙醇中將前驅體超聲破碎至粒度≤1μm；3)前驅體在NH3氣流中直接加熱氮化，氨解氮化溫度為750-1100℃，最佳氨解溫度為800-900℃，時間12小時。該制備方法存在的問題是前驅體制備工藝步驟復雜，原料采用較多的鹽酸及氨鹽，而且需要在保護氣體的環(huán)境下獲得前驅體，對環(huán)境和操作者的健康會產生不良影響，而且增加了前驅體的制備成本；氨解溫度高，保溫時間長達12小時，會增加能耗。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種納米氮化釩粉體的新型制備方法，此種方法不僅前驅體制備工藝簡單，無污染，而且氨解溫度低，時間短，消耗氨氣少。
本發(fā)明所述納米氮化釩粉體的制備方法，工藝步驟依次為前驅體的制備和前驅體的氨解(1)前驅體的制備以V2O5和草酸為原料，V2O5與草酸的重量比為1∶1～1∶3，將所述配比的V2O5和草酸放入反應容器并加水，水淹過V2O5和草酸即可，然后在常壓、40℃～70℃進行攪拌，直到V2O5和草酸的還原反應完成為止(還原反應完成以獲得無沉淀的蘭色液體為準，一般為2～3小時)，還原反應完成后，將所獲溶液蒸干即得到前驅體草酸氧釩，其化學式為VO(C2O4)2·H2O；(2)前驅體的氨解將所獲前驅體草酸氧釩烘干并破碎后放入加熱爐，在流動氨氣氛圍中加熱至600℃～750℃進行氨解，保溫10分鐘～3小時后關閉加熱爐電源，保持爐內氨氛圍，待分解產物冷卻至100℃以下取出，即獲得納米氮化釩粉體。
上述方法中，前驅體氨解步驟的氨氣流量控制在40ml/min～160ml/min。前驅體氨解步驟中，加熱速度無嚴格要求，但控制在5℃/min～15℃/min為宜。
為了使前驅體易于粉碎，在前驅體制備時可加入表面活性劑聚乙二醇，聚乙二醇的加入量為V2O5和草酸總量的2％～5％(重量百分數(shù))。
本發(fā)明有以下有益效果1、采用草酸為V2O5的還原劑，因而無污染，產物純度高，有利于環(huán)保和操作人員的健康。
2、V2O5和草酸的還原反應直接獲得前驅體草酸氧釩，因而簡化了前驅體制備的工藝流程。
3、前驅體制備步驟中加入表面活性劑，有利于前驅體的粉碎和提高納米粉體的分散性。
4、相對于現(xiàn)有技術，前驅體的氨解溫度較低(600℃～750℃)，時間大幅度縮短(10分鐘～3小時)，有利于節(jié)約能源。
5、前驅體氨解步驟的氨氣流量可低至40ml/min，有利于降低成本。
6、所獲得的納米氮化釩粉體純度高，其粒度平均為50nm，呈等軸狀，均勻性好。
7、原料來源廣泛、容易獲取，便于工業(yè)化生產。


圖1是本發(fā)明所述方法制備的納米氮化釩粉體的X射線衍射(XRD)譜圖，氨解溫度600℃，氨解保溫時間3小時，見實施例1；圖2是本發(fā)明所述方法制備的納米氮化釩粉體的X射線衍射(XRD)譜圖，氨解溫度750℃，氨解保溫時間1小時，見實施例2；圖3是本發(fā)明所述方法制備的納米氮化釩粉體的透射電鏡(TEM)照片，氨解溫度750℃，氨解保溫時間1小時，見實施例2；圖4是本發(fā)明所述方法制備的納米氮化釩粉體的X射線衍射(XRD)譜圖，氨解溫度750℃，氨解保溫時間10分鐘，見實施例4；具體實施方式
實施例1本實施例中，原料V2O5和草酸均為分析純，V2O5與草酸的重量比為1∶1。
(1)前驅體的制備將V2O5與草酸放入反應容器并加水淹過V2O5與草酸，在常壓、40℃攪拌約3小時完成還原反應，將所獲溶液在100℃蒸干得前驅體草酸氧釩。
(2)前驅體的氨解將所獲前驅體草酸氧釩烘干(烘干溫度100℃)并粉碎后放入管式加熱爐，通入氨氣，氨氣流量為160ml/min，以5℃/min的速度加熱到600℃，保溫3小時后關閉加熱爐電源，繼續(xù)保持爐內氨氛圍，待分解產物冷卻至100℃以下取出，即獲得納米氮化釩。所獲納米氮化釩粉體的平均粒度為30nm，其X射線衍射(XRD)譜圖見圖1，從圖1可以看出，前驅體草酸氧釩完全轉變?yōu)榱思{米氮化釩。
實施例2本實施例中，原料V2O5、草酸、聚乙二醇均為分析純，V2O5與草酸的重量比為1∶1.5，聚乙二醇的量為V2O5和草酸總重量的2％。
(1)前驅體的制備將V2O5與草酸放入反應容器并加水淹過V2O5與草酸，在常壓、60℃攪拌約2.5小時完成還原反應，然后加入聚乙二醇并攪拌均勻，將所獲溶液在90℃蒸干得前驅體草酸氧釩。
(2)前驅體的氨解將所獲前驅體草酸氧釩烘干(烘干溫度100℃)并粉碎后放入管式加熱爐，通入氨氣，氨氣流量為160ml/min，以10℃/min的速度加熱到750℃，保溫1小時后關閉加熱爐電源，繼續(xù)保持爐內氨氛圍，待分解產物冷卻至100℃以下取出，即獲得納米氮化釩粉體，其X射線衍射(XRD)譜圖見圖2。從圖2可以看出，前驅體草酸氧釩完全轉變?yōu)榱思{米氮化釩。
所獲納米氮化釩粉體的平均粒度為50nm，其透射電鏡(TEM)照片見圖3。
實施例3本實施例中，原料V2O5、草酸、聚乙二醇均為分析純，V2O5與草酸的重量比為1∶2，聚乙二醇的量為V2O5和草酸總重量的3％。
(1)前驅體的制備將V2O5與草酸放入反應容器并加水淹過V2O5與草酸，在常壓、70℃攪拌約2小時完成還原反應，然后加入聚乙二醇并攪拌均勻，將所獲溶液在90℃蒸干得前驅體草酸氧釩。
(2)前驅體的氨解將所獲前驅體草酸氧釩烘干(烘干溫度100℃)并粉碎后放入管式加熱爐，通入氨氣，氨氣流量為40ml/min，以15℃/min的速度加熱到750℃，保溫30分鐘后關閉加熱爐電源，繼續(xù)保持爐內氨氛圍，待分解產物冷卻至100℃以下取出，即獲得納米氮化釩粉體，平均粒度為40nm。
實施例4本實施例中，原料V2O5、草酸、聚乙二醇均為分析純，V2O5與草酸的重量比為1∶1，聚乙二醇的量為V2O5和草酸總重量的3％。
(1)前驅體的制備將V2O5與草酸放入反應容器并加水淹過V2O5與草酸，在常壓、50℃攪拌約3小時完成還原反應，然后加入聚乙二醇并攪拌均勻，將所獲溶液在100℃蒸干得前驅體草酸氧釩。
(2)前驅體的氨解將所獲前驅體草酸氧釩烘干(烘干溫度100℃)并粉碎后放入管式加熱爐，通入氨氣，氨氣流量為40ml/min，以5℃/min的速度加熱到750℃，保溫10分鐘后關閉加熱爐電源，繼續(xù)保持爐內氨氛圍，待分解產物冷卻至100℃以下取出，即獲得納米氮化釩粉體。所獲納米氮化釩粉體的平均粒度為40nm，其X射線衍射(XRD)譜圖見圖4，從圖4可以看出，前驅體草酸氧釩完全轉變?yōu)榱思{米氮化釩。
實施例5本實施例中，原料V2O5、草酸、聚乙二醇均為分析純，V2O5與草酸的重量比為1∶3，聚乙二醇的量為V2O5和草酸總重量的5％。
(1)前驅體的制備將V2O5與草酸放入反應容器并加水淹過V2O5與草酸，在常壓、70℃攪拌約2小時完成還原反應，然后加入聚乙二醇并攪拌均勻，將所獲溶液在100℃蒸干得前驅體草酸氧釩。
(2)前驅體的氨解將所獲前驅體草酸氧釩烘干(烘干溫度100℃)并粉碎后放入管式加熱爐，通入氨氣，氨氣流量為100ml/min，以10℃/min的速度加熱到650℃，保溫2.5小時后關閉加熱爐電源，繼續(xù)保持爐內氨氛圍，待分解產物冷卻至100℃以下取出，即獲得納米氮化釩粉體，平均粒度為40nm。
權利要求
1.一種納米氮化釩粉體的制備方法，工藝步驟依次為前驅體的制備和前驅體的氨解，其特征在于(1)前驅體的制備以V2O5和草酸為原料，V2O5與草酸的重量比為1∶1～1∶3，將所述配比的V2O5和草酸放入反應容器并加水，水淹過V2O5和草酸即可，然后在常壓、40℃～70℃進行攪拌，直到V2O5和草酸的還原反應完成為止，還原反應完成后，將所獲溶液蒸干即得到前驅體草酸氧釩，其化學式為VO(C2O4)2·H2O；(2)前驅體的氨解將所獲前驅體草酸氧釩烘干并破碎后放入加熱爐，在流動氨氣氛圍中加熱至600℃～750℃進行氨解，保溫10分鐘～3小時后關閉加熱爐電源，保持爐內氨氛圍，待分解產物冷卻至100℃以下取出，即獲得納米氮化釩粉體。
2.根據(jù)權利要求1所述的納米氮化釩粉體的制備方法，其特征在于所述前驅體氨解步驟中，氨氣的流量控制在40ml/min～160ml/min。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的納米氮化釩粉體的制備方法，其特征在于所述前驅體氨解步驟中，加熱速度為5℃/min～15℃/min。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的納米氮化釩粉體的制備方法，其特征在于前驅體制備時，加入表面活性劑聚乙二醇，聚乙二醇的加入量為V2O5和草酸總量的2％～5％。
5.根據(jù)權利要求3所述的納米氮化釩粉體的制備方法，其特征在于前驅體制備時，加入表面活性劑聚乙二醇，聚乙二醇的加入量為V2O5和草酸總量的2％～5％。
全文摘要
一種納米氮化釩粉體的制備方法，工藝步驟依次為(1)前驅體的制備，以V
文檔編號C01B21/06GK101077772SQ200710049379
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月27日 優(yōu)先權日2007年6月27日
發(fā)明者黃維剛, 任哲崢, 涂銘旌 申請人:四川大學