CN112551499B - 一种高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法，包括以下步骤：(1)取碳酸铈、碱式碳酸铈或氢氧化亚铈，加入去离子水中或含分散剂的去离子水中，搅拌成含铈悬浮液；(2)配制磷酸溶液，向磷酸溶液中加入硝酸或盐酸，加入双氧水或抗坏血酸，得含双氧水或抗坏血酸的磷酸溶液；(3)在含双氧水或抗坏血酸的磷酸溶液中，加入含铈悬浮液进行反应，反应完成后，沉淀物过滤洗涤、烘干，得到磷酸铈粉末。利用本发明制得到高纯纳米磷酸铈，其纯度大于99.995％，分散性良好，一次粒径在100nm～500nm类球形粉末。

Description

一种高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法。

背景技术

铈是一种稀土元素，在研磨抛光、催化剂、燃料电子有广泛应用。磷酸铈在自然界中以独居石结构存在，由于磷酸铈有着独特的优良性能，在半导体材料、陶瓷、润滑材料、发光材料等领域应用广泛，然而在这些应用领域，要求磷酸铈纯度高、粒径小和分布均匀等性质。

现有的高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法，如申请号为CN201611049447.3的中国专利申请所公开的一种低温含磷型铈铜复合脱硝催化剂的制备方法，该方法以硝酸亚铈、焦磷酸、尿素为原料，通过水热反应得到沉淀物，沉淀物通过过滤、水洗、干燥、焙烧得到磷酸铈固体，此方法产生氨氮废水，同时需水热反应，反应条件苛刻，收率不高，产量较小。申请号为CN200910076998.2的中国专利申请所公开的一种核壳结构的荧光纳米材料及其制备方法，该方法以磷酸盐加入至硝酸铈、氯化铈、硫酸铈等可溶性铈盐，在温度180℃～230℃条件下进行反应3h～72h，反应完成后过滤、洗涤、烘干，此方法产生氨氮废水或高盐废水，产品纯度低，生产工艺苛刻。申请号为CN201010287623.3的中国专利申请所公开的一种水热合成磷酸铈微纳米球的方法，该方法以Ce³⁺与多聚磷酸为原料，通过水热反应得到磷酸铈微纳米球，此方法产生成本高，废水含酸高，生产工艺较苛刻。申请号为CN200910109858.0的中国专利申请所公开的一种磷酸铈纳米线的制备方法，该方法以可溶性铈盐与磷酸盐为原料，通过沉淀反应调节pH值，得到磷酸铈沉淀，此方法产生成本高，废水含酸高，产品中碱金属离子高。杨丽格等发表的论文《不同晶型磷酸铈纳米材料的水热法合成及荧光性能》、毕会芳发表的论文《磷酸铈微纳米球的水热合成》、张新奇等发表的论文《六方相磷酸铈一维纳米材料的合成与表征》等他们的研究其原料为铈盐及磷酸盐为原料，其都会存在产生废水、产品杂质含量高、生产成本高、生产工艺较为复杂等缺点。

对于磷酸铈的合成，现主要方法有沉淀法、水热法等，对于沉淀法，首先用可溶性铈盐与磷酸盐反应，调节pH值得到磷酸铈沉淀，这其中会产生废水、产品纯度不高等缺点。水热法反应条件苛刻，产量少，能耗高，同时生产大量含酸含盐废水。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种生产工艺简单，操作简便，无染污，生产环境友好的高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法，包括以下步骤：

(1)取碳酸铈、碱式碳酸铈或氢氧化亚铈，加入去离子水中或含分散剂的去离子水中，搅拌成含铈悬浮液；

(2)配制磷酸溶液，向磷酸溶液中加入硝酸或盐酸，加入双氧水或抗坏血酸作为还原剂，得含双氧水或抗坏血酸的磷酸溶液；

(3)在含双氧水或抗坏血酸的磷酸溶液中，加入含铈悬浮液进行反应，反应完成后，沉淀物过滤洗涤、烘干，得到磷酸铈粉末。

进一步，步骤(1)中，所述碳酸铈、碱式碳酸铈或氢氧化铈的稀土相对纯度≥99.995％。所述含铈悬浮液的浓度为0.5mol/L～2mol/L。

进一步，步骤(2)中，所述磷酸溶液的浓度为0.5mol/L～3mol/L，控制硝酸或盐酸的浓度为0.01mol/L～0.5mol/L。

进一步，步骤(2)中，所述双氧水或抗坏血酸的加入量为碳酸铈、碱式碳酸铈或氢氧化亚铈中铈摩尔量的0.1％～2％。

进一步，步骤(3)中，含铈悬浮液的加入量，以碳酸铈、碱式碳酸铈或氢氧化铈按氧化铈计，为磷酸摩尔量的90％～98％，整个反应方程如下：Ce₂O₃+2H₃PO₄＝2CePO₄+3H₂O。

进一步，步骤(3)中，反应的温度为0℃～100℃，优选20℃～90℃。

进一步，步骤(3)中，反应完成后，滤液可循环使用，用于配制磷酸溶液，使整个工艺无废水产生。

进一步，步骤(3)中，烘干温度控制在80℃～150℃。

利用本发明可以得到纯度大于99.995％，一次粒径在100nm～500nm类球型磷酸铈粉末，同时，本发明不带入其它杂质，无废水排出，整个工艺绿色循环，生产工艺简单，生产环境友好。

附图说明

图1为本发明实施例1所得高纯纳米磷酸铈粉末的X射线衍射图；

图2为本发明实施例1所得高纯纳米磷酸铈粉末的扫描电镜图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法，包括以下步骤：

(1)取稀土相对纯度99.995％的碳酸铈172g(稀土总量50％)，加入至1L去离子水中搅拌，得含铈悬浮液；

(2)配制磷酸浓度0.5mol/L、硝酸浓度0.05mol/L、双氧水浓度0.0025mol/L的溶液1L；

(3)在恒温25℃条件下，向磷酸溶液中加入铈悬浮液，搅拌条件下升温至80℃，恒温30min，得到磷酸铈沉淀，磷酸铈沉淀过滤、洗涤，滤液循环使用，得到的磷酸铈在80℃条件烘干6h，得到磷酸铈产品。

本实施例所得磷酸铈产品的组成和粒径见表1，XRD图、扫描电镜图分别如图1、图2所示。

表1

检测项目

CeO2/TREO

Fe2O3

Na2O

SiO2

CaO

MgO

MnO

一次粒径

检测结果

99.995％

0.00051％

0.0001％

0.00021％

0.00052％

0.00031％

0.0001％

100nm

实施例2

一种高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法，包括以下步骤：

(1)取稀土相对纯度99.999％的氢氧化亚铈2000g(稀土总量30％)，加入至10L去离子水中搅拌，得含铈悬浮液；

(2)配制磷酸浓度0.72mol/L、硝酸浓度0.01mol/L、抗坏血酸浓度0.003mol/L的溶液5L；

(3)恒温80℃，在搅拌条件下将含铈悬浮液加入至磷酸溶液中，加完后陈化2h，过滤洗涤，滤液循环使用，得到的磷酸铈在150℃条件下烘干1h，得到磷酸铈产品。

本实施例所得磷酸铈产品的组成和粒径见表2。

表2

检测项目

La2O3/TREO

Fe2O3

Na2O

SiO2

CaO

MgO

MnO

一次粒径

检测结果

99.999％

0.00022％

0.00001％

0.00006％

0.00011％

0.00011％

0.0001％

150nm

实施例3

一种高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法，包括以下步骤：

(1)取稀土相对纯度99.998％的碱式碳酸铈3000g(稀土总量60％)，加入至10L去离子水中搅拌，得含铈悬浮液；

(2)配制磷酸浓度1.5mol/L、硝酸浓度0.1mol/L、抗坏血酸浓度0.022mol/L的溶液7.1L；

(3)恒温90℃，在搅拌条件下将含铈悬浮液加入至磷酸溶液中，加完后陈化1h，过滤洗涤，滤液循环使用，得到的磷酸铈在100℃条件下烘干3h，得到磷酸铈产品。

本实施例所得磷酸铈产品的组成和粒径见表3。

表3

检测项目

La2O3/TREO

Fe2O3

Na2O

SiO2

CaO

MgO

MnO

一次粒径

检测结果

99.998％

0.00021％

0.00012％

0.00015％

0.00033％

0.00014％

0.0001％

200nm

Claims (5)

1.一种高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）取碳酸铈、碱式碳酸铈或氢氧化亚铈，加入去离子水中，搅拌成含铈悬浮液；

（2）配制磷酸溶液，向磷酸溶液中加入硝酸或盐酸，加入双氧水或抗坏血酸，得含双氧水或抗坏血酸的磷酸溶液；

（3）在含双氧水或抗坏血酸的磷酸溶液中，加入含铈悬浮液进行反应，反应完成后，沉淀物过滤洗涤、烘干，得到磷酸铈粉末；

所述双氧水或抗坏血酸的加入量为碳酸铈、碱式碳酸铈或氢氧化亚铈中铈摩尔量的0.1%～2%；

含铈悬浮液的加入量，以碳酸铈、碱式碳酸铈或氢氧化铈按氧化铈计，为磷酸摩尔量的90%～98%；反应的温度为0℃～100℃。

2.根据权利要求1所述的高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述碳酸铈、碱式碳酸铈或氢氧化铈的稀土相对纯度≥99.995 %。

3.根据权利要求1或2所述的高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，整个反应方程如下：Ce₂O₃+2H₃PO₄=2CePO₄+3H₂O。

4.根据权利要求1或2所述的高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，反应完成后，滤液循环使用，用于配制磷酸溶液。

5.根据权利要求1或2所述的高纯纳米磷酸铈粉末的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，烘干温度控制在80℃～150℃。

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