專利名稱：一種磷酸銅鋯材料的制備及應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種磷酸銅鋯材料的制備及應(yīng)用方法，屬于無機(jī)功能材料領(lǐng)域，具體來講涉及一種用水熱合成法直接制備磷酸銅鋯材料并將所制備材料進(jìn)一步應(yīng)用到潤滑領(lǐng)域的方法。
背景技術(shù)：
磷酸鋯晶體材料由于在離子交換、吸附、催化等方面具有優(yōu)良的性能而引起人們的廣泛關(guān)注。在油脂潤滑研究中發(fā)現(xiàn)，磷酸銅鋯(CuZr (Ρ04)2.4Η20)材料表現(xiàn)出優(yōu)良的潤滑性能，在相同的研究體系下，磷酸銅鋯材料在承載能力和抗磨減摩性能方面均比目前應(yīng)用最廣泛的無機(jī)潤滑劑二硫化鑰(MoS2)好。目前磷酸銅鋯材料都是通過離子交換方法制得的，主要有以下三種途徑，一種是用低結(jié)晶度的α -Zr (HPO4)2.Η20與沸騰的稀濃度的銅鹽溶液進(jìn)行離子交換；第二種是α -Zr (HPO4)2.Η20先與鈉離子進(jìn)行交換，生成ZrNaH(PO4)2.5Η20，然后再與銅離子進(jìn)行交換；第三種是α_ΖΗΗΡ04)2.Η20需要與稀濃度的銅鹽溶液長時間加熱回流反應(yīng)。上述三種方法，前兩種方法獲得的產(chǎn)物中銅離子的交換度都不高，只有第三種方法能夠得到銅離子交換度比較高的磷酸銅鋯材料(CuZr(PO4)2.4Η20)。這是因為α-ΖΗΗΡ04)2.Η20層板間通道比較狹窄，而水合二價銅離子半徑又比較大，因此銅離子與a -Zr(HPO4)2-H2O交換就會比較困難?？梢?現(xiàn)有制備方法存在銅離子交換不完全、交換步驟繁瑣、交換時間長、效率低等缺點，限制了磷酸銅鋯材料的規(guī)?；a(chǎn)與使用，這是目前本領(lǐng)域內(nèi)急需解決的一個技術(shù)難題。確切的說磷酸銅鋯材料作為潤滑添加劑直接應(yīng)用到潤滑領(lǐng)域還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種磷酸銅鋯材料的制備及應(yīng)用方法，目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中制備磷酸銅鋯材料領(lǐng)域急需解決的技術(shù)難題并且進(jìn)一步開辟磷酸銅鋯材料的應(yīng)用領(lǐng)域，從而公開一種用水熱合成法直接制備磷酸銅鋯材料并將所制備材料進(jìn)一步應(yīng)用到潤滑領(lǐng)域的方法的技術(shù)方案。本發(fā)明一種磷酸銅鋯材料的制備方法，其特征在于是一種用水熱合成法直接制備磷酸銅鋯材料的方法，該方法就是按照Cu:Zr摩爾比0.8—3.0，將摩爾濃度為1.0mol/L—
4.0mol/L氧氯化鋯和硝酸鋯溶液中的一種與摩爾濃度為1.0mol/L—4.0mol/L的氯化銅、醋酸銅和硝酸銅溶液中的一種混合，攪拌均勻后，用質(zhì)量百分比為85%磷酸溶液調(diào)節(jié)體系PH介于0.5—5之間，再經(jīng)過10 — 20分鐘攪拌，獲得藍(lán)色凝膠，將藍(lán)色凝膠密封于帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，在100°C—220°C烘箱中晶化12— 200小時，反應(yīng)結(jié)束后，利用離心機(jī)將得到的產(chǎn)物用蒸餾水洗滌至中性，室溫干燥后，得到磷酸銅鋯材料，產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)用X-射線粉末衍射(XRD)進(jìn)行表征，見

圖1。

上述一種磷酸銅鋯材料的制備方法所制備的磷酸銅鋯材料的應(yīng)用方法，其特征在于是一種將磷酸銅鋯材料作為潤滑添加劑直接應(yīng)用到潤滑領(lǐng)域的方法，具體步驟如下:(1)在基礎(chǔ)油中磷酸銅鋯或MoS2的添加量是基礎(chǔ)油的1.0wt%，將稱量好的磷酸銅鋯或MoS2直接加入到基礎(chǔ)油中，超聲波震蕩15—60分鐘，使得磷酸銅鋯或MoS2在基礎(chǔ)油中充分分散，得到含lwt%磷酸銅鋯或MoS2的潤滑油樣；
(2)在基礎(chǔ)脂中磷酸銅鋯或MoS2的添加量是基礎(chǔ)脂的5.0wt%，將稱量好的磷酸銅鋯或MoS2直接加入到基礎(chǔ)脂中，用三輥研磨機(jī)滾動研磨3遍，使得磷酸銅鋯或MoS2在基礎(chǔ)脂中完全混合均勻，得到含5wt%磷酸銅鋯或MoS2的潤滑脂樣品，樣品分別在四球摩擦磨損試驗機(jī)上進(jìn)行承載能力、抗磨和減摩性能評價，實驗結(jié)果顯示加入磷酸銅鋯材料后，潤滑基礎(chǔ)油脂的承載能力和抗磨減摩能力明顯增強(qiáng)。本發(fā)明一種磷酸銅鋯材料的制備及應(yīng)用方法的優(yōu)點在于:1、合成工藝簡單，可以利用水熱合成法直接制備出磷酸銅鋯材料，銅離子交換度達(dá)到97.6%以上，產(chǎn)品收率高，所得產(chǎn)品具有均一性和穩(wěn)定性特點，直接合成降低了能耗，減少了對環(huán)境的污染。2、上述一種磷酸銅鋯材料的制備方法所制備的磷酸銅鋯材料能夠作為優(yōu)良的潤滑添加劑，直接應(yīng)用到潤滑領(lǐng)域，具有良好的承載和抗磨減摩能力。
具體實施例方式實施方式·1:
分別取濃度為1.0mol/L的硝酸鋯溶液3.5mL，濃度為1.0mol/L的醋酸銅溶液4.4mL,混合，攪拌均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液0.8mL,調(diào)節(jié)pH值至2，再經(jīng)過15分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在180°C烘箱中，晶化100小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式2:
分別取濃度為1.0mol/L的氧氯化鋯溶液3.4mL，濃度為4.0mol/L的醋酸銅溶液1.7mL，混合，攪拌均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液1.7mL，調(diào)節(jié)pH值至1.2，再經(jīng)過10分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在180°C烘箱中，晶化72小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式3:
分別取濃度為4.0mol/L的硝酸鋯溶液1.0mL,濃度為1.0mol/L的氯化銅溶液12.0 mL，混合，攪拌均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液1.lmL，調(diào)節(jié)pH值至1.8，再經(jīng)過10分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在220°C烘箱中，晶化24小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式4:
分別取濃度為4.0mol/L的硝酸鋯溶液1.0mL，濃度為4.0mol/L的硝酸銅溶液2.0mL,混合，攪拌均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液1.0mL,調(diào)節(jié)pH值至1.2，再經(jīng)過20分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在150°C烘箱中，晶化200小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式5:
分別取濃度為1.0mol/L的氧氯化鋯溶液3.0mL,濃度為2.0mol/L的硝酸銅溶液2.5mL,混合，攪拌均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液0.5mL,調(diào)節(jié)pH值至1.5，再經(jīng)過12分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在220°C烘箱中，晶化12小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式6:
分別取濃度為1.0mol/L的氧氯化鋯溶液8.0mL,濃度為1.0mol/L的氯化銅溶液6.4mL,混合，攪拌均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液0.1mL,調(diào)節(jié)pH值至5，再經(jīng)過15分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在150°C烘箱中，晶化120小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式7:
分別取濃度為2.5mol/L的氧氯化鋯溶液1.1mL,濃度為2.0mol/L的氯化銅溶液
2.2mL,混合，攪拌均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液11.8mL,調(diào)節(jié)pH值至0.5，再經(jīng)過18分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在150°C烘箱中，晶化24小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式8:
分別取濃度為3.5mol/L的硝酸鋯溶液2.0mL，濃度為2.5mol/L的醋酸銅溶液8.0mL,在玻璃燒杯中經(jīng)過攪拌混合均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液1.0mL，調(diào)節(jié)pH值至1.8，再經(jīng)過16分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在200°C烘箱中，晶化36小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式9:
分別取濃度為1.0mol/L的氧氯化鋯溶液4.0mL,濃度為1.0mol/L的硝酸銅溶液
6.0mL,混合，攪拌均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液2.1mL,調(diào)節(jié)pH值至2，再經(jīng)過15分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在130°C烘箱中，晶化150小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式10:
分別取濃度為3.0mol/L的硝酸鋯溶液5.4mL，濃度為3.5mol/L的醋酸銅溶液4.6mL,混合，攪拌均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液0.5mL,調(diào)節(jié)pH值至2.3，再經(jīng)過14分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在110°C烘箱中，晶化180小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式11: 分別取濃度為2.0mol/L的硝酸鋯溶液5.0mL,濃度為4.0mol/L的氯化銅溶液2.0mL,混合，攪拌均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液6.9mL,調(diào)節(jié)pH值至1.1，再經(jīng)過13分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在200°C烘箱中，晶化48小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式12:
分別取濃度為3.0mol/L的硝酸鋯溶液2.0mL,濃度為2.0mol/L的醋酸銅溶液3.0mL,混合，攪拌均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液14.9mL，調(diào)節(jié)pH值至0.8，再經(jīng)過12分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在180°C烘箱中，晶化80小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式13:
分別取濃度為4.0mol/L的氧氯化鋯溶液3.0mL,濃度為2.0mol/L的醋酸銅溶液
9.0mL,混合，攪拌均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液3.1mL,調(diào)節(jié)pH值至1.5，再經(jīng)過11分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在100°c烘箱中，晶化160小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式14:
分別取濃度為3.0mol/L的氧氯化鋯溶液4.0mL,濃度為4.0mol/L的硝酸銅溶液
6.0mL,混合，攪拌 均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液4.9mL,調(diào)節(jié)pH值至1.1，再經(jīng)過12分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在150°C烘箱中，晶化60小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式15:
分別取濃度為2.0mol/L的氧氯化鋯溶液4.0mL,濃度為2.5mol/L的氯化銅溶液
8.0mL,混合，攪拌均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液2.9mL,調(diào)節(jié)pH值至1.2，再經(jīng)過18分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在200°C烘箱中，晶化50小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式16:
分別取濃度為4.0mol/L的硝酸鋯溶液2.4mL,濃度為2.0mol/L的醋酸銅溶液9.6mL,混合，攪拌均勻，加入質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液3.2mL，調(diào)節(jié)pH值至1.8，再經(jīng)過15分鐘攪拌均勻后，將獲得的藍(lán)色凝膠密封到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，把反應(yīng)釜放在120°C烘箱中，晶化110小時后，取出反應(yīng)釜，采用常規(guī)的離心分離方法進(jìn)行分離，得到的固體產(chǎn)品用蒸餾水洗滌至中性，室溫風(fēng)干后得到磷酸銅鋯產(chǎn)品。實施方式17:
在基礎(chǔ)油PA09中直接加入實施方式I中所制備的磷酸銅鋯材料作為潤滑添加劑，添加量是基礎(chǔ)油的1.0wt%，放置于KQ218型超聲波振蕩器中震蕩60分鐘，然后在H97-A恒溫磁力攪拌器中攪拌2小時左右，轉(zhuǎn)速設(shè)定在600±20rpm，溫度控制在60°C左右，使得磷酸銅鋯樣品在基礎(chǔ)油中充分混合分散，得到含lwt%磷酸銅鋯的潤滑油樣，利用四球摩擦磨損試驗機(jī)評價其潤滑性能，承載能力P名值提高，磨斑直徑(WSD)減小，摩擦系數(shù)μ值降低。
權(quán)利要求
1.一種磷酸銅鋯材料的制備方法，其特征在于是一種用水熱合成法直接制備磷酸銅鋯材料的方法，該方法就是按照Cu:Zr摩爾比0.8—3.0，將摩爾濃度為1.0mol/L—4.0mol/L氧氯化鋯和硝酸鋯溶液中的一種與摩爾濃度為1.0mol/L—4.0mol/L的氯化銅、醋酸銅和硝酸銅溶液中的一種混合，攪拌均勻后，用質(zhì)量百分比為85%磷酸溶液調(diào)節(jié)體系pH介于0.5—5之間，再經(jīng)過10 — 20分鐘攪拌，獲得藍(lán)色凝膠，將藍(lán)色凝膠密封于帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，在100°c—220°C烘箱中晶化12—200小時，反應(yīng)結(jié)束后，利用離心機(jī)將得到的產(chǎn)物用蒸餾水洗滌至中性，室溫干燥后，得到銅離子交換度達(dá)到97.6%以上的磷酸銅鋯材料。
2.上述一種磷酸銅鋯材料的制備方法所制備的磷酸銅鋯材料的應(yīng)用方法，其特征在于是一種將磷酸銅鋯材料作為潤滑添加劑直接應(yīng)用到潤滑領(lǐng)域的方法，具體步驟如下: (1)按照磷酸銅鋯材料添加量是基礎(chǔ)油的1.0#%或者是基礎(chǔ)脂的5.0wt%，將磷酸銅鋯樣品直接加入到潤滑基礎(chǔ)油或基礎(chǔ)脂中； (2)利用超聲波震蕩15—60分鐘，在60—85°C溫度下加熱攪拌的物理手段使得磷酸銅鋯樣品在基礎(chǔ)油中充分分散，得到含lwt%磷酸銅鋯的潤滑油樣；利用三輥研磨機(jī)滾動研磨3遍，使得磷酸銅鋯樣品在基礎(chǔ)脂中混合均勻，得到含5wt%磷酸銅鋯的潤滑脂樣品；分別對樣品在四球摩擦磨 損試驗機(jī)上進(jìn)行承載能力和抗磨減摩性能評價。
全文摘要
一種磷酸銅鋯材料的制備及應(yīng)用方法，屬于無機(jī)功能材料領(lǐng)域，其特征在于是一種用水熱合成法直接制備磷酸銅鋯材料并將所制備材料進(jìn)一步應(yīng)用到潤滑領(lǐng)域的方法。按照Cu:Zr摩爾比0.8—3.0，將摩爾濃度為1.0mol/L—4.0mol/L氧氯化鋯和硝酸鋯溶液中的一種與摩爾濃度為1.0mol/L—4.0mol/L的氯化銅、醋酸銅和硝酸銅溶液中的一種混合，攪拌均勻后，用質(zhì)量百分比為85%的磷酸溶液調(diào)節(jié)體系pH介于0.5—5之間，再經(jīng)過10—20分鐘攪拌獲得藍(lán)色凝膠，密封于聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在100℃—220℃烘箱中晶化12—200小時，利用離心機(jī)將產(chǎn)物用蒸餾水洗滌至中性，室溫干燥后，得到磷酸銅鋯材料。該材料通過超聲、加熱攪拌或三輥研磨方式直接加入到潤滑基礎(chǔ)油脂中用作潤滑添加劑，具有良好的承載和抗磨減摩能力。
文檔編號C10N30/06GK103072965SQ20131003021
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者董晉湘, 張效勝, 徐紅, 孫偉超 申請人:太原理工大學(xué)