CN101822976A - 一种用燃烧法合成纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的方法 - Google Patents

一种用燃烧法合成纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用燃烧法合成纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的方法，原料为La(NO3)3·6H2O(A.R)、一水合柠檬酸；以六水合硝酸镧和一水合柠檬酸分别为镧源和络合剂，加入水中，搅拌溶解，得柠檬酸-硝酸镧溶液，形成柠檬酸和镧的配合物，柠檬酸与硝酸镧的摩尔比为1～1.5∶1左右，向所述溶液滴加氨水，调节溶液的pH值在2～6之间，室温下得到溶胶，将其放入马弗炉加热到发生自蔓延燃烧并在600℃～720℃煅烧1～5小时，得到膨松粉末状产物，即纳米La2O3/La2O2CO3复合产物。通过控制原料配比、溶液pH值、煅烧温度和煅烧时间，可控制La2O3/La2O2CO3组分的比例和粒径。

Description

一种用燃烧法合成纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的方法
技术领域
本发明涉及一种用燃烧法合成纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的方法，属纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的制备技术领域。
背景技术
La2O3在催化剂中的应用包括石油化工和汽车尾气净化催化剂两大类。前者如在MgO+SiO2催化剂中加入小于10％的La2O3可将油品中的辛烷值提高1.0倍，利于油品的使用。又如在原油提炼为汽油中，采用含28％的La2O3混合氯化稀土作催化剂时，可提高炼油的生产能力和油品质量。后者如在三元贵金属催化剂中加入La2O3作为活性组分，可提高催化剂的活性作用，使催化性能更好，利于对汽车尾气中的碳氢、碳氧、氮氧化合物的转化，即净化效果更好，从而保护了人们的生活环境。La2O2CO3可以与在催化剂表面形成的积炭发生反应，从而降低催化剂上的积炭量，提高催化剂的稳定性，因此纳米La2O3/La2O2CO3复合活性组分在石油化工和汽车尾气净化催化剂中具有催化、清除积碳和增加载体热稳定性的三重作用。
燃烧合成是利用化学反应自身放热使反应自行维持下去，在凝胶状态制备材料的技术。燃烧合成技术在利用特定的点火温度点燃粉末压坯，产生化学反应，化学反应放出大量的生成热使得邻近的粉末温度骤然升高，进一步引发化学反应，从而使反应能够自行维持下去。化学反应以燃烧波的形式蔓延通过整个反应物，燃烧波推行前移时反应物转变成产物。燃烧合成技术同以往其他的工艺相比具有突出的优点：①工艺简单，节约能源，成本低；②由于合成反应温度一般高达上千度，反应体系中一些杂质可以挥发掉；③反应时间很短，燃烧波的蔓延速度很快，一般在几～几十秒内就可以完成反应。采用低温燃烧法制备纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的方法未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种用燃烧法合成纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的方法，用该方法制得的纳米La2O3/La2O2CO3复合材料，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，通过控制原料配比、溶液pH值，可制备粒径不同的纳米La2O3/La2O2CO3复合产物，结合设定自蔓燃后煅烧温度和恒温煅烧时间可控制La2O3/La2O2CO3组分的比例。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：原料为La(NO3)3·6H2O(A.R)、一水合柠檬酸；以六水合硝酸镧和一水合柠檬酸分别为镧源和络合剂，取一水合柠檬酸加入水中，搅拌溶解，再加入六水合硝酸镧，搅拌溶解，得柠檬酸-硝酸镧溶液，形成柠檬酸和镧的配合物，柠檬酸与硝酸镧的摩尔比为(1～1.5)∶1，向所述溶液滴加氨水，调节溶液的pH值在2～6之间，室温下得到溶胶，将其放入马弗炉加热到发生自蔓延燃烧并在600℃～720℃煅烧1～5小时，得到膨松粉末状产物，即纳米La2O3/La2O2CO3复合产物。
纳米La2O3/La2O2CO3复合产物中La2O3在空气中是不稳定的，在自然吸潮情况下极易和空气中的H2O发生反应生成La(OH)3，特别是产物中的La2O3为纳米态，具有比大晶粒La2O3更强的表面反应活性，在空气中放置若干天后，其中的La2O3物相的特征谱在XRD谱中已经基本不见，生成了La(OH)3/La2O2CO3复合产物，但这个过程是可逆的，将产物在600℃～700℃煅烧1～5小时后即可转化为La2O3/La2O2CO3复合产物。
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，经济合理，容易实现工业化生产。
2、本发明通过凝胶的自蔓延燃烧和控制适当的煅烧温度和煅烧时间即可得到纳米La2O3/La2O2CO3复合产物，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，可制备粒径不同的纳米La2O3/La2O2CO3复合产物，结合设定自蔓燃后煅烧温度和恒温煅烧时间可控制La2O3/La2O2CO3组分的比例，且产物的平均粒径在30nm～100nm之间可控，控制过程易于操作。
附图说明
图1中的①、②和③为对应实施方式4、3和2的纳米La2O3/La2O2CO3复合产物的X射线衍射谱图(XRD)。
具体实施方式
实施方式1
分别称量一定量的六水合硝酸镧和一水合柠檬酸，使柠檬酸与硝酸镧的摩尔比为1∶1，分别溶解于相同体积的蒸馏水中，加热并搅拌使其充分溶解，将二者溶液混合并搅拌至充分混合，向所述溶液滴加氨水，调节溶液的pH＝2，室温下得到溶胶，置于马弗炉中加热至自蔓燃燃烧，并继续加热至650℃下锻烧3小时，XRD谱图分析结果表明产物为La2O3/La2O2CO3复合产物，根据Scherrer公式计算，粒径大小在40nm左右。
实施方式2
分别称量一定量的六水合硝酸镧、一水合柠檬酸，使柠檬酸与硝酸镧的摩尔比为1.2∶1，分别溶解于相同体积的蒸馏水中，加热并搅拌使其充分溶解，将二者溶液混合再次搅拌使充分混合，向所述溶液滴加氨水，调节溶液的pH＝3，室温下得到溶胶，置于马弗炉中加热至自蔓燃燃烧，并继续加热至600℃下锻烧2小时，XRD谱图分析结果表明产物为纳米La2O3/La2O2CO3复合产物。
实施方式3
分别称量一定量的六水合硝酸镧、一水合柠檬酸，使柠檬酸与硝酸镧的摩尔比为1.5∶1，分别溶解于相同体积的蒸馏水中，加热并搅拌使其充分溶解，将二者溶液混合再次搅拌使充分混合，向所述溶液滴加氨水，调节溶液的pH＝4，室温下得到溶胶，置于马弗炉中加热至自蔓燃燃烧，并继续加热至650℃下锻烧2小时，XRD谱图分析结果表明产物为纳米La2O3/La2O2CO3复合产物。
实施方式4
分别称量一定量的六水合硝酸镧、一水合柠檬酸，使柠檬酸与硝酸镧的摩尔比为1.5∶1，分别溶解于相同体积的蒸馏水中，加热并搅拌使其充分溶解，将二者溶液混合再次搅拌使充分混合，向所述溶液滴加氨水，调节溶液的pH＝4，室温下得到溶胶，置于马弗炉中加热至自蔓燃燃烧，并继续加热至700℃下锻烧1小时，XRD谱图分析结果表明产物为纳米La2O3/La2O2CO3复合产物。
实施方式5
根据上述实施方式1～4得到的纳米La2O3/La2O2CO3复合产物，在自然吸潮情况下，放置数天后的产物，对其进行XRD分析，结果表明，La2O3和空气中的H2O发生了反应生成La(OH)3，其中的La2O3物相的特征谱在XRD谱中已经基本不见，生成了La(OH)3/La2O2CO3复合产物，但这个过程是可逆的，将产物在65O℃煅烧2小时后可转化为La2O3/La2O2CO3复合产物。

Claims (4)

1.一种用燃烧法合成纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的方法，其特征在于，以六水合硝酸镧和一水合柠檬酸分别为镧源和络合剂，取一水合柠檬酸加入水中，搅拌溶解，再加入六水合硝酸镧，搅拌溶解，得柠檬酸-硝酸镧溶液，形成柠檬酸和镧的配合物，向所述溶液滴加氨水，调节溶液的pH值，室温下得到溶液的溶胶，将其放入马弗炉加热到发生自蔓延燃烧并在一定温度下煅烧，得到膨松粉末状的纳米La2O3/La2O2CO3复合产物。
2.根据权利1要求所述的用燃烧法合成纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的方法，其特征在于柠檬酸与硝酸镧的摩尔比为(1～1.5)∶1，调节溶液的pH＝2～6，室温下得到溶胶。
3.根据权利1要求所述的用燃烧法合成纳米La2O3/La2O2CO3复合材料的方法，其特征在于，将根据权利2要求所述方法得到的溶胶置于马弗炉中加热至自蔓燃燃烧，并继续加热至600℃～720℃下恒温锻烧1～3小时。
4.根据权利1要求所述的用燃烧法合成的纳米La2O3/La2O2CO3复合材料，复合产物中的La2O3在空气中是不稳定的，在自然吸潮情况下极易和空气中的H2O发生反应生成La(OH)3，La2O3/La2O2CO3复合产物在空气中放置若干天后，生成了La(OH)3/La2O2CO3复合产物，但这个过程是可逆的，将发生相变的产物在600℃～700℃煅烧1～5小时可转化为La2O3/La2O2CO3复合产物。
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