磷酸锆

磷酸锆是一种新型多功能介孔材料，是层状固体酸材料之一。磷酸锆有α和γ两种结构类型，白色粉末，不溶于水和有机溶剂，能耐较强的酸和一定的碱。具有较大的比表面积和表面电荷，是一种较强的固体酸，具备良好的离子交换特性。磷酸锆具有层状化合物的共性，化学稳定性高，既具有像离子树脂一样的离子交换性能，又具有像沸石一样的择形吸附和催化性能，具有较高的热稳定性和耐酸碱性，因此各种应用也层出不穷。

磷酸锆是一种具有抗菌效果的原材料，除了本身具有抗菌作用被广泛应用于抗菌领域外，其作为离子载体起到抗菌作用的应用也逐渐被业内所研究。可以有效地抑制细菌的滋生，降低细菌污染的风险。相比于传统的塑料如ABS、PVC、PP、PU等塑料制品，添加了磷酸锆的塑料儿童玩具不仅更加耐用耐摔耐磨，而且更加卫生。磷酸锆（zirconium phosphate，ZrP），也称为磷酸氢锆，化学式为Zr(HPO₄)₂. 2H₂O，是一种精细磷化工产品。磷酸锆外观为白色粉末状，pH值呈酸性，化学性质稳定，不溶于水，不溶于一般有机溶剂，耐酸碱性好，具有较高的热稳定性和力学强度，作为固体润滑剂被广泛用于自润滑复合材料中。由于磷酸锆具有比表面积大、离子交换性好等特点，可作为吸附材料使用，可应用在环保、医学、新材料、催化剂等领域中。一种高效制备针状磷酸氢锆（Zr(HPO4)2）的简单方法，采用以下步骤：
1）把浓度为80 wt%的磷酸溶液、浓度为30 wt%的氨水和蒸馏水按体积比为4: 3 : 5的比例配制成溶液；然后把氯氧化锆、尿素加入到溶液中，其中氯氧化锆、磷酸和尿素的摩尔比是：1：2：6~8；
2）在溶液中加入线性辛基酚聚乙烯硝酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵，并控制线性辛基酚聚乙烯硝酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵的加入量分别是溶液质量的0.1 %、0.05%、0.1%；
3）把溶液加热到98 ℃，并用搅拌器连续搅拌3~6小时；搅拌结束后，把溶液自然冷却到室温，然后静止、陈化5小时，再进行过滤、分离，并用蒸馏水洗涤产物3次，然后在110 ℃下干燥3小时，即制备出结晶完整的针状磷酸氢锆。  在环保领域，磷酸锆可用于工业废水废气、生活污水、放射性核废料吸附处理方面；在医学领域，磷酸锆可用于血液透析材料、伤口敷料、生物纳米复合材料等制造方面；在新材料领域，磷酸锆可用于生产特种陶瓷、高分子复合材料、阻燃抗菌纤维等产品；在催化剂领域，磷酸锆可用于酸碱反应、有机反应等方面。磷酸锆是一种具有离子交换性能的无机载体，被广泛应用于离子交换体，特别是作为载银抗菌剂载体。国内磷酸锆抗菌剂市场中的银系磷酸锆主要的晶体结构主要分为层状磷酸锆和立方体磷酸锆两大类。其中，层状磷酸锆的晶格结构为α-ZrP构型。其交换位存在于层状间隙中。间隙中羟基为活性中心，可用于离子交换。立方体磷酸锆其结构为六面体形。主要通过六面体表面的微孔进行离子交换。溶胶-凝胶法：将ZrOCl2·8H2O溶于一定浓度的盐酸中，并缓慢滴加至盐酸和磷酸的混合液中，制得磷酸锆凝胶，再将溶胶分散于磷酸中，回流制得磷酸锆。此法的缺点是使用盐酸会产生有毒气体。
水热法：由ZrO2和一定浓度的H3PO4在高压釜中反应，控制P2O5：ZrO2的摩尔比为1:2，水热反应温度为175-200℃，水蒸气压大于1MPa，制得磷酸锆。其缺点是生产工艺不易控制。
直接沉淀法：用氢氟酸先与氧氯化锆反应形成锆的配合物([ZrF6]2-)，其在一定条件下会发生分解，然后锆离子与磷酸反应生成磷酸锆沉淀，通过控制配合物的分解速度，控制磷酸锆的沉淀过程。其缺点是使用氢氟酸为有毒物质，很易挥发。
新型生产工艺：以硫酸锆和磷酸为原料，在反应釜中发生反应，再经过冷却结晶析出磷酸锆。生产工艺包括原料预处理、中和反应、冷却结晶、离心分离、烘干、计量包装和母液处理七个工序。母液加入碳酸钠反应后，浓缩得硫酸钠副产品。该工艺在常压低温下生产，没有安全隐患；且工艺简单，原辅料不涉及有毒有害物质。解决了磷酸锆不能规模化产业化生产的难题。