CN100404425C - 一种用燃烧法制备纳米二氧化铈的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用燃烧法制备纳米二氧化铈的方法，属超细二氧化铈粉体制备的技术领域。背景技术常用沉淀法制备纳米二氧化铈，该法含高温煅烧过程，有对设备要求高和耗能大的缺点，此外，浓度、反应温度、溶液pH值、煅烧时间和温度等因素会影响产品的质量，制备过程较难控制。本发明的方法以硝酸铈和苹果酸分别为铈源和络合剂，配制苹果酸的水溶液，加入硝酸铈，搅拌溶解，氨水调节pH值，经室温搅拌、蒸发溶剂、干燥和加热自蔓延燃烧，得纳米二氧化铈。该方法的优点是原料价格低廉，制备成本低，操作过程简单，设备要求低，不需要高温处理，通过控制反应条件，可制备平均粒径在6～25nm之间和形貌不同的纳米二氧化铈，产率达85%～92%。
Description
技术领域
本发明涉及一种用燃烧法制备纳米二氧化铈的方法，属超细二氧化铈粉体制备的技术领域。
背景技术
纳米二氧化铈是一种具有立方萤石结构的新型多功能材料，有着广泛的应用。在催化方面，由于氧化铈中Ce(III)和Ce(IV)之间的氧化还原电势低以及二氧化铈中氧空位具有高的扩散能力，所以常用做汽车尾气处理的催化剂。在工业催化过程中还可用做催化剂的载体或助催化剂。此外，纳米二氧化铈可用于半导体化学机械抛光、固体燃料电池、气体传感器，以及研究锕系元素氧化热物理性质的替代材料等。由于纳米二氧化铈对可见光(400～700nm)具有高的透过性和对紫外光(200～400nm)具有强的吸收性，因此适于作紫外屏蔽剂和防晒护肤品等。相对TiO2、ZnO等紫外屏蔽剂而言，纳米二氧化铈的光催化活性低，对皮肤的损害小，具有较低的折射率，更适于作为防晒品。
纳米二氧化铈常见的制备方法有：沉淀法、微乳液法、溶剂热法、溶胶凝胶法等，沉淀法对产品的影响因素较多，如：浓度、反应温度、溶液pH值、煅烧时间和温度等，导致制备过程较难控制，而且高温煅烧过程中对设备要求高，耗能大：微乳液法在生产工艺上还不十分成熟，尚不能大规模的应用于工业化生产，此外，该方法原料成本高，制备过程中往往用到有机溶剂或有机原料对环境造成污染，并且所得前驱体需要高温处理。由于上述这些方法不同程度地存在生产成本高、生产工艺复杂、反应条件苛刻、产品价格高以及对环境污染等缺点，使其在工业化生产中的应用受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种用燃烧法制备纳米二氧化铈的方法，用该法制得的纳米二氧化铈，粒径小，尺寸分布窄，比表面积大；此外，该法采用燃烧法，不需要高温处理，可通过控制反应条件，调节纳米二氧化铈的粒径大小。
为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：以六水硝酸铈和苹果酸分别为铈源和络合剂，配制苹果酸的水溶液，加入六水硝酸铈，搅拌溶解，以氨水调节pH值，在室温下搅拌形成苹果酸的络合物，经蒸发溶剂、干燥和加热自蔓延燃烧，得纳米二氧化铈。
现结合附图详细说明本发明的技术方案。一种用燃烧法制备纳米二氧化铈的方法，其特征在于，以六水硝酸铈和苹果酸分别为铈源和络合剂，取苹果酸加入水中，搅拌溶解，再加入六水硝酸铈，搅拌溶解，得苹果酸-硝酸铈溶液，形成苹果酸和铈的配合物，硝酸铈的浓度为0.1～0.4mol·L-1，苹果酸与六水硝酸铈的摩尔比为(0.5～2)∶1，向所述溶液滴加氨水，调节溶液的pH值在1～10之间，根据pH值的不同得溶液或沉淀，室温下搅拌1～3h，50～80℃蒸发溶剂，得到湿凝胶或湿沉淀，然后50～80℃真空干燥得到疏松多孔的干凝胶或块状固体，将疏松多孔的干凝胶或块状固体加热到发生自蔓延燃烧，得到粉末状产物纳米二氧化铈。
本发明与现有制备工艺相比具有以下优点：
1、本发明采用原料价格低廉，制备成本低，操作过程简单，设备要求低，产率高，特别是不需要高温处理，经济合理，容易实现工业化生产。
2、本发明不需要高温处理，通过疏松多孔的干凝胶或块状固体的自蔓延燃烧即可得到纳米二氧化铈，由于反应时间短、温度低，有利于粒子的细化，降低了粒子间的团聚程度。
3、通过控制原料配比、溶液pH值，可制备粒径和形貌不同的纳米二氧化铈，平均粒径在6～25nm之间，控制过程易于操作，产率为85％～92％。
附图说明
图1本发明的方法的工艺流程示意图。
图2苹果酸-硝酸铈溶液的pH值为2和苹果酸与六水硝酸铈的摩尔比为1∶1时，产物纳米二氧化铈的透射电镜图片(TEM)和选区电子衍射图片(SAED)。
图3苹果酸-硝酸铈溶液的pH值为2和苹果酸与六水硝酸铈的摩尔比为1∶1时，产物纳米二氧化铈的X射线衍射图(XRD)。
具体实施方式
实施例1：
以六水硝酸铈和苹果酸分别为铈源和络合剂，取0.3352g苹果酸溶于50mL蒸馏水中，搅拌溶解，再加入2.1712g六水硝酸铈，搅拌溶解，得苹果酸-硝酸铈溶液，形成苹果酸和铈的配合物，硝酸铈的浓度为0.1mol·L-1，苹果酸与六水硝酸铈的摩尔比为0.5∶1，向所述溶液滴加氨水，调节溶液的pH＝1，得无色溶液，室温下搅拌1h，50℃蒸发溶剂，得到无色透明的湿凝胶，50℃真空干燥，得疏松多孔的干凝胶，将疏松多孔的干凝胶加热到发生自蔓延燃烧，得0.7916g粉末状产物纳米二氧化铈。
实施例2：
以六水硝酸铈和苹果酸分别为铈源和络合剂，取0.6705g苹果酸溶于25mL蒸馏水中，搅拌溶解，再加入2.1712g六水硝酸铈，搅拌溶解，得苹果酸-硝酸铈溶液，形成苹果酸和铈的配合物，硝酸铈的浓度为0.2mol·L-1，苹果酸与六水硝酸铈的摩尔比为1∶1，向上述溶液滴加氨水，调节溶液的pH＝2，得无色溶液，室温下搅拌2h，60℃蒸发溶剂，得到无色透明的湿凝胶，60℃真空干燥，得疏松多孔的干凝胶，将疏松多孔的干凝胶加热到发生自蔓延燃烧，得0.7903g粉末状产物纳米二氧化铈。
实施例3：
以六水硝酸铈和苹果酸分别为铈源和络合剂，取1.3409g苹果酸溶于12.5mL蒸馏水中，搅拌溶解，再加入2.1712g六水硝酸铈，搅拌溶解，得苹果酸-硝酸铈溶液，形成苹果酸和铈的配合物，硝酸铈的浓度为0.4mol·L-1，苹果酸与六水硝酸铈的摩尔比为2∶1，向所述溶液滴加氨水，调节溶液的pH＝6，产生白色沉淀，室温下搅拌3h，70℃蒸发溶剂，待溶剂大部分蒸发后得到湿沉淀，70℃真空干燥，得块状固体，将块状固体加热到发生自蔓延燃烧，得0.7790g粉末状产物纳米二氧化铈。
实施例4：
以六水硝酸铈和苹果酸分别为铈源和络合剂，取0.6705g苹果酸溶于25mL蒸馏水中，搅拌溶解，再加入2.1712g六水硝酸铈，搅拌溶解，得苹果酸-硝酸铈溶液，形成苹果酸和铈的配合物，硝酸铈的浓度为0.2mol·L-1，苹果酸与六水硝酸铈的摩尔比为1∶1，向上述溶液滴加氨水，调节溶液的pH＝10，产生棕褐色沉淀，室温下搅拌3h，80℃蒸发溶剂，待溶剂大部分蒸发后得到湿沉淀，80℃真空干燥，得块状固体，将块状固体加热到发生自蔓延燃烧，得0.7667g粉末状产物纳米二氧化铈。
Claims (5)
1.一种用燃烧法制备纳米二氧化铈的方法，其特征在于，以六水硝酸铈和苹果酸分别为铈源和络合剂，取苹果酸加入水中，搅拌溶解，再加入六水硝酸铈，搅拌溶解，得苹果酸-硝酸铈溶液，硝酸铈的浓度为0.1～0.4mol·L-1，苹果酸与六水硝酸铈的摩尔比为(0.5～2)∶1，向所述溶液滴加氨水，调节溶液的pH值在1～10之间，根据pH值的不同得溶液或沉淀，室温下搅拌1～3h，50～80℃蒸发溶剂，得到湿凝胶或湿沉淀，然后50～80℃真空干燥得到疏松多孔的干凝胶或块状固体，将疏松多孔的干凝胶或块状固体加热到发生自蔓延燃烧，得到粉末状产物纳米二氧化铈。
2.根据权利要求1所述的用燃烧法制备纳米二氧化铈的方法，其特征在于，取0.3352g苹果酸溶于50mL蒸馏水中，搅拌溶解，再加入2.1712g六水硝酸铈，搅拌溶解，得苹果酸-硝酸铈溶液，形成苹果酸和铈的配合物，硝酸铈的浓度为0.1mol·L-1，苹果酸与六水硝酸铈的摩尔比为0.5∶1，向所述溶液滴加氨水，调节溶液的pH＝1，得无色溶液，室温下搅拌1h，50℃蒸发溶剂，得到无色透明的湿凝胶，50℃真空干燥，得疏松多孔的干凝胶，将疏松多孔的干凝胶加热到发生自蔓延燃烧，得0.79168粉末状产物纳米二氧化铈。
3.根据权利要求1所述的用燃烧法制备纳米二氧化铈的方法，其特征在于，取0.6705g苹果酸溶于25mL蒸馏水中，搅拌溶解，再加入2.1712g六水硝酸铈，搅拌溶解，得苹果酸-硝酸铈溶液，形成苹果酸和铈的配合物，硝酸铈的浓度为0.2mol·L-1，苹果酸与六水硝酸铈的摩尔比为1∶1，向上述溶液滴加氨水，调节溶液的pH＝2，得无色溶液，室温下搅拌2h，60℃蒸发溶剂，得到无色透明的湿凝胶，60℃真空干燥，得疏松多孔的干凝胶，将疏松多孔的干凝胶加热到发生自蔓延燃烧，得0.7903g粉末状产物纳米二氧化铈。
4.根据权利要求1所述的用燃烧法制备纳米二氧化铈的方法，其特征在于，取1.3409g苹果酸溶于12.5mL蒸馏水中，搅拌溶解，再加入2.1712g六水硝酸铈，搅拌溶解，得苹果酸-硝酸铈溶液，形成苹果酸和铈的配合物，硝酸铈的浓度为0.4mol·L-1，苹果酸与六水硝酸铈的摩尔比为2∶1，向所述溶液滴加氨水，调节溶液的pH＝6，产生白色沉淀，室温下搅拌3h，70℃蒸发溶剂，待溶剂大部分蒸发后得到湿沉淀，70℃真空干燥，得块状固体，将块状固体加热到发生自蔓延燃烧，得0.7790g粉末状产物纳米二氧化铈。
5.根据权利要求1所述的用燃烧法制备纳米二氧化铈的方法，其特征在于，取0.6705g苹果酸溶于25mL蒸馏水中，搅拌溶解，再加入2.1712g六水硝酸铈，搅拌溶解，得苹果酸-硝酸铈溶液，形成苹果酸和铈的配合物，硝酸铈的浓度为0.2mol·L-1，苹果酸与六水硝酸铈的摩尔比为1∶1，向上述溶液滴加氨水，调节溶液的pH＝10，产生棕褐色沉淀，室温下搅拌3h，80℃蒸发溶剂，待溶剂大部分蒸发后得到湿沉淀，80℃真空干燥，得块状固体，将块状固体加热到发生自蔓延燃烧，得0.7667g粉末状产物纳米二氧化铈。
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