CN101239308A - 凹凸棒负载纳米氧化铈的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及非金属矿产资源精加工和无机化工技术领域，其特征在于将天然凹凸棒石粘土用盐酸预处理后，制成固含量约为10％的浆料，再取一定量的凹凸棒浆料和铈盐混合溶于去离子水中，将溶液用电动搅拌器搅拌均匀，其中Ce3+相对于溶液的浓度范围为0.001mol/l～0.5mol/l，凹凸棒的浓度范围为2～50g/l；再加入一定量的HMT，并搅拌均匀，HMT与铈盐的摩尔比为2∶1～20∶1之间；混合溶液在电动搅拌器搅拌下放入70～100℃的水浴中反应1～5h，取出冷却静置至室温，过滤、洗涤后，进行干燥，再在200～700℃煅烧1～5h，得到负载了纳米氧化铈的凹凸棒粉体。本发明制备的凹凸棒粉体负载均匀、分散性好，无需复杂的设备，所需化学原料种类少，价格便宜，实验可重复性好。

Description

凹凸棒负载纳米氧化铈的制备方法
技术领域；
本发明涉及非金属矿产资源精加工和无机化工技术领域，更具体地是以凹凸棒负载纳米氧化铈的制备方法。
背景技术
由于表面效应的影响，纳米粒子的比表面积大、表面活性中心多、选择性好，可以显著增进催化效率。国际上已经把纳米粒子作为第四代催化剂，在本世纪可能成为催化反应的主要角色。铈是一种镧系元素，具有很好的氧化还原性能。氧化铈是稀土氧化物系列中活性最高的一个氧化物催化剂，具有较为独特的晶体结构、较高的储氧能力(OSC)和释放氧的能力、较强的氧化-还原性能(Ce3+/Ce4+)，因而受到了人们极大关注，一些研究成果已经应用于工业催化领域。而纳米氧化铈吸附在具有活性的载体材料上则可以大大的提高其氧化还原性能，目前常用的载体材料包括合成分子筛、活性炭、各种合成纳米孔材料以及有机纳米钛交联蒙脱石复合材料，而这些材料的合成过程复杂，生产成本高，所以材料学家一直在寻找一种方便廉价的替代物。
凹凸棒石是一种含水镁铝硅酸盐黏土矿物，具有独特的层链状晶体结构，呈现直径约30～40nm，长度可达数微米的棒状晶体形态，属于典型的天然纳米矿物，其表现出纳米效应、吸附活性和化学活性，因此凹凸棒石是一种值得重视的载体材料。而目前关于凹凸棒负载纳米氧化铈的研究还未见报道。
发明内容
本发明以天然凹凸棒石粘土、铈盐和六次甲基四胺(HMT)为原料，采用均匀沉淀法工艺进行合成，通过优化凹凸棒石粘土与铈盐的用量比，HMT和铈盐的摩尔比，反应、煅烧条件等工艺参数来控制凹凸棒石粘土负载纳米氧化铈的形貌及颗粒分布状态，从而得到了在凹凸棒上均匀负载、分散性好及粒度为纳米级的氧化铈颗粒的产品。
本发明具体工艺过程是：将天然凹凸棒石粘土用盐酸预处理后，制成固含量约为10％的浆料，再取一定量的凹凸棒浆料和铈盐混合溶于去离子水中，将溶液用电动搅拌器搅拌均匀，其中Ce3+相对于溶液的浓度范围为0.001mol/l～0.5mol/l，凹凸棒的浓度范围为2～50g/l。再加入一定量的HMT，并搅拌均匀，HMT与铈盐的摩尔比为2∶1～20∶1之间。混合溶液在电动搅拌器搅拌下放入70～100℃的水浴中反应1～5h，取出冷却静置至室温，过滤、洗涤后，进行干燥，再在200～700℃煅烧1～5h，得到负载了纳米氧化铈的凹凸棒粉体。
铈盐为硝酸铈、硫酸铈、氯化铈中的任一种。
所述Ce3+相对于溶液的浓度范围在0.03mol/l～0.15mol/l之间，凹凸棒的浓度范围为5～20g/l之间，HMT与铈盐的摩尔比在3∶1～8∶1之间，煅烧温度在200～400℃煅烧效果较好。
本发明采用了较为简单的化学工艺制备出了负载均匀、分散性好的负载纳米级氧化铈颗粒的凹凸棒粉体，无需复杂的设备，所需化学原料种类少，价格便宜，实验可重复性好，有较大的工业推广价值。同时由于凹凸棒表面具有的能吸附小分子的大量微孔和表面均匀负载的纳米级氧化铈颗粒的存在，使得其比单纯的纳米氧化铈可能具有更高的催化氧化活性，使得其在处理汽车尾气及工业有机废水治理等方面具有广泛的潜在应用价值。
附图说明
图1为天然凹凸棒石和负载CeO2凹凸棒样品的XRD谱图
图2为200nm标尺范围的透射电镜图
图3为50nm标尺范围的透射电镜图
具体实施方式
本发明下面结合实施例作进一步详述：
实施例1：将天然凹凸棒石粘土用盐酸预处理后，制成固含量约为10％的浆料，取该浆料10g，加入到90ml去离子水中，使得凹凸棒的浓度在10g/l，再加入Ce(NO3)3 0.005mol，使得Ce3+相对于溶液的浓度在0.05mol/l，将溶液用电动搅拌器搅拌均匀，再加入相对Ce3+5倍摩尔量的约0.025mol的HMT搅拌均匀，混合溶液在电动搅拌器搅拌下放入75℃的水浴中反应2h，取出冷却静置至室温，过滤，用去离子水洗涤3次后，再用无水乙醇洗涤3次，在80℃下进行干燥，再在200℃煅烧2h，冷却后对样品进行充分的研磨，从而得到了负载了纳米氧化铈的凹凸棒粉体。对所得的样品进行X射线粉末衍射实验并在透射电镜下进行观察结构。
按实施例1的工艺参数制得的负载了纳米氧化铈的凹凸棒粉体与天然凹凸棒XRD比较图谱如图1所示。在制备的负载了纳米氧化铈的凹凸棒中出现了明显的氧化铈的特征衍射峰，说明反应后形成了氧化铈。同时凹凸棒石的特征衍射峰相对的减弱，可能是由于氧化铈颗粒将凹凸棒包裹而形成的。
负载了纳米氧化铈的凹凸棒粉体的透射电镜图如图2、3所示，其中图2为200nm标尺范围内的透射电镜图，图3为50nm标尺范围内的透射电镜图。从中可以看出，氧化铈纳米颗粒均匀的负载在凹凸棒石表面，氧化铈颗粒直径约5～10nm。
实施例2：改变Ce(NO3)3的加入量为0.01mol，HMT的加入量为0.02mol，凹凸棒的浓度控制在2g/l，在70℃的水浴中反应3h，再在300℃煅烧5h，后续检测如实施例1。
实施例3：改变Ce(NO3)3的加入量为0.05mol，HMT的加入量为1.0mol，凹凸棒的浓度控制在50g/l，在100℃的水浴中反应1h，再在700℃煅烧5h，后续检测如实施例1。
实施例4：改变铈盐为硫酸铈，硫酸铈的加入量为0.005mol，改变HMT的加入量为0.05mol，凹凸棒的浓度控制在10g/l，在90℃的水浴中反应1h，再在200℃煅烧1h，后续检测如实施例1。
实施例5：改变铈盐为氯化铈，氯化铈的加入量为0.003mol，改变HMT的加入量为0.010mol，凹凸棒的浓度控制在5g/l，在80℃的水浴中反应3h，再在300℃煅烧2h，后续检测如实施例1。

Claims (3)

1.凹凸棒负载纳米氧化铈的制备方法，其特征在于将天然凹凸棒石粘土用盐酸预处理后，制成固含量约为10％的浆料，再取一定量的凹凸棒浆料和铈盐混合溶于去离子水中，将溶液用电动搅拌器搅拌均匀，其中Ce3+相对于溶液的浓度范围为0.001mol/l～0.5mol/l，凹凸棒的浓度范围为2～50g/l；再加入一定量的HMT，并搅拌均匀，HMT与铈盐的摩尔比为2∶1～20∶1之间；混合溶液在电动搅拌器搅拌下放入70～100℃的水浴中反应1～5h，取出冷却静置至室温，过滤、洗涤后，进行干燥，再在200～700℃煅烧1～5h，得到负载了纳米氧化铈的凹凸棒粉体。
2.根据权利要求1所述的凹凸棒负载纳米氧化铈的制备方法，其特征在于铈盐为硝酸铈、硫酸铈、氯化铈中的任一种。
3.根据权利要求1所述的凹凸棒负载纳米氧化铈的制备方法，其特征在于所述Ce3+相对于溶液的浓度范围在0.03mol/l～0.15mol/l之间，凹凸棒的浓度范围为5～20g/l之间，HMT与铈盐的摩尔比在3∶1～8∶1之间，煅烧温度在200～400℃。
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