CN109748313A

CN109748313A - 一种纳米氧化铈的制造方法

Info

Publication number: CN109748313A
Application number: CN201910232788.1A
Authority: CN
Inventors: 孙浩; 李森
Original assignee: WEIHAI BAIDEXIN NEW MATERIAL CO Ltd
Current assignee: WEIHAI BAIDEXIN NEW MATERIAL CO Ltd; Weihai Pidc New Materials Co
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2019-05-14

Abstract

本发明公开了一种纳米氧化铈的制造方法。该方法首先采用辛酸和氢氧化钠皂化得到辛酸钠的低碳醇‑水溶液，然后加入铈盐反应得到辛酸铈溶液，再经高压喷雾燃烧，由静电收尘器收集，得到高分散性纳米氧化铈干粉，粒径可控制在15～100纳米，其中辛酸可以用异辛酸、壬酸代替。本发明直接由液态辛酸铈变为纳米尺寸的纳米氧化铈固态粒子，不仅减少了中间体的分离、干燥步骤，并且其生成纳米粒子的分散性好。

Description

一种纳米氧化铈的制造方法

技术领域

本发明涉及一种纳米氧化铈的制造方法，属于无机超细材料技术领域。

背景技术

由于纳米材料具备各种特殊的性能，如异常的力学、电学、磁学、光学特性、敏感特性、催化以及光活性等，纳米材料的应用也越来越广泛，其应用几乎遍及工业、农业、医药、环保、国防等多个领域。纳米氧化铈(CeO₂)是传统氧化铈与纳米材料的优点相结合的一种新型材料，具有良好的催化、耐高温、紫外吸收性等优良性能，且其粒径小、活性高，可以用作抛光材料(如半导体化学机械抛光)、催化剂(如汽油催化剂)、催化剂载体(助剂)、燃料电池电解质、汽车尾气吸收剂、电子陶瓷、紫外线吸收剂(用于汽车玻璃和防晒化妆品中的防紫外线)、塑料和涂料中的抗老化剂等。

在纳米氧化铈粉末的制造方面，绝大多数制造方法都是由铈盐溶液(硝酸铈、醋酸铈等)与沉淀剂进行反应生成一种中间体，中间体经分离、干燥得到固体物后，再煅烧得到纳米氧化铈。如CN2004100311789提供了一种制备纳米二氧化铈的工艺方法，采用加酸溶解的方式获得四价铈的溶液，将四价铈溶液与配位溶液混合获得四价铈的配位溶液，再通过加入还原剂、电解还原或直接加热的方法获得纳米碳酸铈颗粒，经烘干、灼烧后获得纳米二氧化铈粉末。如CN201810675446.2公开了一种氧化铈纳米颗粒的制备方法，其包括如下步骤：a.分别制得六水合硝酸铈溶液、稀碱溶液；b.将六水合硝酸铈溶液快速加入到稀碱溶液中，室温下剧烈搅拌；随后将此溶液转移至反应釜中，置于烘箱150～180℃进行水热反应；c.降至室温后，离心，利用超声破碎机分散，干燥；d.煅烧3～4h，得到氧化铈纳米颗粒。通过上述方法得到的纳米氧化铈粉末往往是纳米颗粒的团聚体，分散性很差。很多情况下，就因为纳米材料的分散性不够好，阻碍了它的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种纳米氧化铈的制造方法。该方法首先采用辛酸和氢氧化钠皂化得到辛酸钠的低碳醇-水溶液，然后加入铈盐反应得到辛酸铈溶液，再经高压喷雾燃烧，由静电收尘器收集，得到高分散性纳米氧化铈干粉，粒径可控制在15～100纳米。本发明直接由液态辛酸铈变为纳米尺寸的纳米氧化铈固态粒子，不仅减少了中间体的分离、干燥步骤，并且其生成纳米粒子的分散性好。

本发明的技术方案是：一种纳米氧化铈的制造方法，其特征是，包括以下步骤

1)辛酸铈的制备(如图1所示)

把辛酸和低碳醇混合，调整辛酸的酸值为1.3～1.7mol/l；

加入氢氧化钠溶液，混合，使得钠离子浓度为0.40～0.50mol/l；

反应式：C₇H₁₅-COOH+NaOH＝C₇H₁₅-COONa+H₂O

在上述溶液中加入铈的盐溶液(硝酸盐或氯化物溶液)，搅拌反应；静置、分层，去除水相，保留有机相，即得辛酸铈溶液；

反应式：3C₇H₁₅-COONa+Ce(NO₃)₃＝Ce(C₇H₁₅-COO)₃(有机相)+3NaNO₃(水相)

2)喷雾燃烧、收集(如图2所示)

把辛酸铈溶液导入燃烧喷嘴，用0.8～1.5Mpa的压缩空气雾化，同时点火燃烧，燃烧温度700～900℃，辛酸铈即分解成15～100纳米的氧化铈；

将含有纳米氧化铈的燃烧尾气导入静电收尘器，经过3～4次即可将全部纳米粉末收集。

进一步的，所述步骤1)的辛酸可以用异辛酸、壬酸代替。

进一步的，所述低碳醇为C₉～₁₁的直链醇中任意一种或者2-3种的组合，如1-壬醇。

进一步的，所述步骤1)的辛酸铈溶液可以根据需要添加稀释剂，如无水乙醇。

进一步的，所述步骤2)加大压缩空气压力，或在辛酸铈溶液中加入稀释剂都可以有效减小氧化铈的粒度，可根据实际需要调整。

进一步的，调整辛酸的酸值为1.4～1.6mol/l。

进一步的，加入30％氢氧化钠溶液，混合，使得钠离子浓度为0.42～0.45mol/l。

本发明的有益效果是：本发明首先制备得到辛酸钠的低碳醇-水溶液，然后与铈盐反应，得到适合高压喷雾燃烧的辛酸铈溶液，然后直接由液态辛酸铈高压喷雾燃烧直接生成纳米氧化铈，由静电收尘器收集。该方法减少了中间体的分离、干燥步骤，并且生成纳米粒子的分散性好。

附图说明

图1为辛酸铈的制备工艺图；

图2为辛酸铈燃烧制备氧化铈的工艺图；

图3为压缩空气的压力、有机相CeO₂浓度与粉末粒度关系图；从图中可以看出：加大压缩空气压力，或在辛酸铈溶液中加入稀释剂都可以有效减小氧化铈的粒度，其中加大压缩空气的压力对其影响更明显；

图4为纳米氧化铈电镜照片，从图中可以看出：纳米氧化铈的分散性好。

具体实施方式

实施例1(36nm氧化铈)

1)辛酸铈的制备(如图1所示)

将30升辛酸和90升1-壬醇混合均匀，加入30％的氢氧化钠溶液5.5升，一起加入皂化釜；充分搅拌，反应完毕后将反应液泵入反应器中，再加入硝酸铈溶液30升(含CeO₂：3.2kg)，反应20～30分钟后，静置；去除下层的水相，上层的有机相即为辛酸铈溶液，泵入辛酸铈有机储罐备用。

2)喷雾燃烧、收集(如图2所示)

把辛酸铈导入燃烧喷嘴，用1.1Mpa的压缩空气雾化，同时在燃烧室点火燃烧，火焰温度为750～850℃，燃烧尾气经冷却器后导入电收尘器组收尘，3次捕收，得平均粒径为36nm的纳米氧化铈。如图4所示，通过上述方法得到的纳米氧化铈粉末的分散性好。

实施例2(52nm氧化铈)

1)辛酸铈的制备(如图1所示)

将30升辛酸和90升1-壬醇混合均匀，加入30％的氢氧化钠溶液5.5升，一起加入皂化釜；充分搅拌，反应完毕后将反应液泵入反应器中，再加入硝酸铈溶液30升(含CeO₂：3.2kg)，反应20～30分钟后，静置；下去除下层的水相，上层的有机相即为辛酸铈溶液，泵入辛酸铈有机储罐备用。

2)喷雾燃烧、收集(如图2所示)

把辛酸铈导入燃烧喷嘴，用1.0Mpa的压缩空气雾化，同时在燃烧室点火燃烧，火焰温度为750～850℃，燃烧尾气经冷却器后导入电收尘器组收尘，3次捕收，得平均粒径为52nm的纳米氧化铈。

实施例3：(18nm氧化铈)

1)辛酸铈的制备(如图1所示)

把30升辛酸和90升1-壬醇混合均匀，加入30％的氢氧化钠溶液5.5升，一起加入皂化釜；充分搅拌，反应完毕后将反应液泵入反应器中，再加入硝酸铈溶液30升(含CeO₂：3.2kg)，反应20～30分钟后静置；去除下层的水相，上层的有机相即为辛酸铈溶液，泵入辛酸铈有机储罐备用；

2)喷雾燃烧、收集(如图2所示)

把稀释后的辛酸铈导入燃烧喷嘴，用1.2Mpa的压缩空气雾化，同时在燃烧室点火燃烧，火焰温度为700～800℃，燃烧尾气经冷却器后导入电收尘器组收尘，4次捕收，得平均粒径为18nm的纳米氧化铈。

Claims

1.一种纳米氧化铈的制造方法，其特征是，包括以下步骤：

1)把辛酸、异辛酸或壬酸用低碳醇稀释，调整辛酸的酸值为1.3～1.7mol/l；然后加入氢氧化钠溶液，混合，使得钠离子浓度为0.40～0.50mol/l；

在上述溶液中加入铈的盐溶液，搅拌反应；静置、分层，去除水相，保留有机相，即得辛酸铈溶液、异辛酸铈溶液或壬酸铈溶液；

2)把上述溶液导入燃烧喷嘴，用0.8～1.5Mpa的压缩空气雾化，同时点火燃烧，燃烧温度700～900℃，辛酸铈、异辛酸铈溶液或壬酸铈分解成15～100纳米的纳米氧化铈；

将含有纳米氧化铈的燃烧尾气导入静电收尘器，经过3～4次将全部纳米粉末收集。

2.如权利要求1所述的一种纳米氧化铈的制造方法，其特征是，所述铈的盐溶液为铈的硝酸盐溶液或铈的氯化物溶液。

3.如权利要求1所述的一种纳米氧化铈的制造方法，其特征是，所述步骤2)加大压缩空气压力，或在辛酸铈溶液中加入稀释剂来减小纳米氧化铈的粒度。

4.如权利要求3所述的一种纳米氧化铈的制造方法，其特征是，所述稀释剂为无水乙醇。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的一种纳米氧化铈的制造方法，其特征是，所述低碳醇为C_9～11的直链醇中任意一种或者2-3种的组合。

6.如权利要求5所述的一种纳米氧化铈的制造方法，其特征是，所述步骤1)氢氧化钠溶液为30wt％的氢氧化钠溶液。

7.如权利要求5所述的一种纳米氧化铈的制造方法，其特征是，所述步骤1)钠离子浓度为0.42～0.45mol/l。

8.如权利要求5所述的一种纳米氧化铈的制造方法，其特征是，所述步骤1)调整辛酸的酸值为1.4～1.6mol/l。