CN101530794A

CN101530794A - 一种铈锆固溶体的制备方法

Info

Publication number: CN101530794A
Application number: CN200910049545A
Authority: CN
Inventors: 毛东森; 杨志强; 卢冠忠; 朱慧琳
Original assignee: Shanghai Institute of Technology
Current assignee: Shanghai Institute of Technology
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2009-09-16

Abstract

本发明公开了一种铈锆固溶体的制备方法，即将铈盐和锆盐按一定比例溶解于去离子水中形成铈锆混合溶液；将0.1～2M的碱溶液倒入三口烧瓶中，然后向三口烧瓶中滴加上述的铈锆混合溶液，滴加终点时的pH值为8～11；将所得到的沉淀混合液放入微波炉内微波照射3～60min，功率为100～1200W；再将所得到的沉淀混合液经抽滤、洗涤后干燥，再置于马弗炉中在400～900℃下焙烧，即得本发明的铈锆固溶体。本发明的铈锆固溶体制备方法，制备过程简单、快速，而且所制备的铈锆固溶体具有非常高的比表面积，可达170～185m²/g。在汽车尾气净化催化剂、催化燃烧催化剂以及其它的催化剂中，有着极为广泛的用途。

Description

一种铈锆固溶体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种铈锆固溶体的制备方法。

背景技术

二氧化铈(CeO₂)具有优异的储放氧性能，在汽车尾气净化催化剂中得到了广泛的应用。但CeO₂的储放氧能力通常仅局限在其表面，在高温下因容易烧结使其比表面积显著降低从而导致其储放氧能力的急剧下降，最终影响了三效催化剂的使用性能和使用寿命。在CeO₂中加入ZO₂所形成的铈锆固溶体具有比单纯的CeO₂更强的储放氧能力和更高的热稳定性，从而更适合在三效催化剂中使用。随着汽车保有量的不断增大，环境污染日益严重，汽车尾气净化用三效催化剂的性能有待进一步的提高。因此，高比表面积铈锆固溶体的制备已引起人们极大的关注。

目前，制备铈锆固溶体的方法主要有共沉淀法，高能球磨法，溶胶-凝胶法和微乳液法等。其中，共沉淀法具有工艺简单，产品均一性好和易于实现工业化等的优点，是制备铈锆固溶体最常用的一种方法。

中国专利CN 1369460A采用共沉淀法制备铈锆固溶体。它的具体制法为将含有铈和锆的硝酸盐水溶液和沉淀剂碳酸氢铵或碳酸铵的水溶液混合，反应进行5～30min后，加入氨水调节混合溶液的pH值至3～6，然后将所制得到的沉淀物干燥后在500℃下焙烧制得比表面积为40～45m²/g的铈锆固溶体。

中国专利CN 1785505A以尿素为沉淀剂采用共沉淀法制备铈锆固溶体。它的具体制法是将含铈锆硝酸盐或氯化物的混合溶液与尿素溶液在室温下反应10～60min，然后在100℃下保持回流状态20～50h，冷却至室温后，静置陈化2～12h，再将所制得到的沉淀物经过滤，洗涤和干燥后在500℃下焙烧制得比表面积为104～120m²/g的铈锆固溶体。

中国专利CN 1493519A采用共沉淀-高压水热联合法制备铈锆固溶体。它通过将共沉淀所得到的前驱体进行高压水热处理，来制备高比表面及高热稳定性的铈锆固溶体。水热处理的温度为100～220℃，压力为5～30大气压，时间为120～360min。由该方法制得的经500℃焙烧的铈锆固溶体，其比表面积为99.6～132.1m²/g。

由此可见，上述几种用于铈锆固溶体的制备方法，都存在明显的缺点，例如制备过程耗时较长，设备要求较高和/或所制备的铈锆固溶体的比表面剂较小等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中铈锆固溶体的制备过程繁琐、耗时较长，以及所制备的铈锆固溶体的比表面积不高等缺点，提供一种制备过程简单、耗时短的铈锆固溶体的制备方法，且该方法所制备的铈锆固溶体具有较高的比表面积。

本发明技术方案

本发明采用将共沉淀法所得到的前驱体进行微波辅助加热回流老化处理来制备铈锆固溶体，包括下列步骤：

(1)、将铈盐和锆盐溶解于去离子水中，铈：锆：去离子水按0.3～0.95mol：0.05～0.7mol：1L配比，经100～1000r/min搅拌5～30min后得铈锆混合溶液；

将一定量的碱用去离子水配成0.1～2M的稀溶液，倒入三口烧瓶中，然后在100～1000r/min下搅拌，一边搅拌一边向三口烧瓶中滴加上述的铈锆混合溶液，滴加终点时的pH值为8～11，即得到沉淀混合液A；

其中所述的铈盐可为硝酸铈、醋酸铈、氯化铈或氧氯化铈，铈的含量以摩尔百分数计为30～95％；

其中所述的锆盐选自硝酸锆、硝酸氧锆、醋酸锆、氯化锆或氧氯化锆，锆的含量以摩尔百分数计为5～70％；

所述的碱选自氨水、碳酸氢铵或碳酸铵，碱金属的氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐；

(2)、将步骤(1)所得到的沉淀混合液A放入微波炉内，在转速为100～1000r/min下电动搅拌并经微波照射3～60min，微波功率为100～1200W，得到经微波照射的沉淀混合液B；

(3)、将步骤(2)所得到的沉淀混合液B经抽滤或离心分离后、用去离子水或乙醇洗涤三次，在60～120℃下干燥1～16h，置于马弗炉中在400～900℃下焙烧1～8h，即得本发明的铈锆固溶体。

在上述铈锆固溶体的制备方法中，优选的方案中：制备步骤(1)中铈的含量以摩尔百分数计为50～90％，锆的含量以摩尔百分数计为10～50％；制备步骤(2)中微波照射的时间为5～30min，微波的功率为200～1000W。

发明的有益效果

本发明方法制备铈锆固溶体其核心原理是采用微波加热处理，微波辐射产生的能量通过水以电磁波的形式传递，可实现分子水平上的搅拌，从而达到均匀加热的目的。同时由于水具有强烈吸收微波的介电特性，随微波频率激烈碰撞摩擦，产生大量的热，从而使溶剂急剧挥发，并产生蒸气压，由原料内部向外部爆炸般压出。这种急剧作用使前驱体空间在扩大的同时产生急剧干燥，形成无数裂缝与微隙，进而产生出比较大的比表面积。

该制备过程的操作简便、耗时少，所制备的铈锆固溶体具有比表面积高，可达170～185m²/g的优点。克服了现有技术制备铈锆固溶体过程繁琐、耗时长和所制备的铈锆固溶体的比表面积不高等缺点。

由于本发明所制备的铈锆固溶体具有较高的比表面积，在汽车尾气净化催化剂、催化燃烧催化剂以及其它的催化剂中，有着极为广泛的用途。

具体实施方式

下面通过制备实施例对本发明进一步详细描述，但并不限制本发明。

实施例1

将5.21g的Ce(NO₃)₃·6H₂O和3.43g的Zr(NO₃)₄·5H₂O溶解于100mL去离子水中，搅拌使其充分溶解。量取17mL氨水用去离子水配成200mL溶液，倒入500mL三口烧瓶中，然后在剧烈搅拌下向三口烧瓶中缓慢地滴加铈锆硝酸盐的混合溶液，滴加终点时的pH值为10左右。滴加完毕，将沉淀母液放入微波炉内，在电动搅拌下经微波照射10min，微波功率为900W。将上述所得到的沉淀物经过滤和洗涤后在80℃下干燥12h，置于马弗炉中在500℃下焙烧2h，制得所述的铈锆固溶体A。采用氮吸附法测得其比表面积为181m²/g。

比较实施例1

同实施例1制得铈锆固溶体B，只是在共沉淀后将沉淀母液放在室温下陈化24h。采用氮吸附法测得其比表面积为92m²/g。

比较实施例2

同实施例1制得铈锆固溶体C，只是在共沉淀后将三口烧瓶放入电热包内进行加热，在电动搅拌下回流1h。采用氮吸附法测得其比表面积为133m²/g。

实施例2

同实施例1制得铈锆固溶体D，只是微波的功率为300W，微波照射的时间为20min。采用氮吸附法测得其比表面积为175m²/g。

实施例3

同实施例1制得铈锆固溶体E，只是微波的功率为500W，微波照射的时间为15min。采用氮吸附法测得其比表面积为178m²/g。

实施例4

同实施例1制得铈锆固溶体F，只是硝酸铈或硝酸锆的量分别为6.08g和2.57g。采用氮吸附法测得其比表面积为172m²/g。

实施例5

同实施例1制得铈锆固溶体G，只是硝酸铈或硝酸锆的量分别为6.95g和1.71g。采用氮吸附法测得其比表面积为179m²/g。

通过以上实施例及比较实施例可以说明，采用本发明方法制得的铈锆固溶体，具有非常高的比表面积，可达170～185m²/g。

上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1、一种铈锆固溶体的制备方法，包括下列步骤：

2、根据权利要求1所述铈锆固溶体的制备方法，其特征在于：步骤(1)中铈的含量以摩尔百分数计为50～90％，锆的含量以摩尔百分数计为10～50％。

3、根据权利要求1所述铈锆固溶体的制备方法，其特征在于：步骤(2)中微波照射的时间为5～30min，微波的功率为200～1000W。

4、根据权利要求1所述铈锆固溶体的制备方法，其特征在于所获得的铈锆固溶体的比表面积为170～185m²/g。