我们可以探索氯氧化锆的特性、应用和生产方法,从而拓展对这一化合物的了解。
简述:氯氧化锆,简称氯锆(ZrOCl2 ·8H2O),是萃取分离制取原子能级海绵锆、海绵铪和二氧化锆、碳酸锆的中间原料,也可作为成品销售,用于橡胶、造纸、鞣革等行业。氯氧化锆 (ZrOCl2) 作为一种具有日益增长的工业重要性的多功能无机化合物,有哪些潜在应用?它又是如何生产的?
1. 性质
氯氧化锆,熔点:400℃,折射率:1.552,密度:1.91,是白色针状结晶,可溶于水、甲醇、乙醇等,微溶于盐酸,不溶于其他有机溶剂。
2. 生产工艺:
目前成熟的氯锆生产工艺有 3 种:① 碱熔法;② 沸腾氯化法;③ 碳化氯化法。碱熔法主要用于生产商品级氯锆。沸腾氯化和碳化氯化法主要是与海绵锆生产配套,为锆、铪分离制备中间原料 ZrCl4,再将含 HfCl4 的 ZrCl4 直接进行分离。法国塞佐司即采用此法。还可以将 ZrCl 4 转化成氯锆,用萃取法分离锆、铪。中国、美国即采用此方法。这 3 种方法都是以锆砂(ZrSiO4)为原料。
3. 具体制备:
包括以下步骤:(1)碱熔分解、水洗除杂、酸洗除杂得到锆水合物固体;(2)将步骤(1)得到的锆水合物固体加热干燥;(3)将步骤(2)得到的干燥锆水合物进行酸浸除杂,得到氯氧化锆溶液;(4)使用浓盐酸调节步骤(3)得到的氯氧化锆溶液的酸度,冷却结晶、洗涤、离干脱水得到氯氧化锆。具体实施如下:
(1)称取锆英砂(锆英砂含锆铪总量≥65.50%;粒度要求:全过150目标准筛)800.0g,加入99%氢氧化钠1200.0g后,在650℃高温炉里反应,加热反应时间:30分钟,取出反应器冷却至室温。用6500ml,80℃的热水对产物进行逆流洗涤3次,滤液中碱浓度≤0.30mol/L,用隔膜是压滤机经行固液分离。取出滤饼加入80℃的热水6500ml打浆,加入2.0mol/L盐酸溶液调节料液PH:2.0,抽滤分离酸洗液,重复操作3次,得到酸洗后的滤饼。
(2)取200g(1)得到的酸洗后的滤饼置于150℃的鼓风干燥箱中干燥4.0小时,得到干燥后滤饼114g。测定干燥后的滤饼锆含量为60.05%。加入400mL,7.0mol/L盐酸溶液,加热温度80℃,搅拌溶解,酸浸30分钟,然后加入絮凝剂--明胶,搅拌均匀放置保温40分钟,趁热抽滤得到氯氧化锆溶液。缓慢滴加30%浓盐酸溶液调节氯氧化锆溶液酸度,当溶液酸度达到5.5mol/L,停止加酸,待溶液温度降至室温后,抽滤分离结晶体氯氧化锆,结晶体氯氧化锆加入6.0mol/L盐酸溶液泡洗30分钟,抽滤分离泡洗液。重复泡洗3次,得到氯氧化锆结晶125g。
4. 用途
氯氧化锆是制造其它锆产品的主要原料,广泛用作纺织、皮革、橡胶、耐火材料和陶瓷的添加剂、催化剂与防水剂,以及金属表面处理剂。
5. 潜在应用举例
(1)制备高保暖改性羽绒
李慧皓等人通过三聚磷酸钠的蛋白磷酸化,以氯氧化锆,羽绒纤维为原料,制备一种高保暖改性羽绒。研究发现,经氯氧化锆成功修饰的改性羽绒其保暖性能有显著提升,改性羽绒较羽绒纤维克罗值提高了35.38%,热阻提高了35.43%,保暖率达到80.95%,其热性能也有较大提高,残余质量高达30.06%。足以证明氯氧化锆的加入可有效改善传统羽绒的保暖性能,使其向更加保暖、经济和多功能化等方向发展。
(2)用作蜂胶黄酮的缓释载体
赵传怡等人利用植物提取液为软模板合成铝锆复合氧化物,通过单一因素试验评价该材料的制备条件对蜂胶黄酮负载率的影响,并利用体外试验分析了蜂胶黄酮的缓释效果。结果:以冬青提取液作为溶剂、三氯化铝和氯氧化锆的摩尔比为8∶1,添加0.08 g纳米海泡石和400 mg/L环糊精时制备的铝锆复合氧化物对蜂胶黄酮的最大负载率为83.41%。蜂胶黄酮—铝锆复合氧化物在模拟胃液和肠液中最大释放时间为480 min。该铝锆复合氧化物适宜作为蜂胶黄酮的缓释载体。
(3)制备有机硼锆交联剂
胡世平等人为获得耐高温、抗剪切性和延缓交联效果良好的交联剂,在80℃下,以柠檬酸、丙三醇、甲醛、三乙醇胺为配位体,氯氧化锆与硼砂为主要成分,合成了红棕色黏稠状的有机硼锆交联剂。制备交联剂时,氯氧化锆与硼砂的最佳质量比为0.91.5;调节剂、交联剂与压裂液基液的最佳体积比为0.4∶0.5∶100,此条件下的交联挑挂时间为64 s;在瓜尔胶压裂液基液中加入0.001%0.003%过硫酸铵,破胶时间为612 h,破胶液黏度与表面张力均符合行业标准要求;冻胶在140℃、170 s-1下经连续剪切90 min的黏度约100 m Pa·s。该交联剂耐温抗剪切性和延缓交联效果较好,可满足大部分油气井压裂施工需要。
5. 结论:
氯氧化锆(ZrOCl2)是一种重要的无机化合物。氯氧化锆可用作制备其他锆化合物的重要原料,如氧化锆、硝酸锆等。在化工领域,氯氧化锆被广泛应用于催化剂、防腐剂等领域。在材料科学中,氯氧化锆可用于制备高性能陶瓷材料等等。氯氧化锆作为锆化合物的重要中间体,在材料、化工等行业具有广泛的应用前景。随着技术的发展和应用领域的拓展,氯氧化锆在未来可能会在新材料、能源催化等领域展现更大的潜力。
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