CN106865596B - 球形氧化铈分散液的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种球形氧化铈分散液的制备方法。本发明锰离子在低温条件促进二氧化铈球形生长，制备的球形氧化铈分散液，分散性好、颗粒尺寸在50‑150nm，可广泛应用于紫外光屏蔽、化学机械抛光、催化剂。该制备工艺快速，简单，成本低，可批量生产。

Description

球形氧化铈分散液的制备方法
技术领域
本发明涉及一种球形氧化铈分散液的制备方法。
背景技术
稀土元素因其独特的电、光、磁、热性能而被人们称之为新材料的“宝库”。我国是稀土资源大国，在稀土储量上占据着绝对优势，其中铈的储量占全球储量65%以上，目前全球90%以上的氧化铈原料由中国提供。氧化铈作为铈的一种化合物，在汽车尾气净化、固体燃料电池、化学机械抛光研磨剂等方面有着重要的应用。球形纳米氧化铈由于其独特的结构比表面积大，晶粒尺寸小并且特定纳米结构的表面活性高等特殊的性质，成为目前氧化铈合成的热点之一，在以上应用中均具有较好的效果。
目前，文献报道球形氧化铈制备中，中国专利CN 102557102 A以可溶性铈盐和正丁醇为反应原料，在水热条件下所制备的氧化铈纳米粉体球形度高，但颗粒尺寸大约200nm以上，且为粉体。中国专利CN 101792171 B采用铈盐和一定量的表面活性剂在室温下搅拌混合，转移至高压反应釜中进行溶剂热反应制备粒径在30 ～ 160nm 的范围内得纳米球，该制备方法需要表面活性剂，温度在180度以上。中国专利CN 102765742 B选用聚电解质作为形貌控制剂，采用气相扩散法，制备出球形的碳酸铈，再经过高温热处理后得到具有高比面积的CeO2微球，其颗粒尺寸为300 ～ 500nm。中国专利CN 105948097 A将混合铈盐、水和乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和短链有机酸，搅拌溶解后进行水热反应得到为5 0nm-300nm氧化铈纳米球。综上所述，球形氧化铈的制备大多都需要引入表面活性剂，辅助溶剂热、水热，有的甚至还需要在反应后进行高温煅烧处理，反应体系比较复杂，难以规模化生产制备。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，通过一种简便的工艺，采用简单的原料，制备出分散性好的球形纳米氧化铈分散液。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种球形氧化铈分散液的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
a. 低温成核：在搅拌和惰性气氛下，将铈盐和锰盐中锰离子和铈离子的摩尔比为1：1000～1：3000的比例溶于水中，并滴加到质量分数为5-30wt%的碱液中，反应温度控制在20～40℃，滴加完毕，反应温度下保温10～30 min；
b. 水浴生长：在氧化性气氛下，将步骤a所得混合液程序升温至80～120℃，在该温度下生长反应3～10 h，冷却至室温，离心洗涤净化，超声分散、酸化得到类球形二氧化铈分散液。
上述的铈盐为硝酸铈、硝酸铈铵或乙酸铈。
上述的锰盐为硝酸锰或乙酸锰。
上述的碱液为氨水、氢氧化钠或氢氧化钾。
上述的锰离子和/碱的摩尔比为1：3～1：20。
上述的氧化铈分散液可以直接分散在水中，其质量分数为10～40%。
在质量分数为5-30wt%的碱液中调控合适金属盐与碱比例可以实现铈锰共沉淀，而且有利于分散液表面电荷分布，有利于最终分散液稳定性。
掺杂的锰离子在低温成核和水浴生长有很大主要，在一定范围内，随着锰的掺杂，球形颗粒逐渐增大，超过一定比例难以得到球形颗粒。
所述的氧化铈颗粒为足球状，颗粒尺寸在50-150 nm。50-150 nm的球形二氧化铈颗粒在催化、抛光方面有较优的使用效果，颗粒尺寸较大不利于分散液的形成，而且失去了纳米效应。
本发明的制备方法工艺快速，简单，可批量生产，所制备得到的球形氧化铈分散液，分散性好、颗粒尺寸在50-150nm，可广泛应用于紫外光屏蔽、化学机械抛光、催化剂。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1
在搅拌、惰性气氛下，将铈、锰摩尔比为2000:1的混合溶液滴加到稀氨水液中，其中与氨水与锰铈摩尔比为6，反应温度控制在30℃，滴加完毕，反应温度下保温10 min，完成低温成核。将二氧化铈纳米晶颗粒混合液程序升温至85 oC，将惰性气氛改为空气气氛，在该温度下水浴生长反应4.5 h。水浴生长结束后，冷却至室温，离心洗涤净化，超声分散、酸化得到类球形二氧化铈分散液，二氧化铈颗粒尺寸为90 nm。
实施例2
在搅拌、惰性气氛下，将铈、锰摩尔比为1000:1的混合溶液滴加到稀氨水液中，其中与氨水与锰铈摩尔比为7，反应温度控制在40 oC，滴加完毕，反应温度下保温15 min，完成低温成核。将二氧化铈纳米晶颗粒混合液程序升温至90 oC，将惰性气氛改为氧气气氛，在该温度下水浴生长反应6 h。水浴生长结束后，冷却至室温，离心洗涤净化，超声分散、酸化得到类球形二氧化铈分散液，二氧化铈颗粒尺寸为70 nm。
实施例3
在搅拌、惰性气氛下，将铈、锰摩尔比为1500:1的混合溶液滴加到稀氨水液中，其中与氨水与锰铈摩尔比为10，反应温度控制在30 oC，滴加完毕，反应温度下保温15 min，完成低温成核。将二氧化铈纳米晶颗粒混合液程序升温至90 oC，将惰性气氛改为氧气气氛，在该温度下水浴生长反应6 h。水浴生长结束后，冷却至室温，离心洗涤净化，超声分散、酸化得到类球形二氧化铈分散液，二氧化铈颗粒尺寸为80 nm。

Claims (5)

1.一种球形氧化铈分散液的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
a. 低温成核：在搅拌和惰性气氛下，将铈盐和锰盐中锰离子和铈离子的摩尔比为1：1000～1：3000的比例溶于水中，并滴加到质量分数为5-30wt%的碱液中，反应温度控制在20～40℃，滴加完毕，反应温度下保温10～30 min；
b. 水浴生长：在氧化性气氛下，将步骤a所得混合液程序升温至80～120℃，在该温度下生长反应3～10 h，冷却至室温，离心洗涤净化，超声分散、酸化得到类球形二氧化铈分散液。
2.根据权利要求1所述的球形氧化铈分散液的制备方法，其特征在于所述的铈盐为硝酸铈、硝酸铈铵或乙酸铈。
3.根据权利要求1所述的球形氧化铈分散液的制备方法，其特征在于所述的锰盐为硝酸锰或乙酸锰。
4.根据权利要求1所述的球形氧化铈分散液的制备方法，其特征在于所述的碱液为氨水、
氢氧化钠或氢氧化钾。
5.根据权利要求1所述的球形氧化铈分散液的制备方法，其特征在于所述的氧化铈分散液可以直接分散在水中，其质量分数为10～40%。
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