CN117658196A - 一种长方体状二氧化铈粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,该方法的具体过程为:将反应物可溶性铈盐和有机配体加入到去离子水中,置于磁力搅拌器上搅拌均匀并反应6h~12h,然后加入表面活性剂搅拌均匀并继续反应2h~4h,再逐滴加入碱性溶液调节pH,使得反应产物中间体配合物沉淀析出,得到黄色沉淀,黄色沉淀经去离子水洗涤后进行烘干、焙烧,得到长方体状二氧化铈粉。本发明通过先制备含铈中间体配合物再焙烧获得长方体状二氧化铈粉,有效控制了产物二氧化铈粉的颗粒尺寸和形貌,获得分散性较好的二氧化铈粉,且制备工艺简单且稳定性高,可操作性强,成本低,可规模化合成,在化学机械抛光、紫外光吸收等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于材料制备技术领域,具体涉及一种长方体状二氧化铈粉的制备方法。
背景技术
二氧化铈作为一种典型的轻稀土氧化物,具有独特的光、电、磁等特性,广泛应用于抛光、催化、发光、紫外线吸收、电子陶瓷和电池等领域。此外,二氧化铈因其具有抗氧化性,使得其在生物学领域也具有重要的应用价值。因而,开发制备具有特殊功能的二氧化铈材料,为含铈轻稀土高附加值材料的研发提供了研究方向。二氧化铈抛光粉因其抛光快、光洁度高、产量大、损耗低的优点,广泛应用于化学机械抛光领域。目前,加强高端二氧化铈产品的研发对我国稀土行业的发展具有重要的意义。
目前,国内外关于二氧化铈粉的制备方法主要有水热法、沉淀法、溶胶-凝胶法、溶剂热法、微乳液法等,其中沉淀法具有可操作性强、工艺简单且稳定性高、成本低、适宜大规模生产的优点。但沉淀法制备的二氧化铈粉其颗粒尺寸和形貌不易控制,且容易团聚,阻碍了该生产工艺的应用。如何通过沉淀法制备出颗粒尺寸和形貌可控且分散性较好的二氧化铈粉,成为沉淀法制备二氧化铈工艺的一个难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足,提供一种长方体状二氧化铈粉的制备方法。该方法先将可溶性铈盐和有机配体在常温下反应生成含铈中间体配合物,再调节pH使得含铈中间体配合物沉淀析出,经焙烧获得长方体状二氧化铈粉,有效控制了产物二氧化铈粉的颗粒尺寸和形貌,并避免二氧化铈粉的团聚,解决了沉淀法制备二氧化铈粉的过程中反应产物颗粒出现尺寸和形貌不可控以及团聚的问题。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,该方法的具体过程为:将反应物可溶性铈盐和有机配体加入到去离子水中,置于磁力搅拌器上搅拌均匀并反应6h~12h,然后加入表面活性剂搅拌均匀并继续反应2h~4h,再逐滴加入碱性溶液调节pH,使得反应产物中间体配合物沉淀析出,得到黄色沉淀,黄色沉淀经去离子水洗涤后进行烘干、焙烧,得到长方体状二氧化铈粉。
上述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述可溶性铈盐为Ce(NO3)3·6H2O,且混合反应体系中可溶性铈盐的浓度为0.04mol/L~0.08mol/L。
上述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述有机配体为乙酰丙酮,且混合反应体系中有机配体的浓度为0.2mol/L~0.5mol/L。本发明选择该有机配体与铈盐反应生成中间体配合物作为前驱体,通过控制该中间体配合物的形貌和尺寸,进而控制二氧化铈粉的形貌和尺寸。
上述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述表面活性剂为平均分子量不少于5000的聚乙烯吡咯烷酮。
上述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述碱性溶液为氨水与乙酸的混合溶液,pH值为12~14。采用该碱性溶液调节反应溶液pH,进而调节中间体配合物沉淀生成的颗粒形貌和尺寸,以制备得到长方体状二氧化铈粉。
上述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述去离子水洗涤的次数为3~5次。
上述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述烘干的温度为50℃~100℃,时间为12h~48h。
上述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述焙烧的温度为350℃,时间为4h。
上述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述长方体状二氧化铈粉的长度为5μm~10μm,宽度为2μm~5μm,高度为1μm~4μm。该形貌尺寸的长方体状二氧化铈粉更有利于增强其作为抛光粉的抛光效果。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明以可溶性铈盐和有机配体为原料,先将原料在常温下反应生成含铈中间体配合物,再调节pH使得含铈中间体配合物沉淀析出,经焙烧获得长方体状二氧化铈粉,有效控制了产物二氧化铈粉的颗粒尺寸和形貌,并避免二氧化铈粉的团聚,获得分散性较好的二氧化铈粉。
2、本发明制备的长方体状二氧化铈粉棱角分明,有利于抛光效果的提升,在化学机械抛光、紫外光吸收等领域具有广泛的应用前景。
3、本发明的制备工艺简单且稳定性高,可操作性强,成本低,适宜大规模生产。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1a为本发明实施例1制备的中间体配合物的低倍SEM图。
图1b为本发明实施例1制备的中间体配合物的高倍SEM图。
图2a为本发明实施例1制备的长方体状二氧化铈粉的低倍SEM图。
图2b为本发明实施例1制备的长方体状二氧化铈粉的高倍SEM图。
图3为本发明实施例1制备的长方体状二氧化铈粉的XRD图。
图4a为本发明实施例2制备的中间体配合物的低倍SEM图。
图4b为本发明实施例2制备的中间体配合物的高倍SEM图。
图5a为本发明实施例2制备的长方体状二氧化铈粉的低倍SEM图。
图5b为本发明实施例2制备的长方体状二氧化铈粉的高倍SEM图。
图6为本发明实施例2制备的长方体状二氧化铈粉的XRD图。
图7a为本发明实施例3制备的中间体配合物的低倍SEM图。
图7b为本发明实施例3制备的中间体配合物的高倍SEM图。
图8a为本发明实施例3制备的长方体状二氧化铈粉的低倍SEM图。
图8b为本发明实施例3制备的长方体状二氧化铈粉的高倍SEM图。
图9为本发明实施例3制备的长方体状二氧化铈粉的XRD图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的过程为:配制300mL浓度为0.04mol/L的Ce(NO3)3溶液,并加入6.0mL乙酰丙酮,置于磁力搅拌器上搅拌均匀并在常温下反应6h,然后加入2.0g平均分子量为24000的聚乙烯吡咯烷酮搅拌均匀并继续在常温下反应2h,再逐滴加入pH值为12的氨水与乙酸的混合溶液调节pH,使得反应产物中间体配合物沉淀析出,离心分离后得到黄色沉淀,黄色沉淀经去离子水洗涤3次后,置于温度为50℃的烘箱中进行烘干48h,再置于温度为350℃的马弗炉中焙烧4h,冷却后得到长方体状二氧化铈粉,该长方体状二氧化铈粉的长度为5μm~10μm,宽度为2μm~5μm,高度为1μm~4μm。
图1a为本实施例制备的中间体配合物的低倍SEM图,从图1a可以看出,该中间体配合物颗粒分散性较好,未出现团聚现象。
图1b为本实施例制备的中间体配合物的高倍SEM图,从图1b可以看出,该中间体配合物颗粒呈长方体状,棱角分明。
图2a为本实施例制备的长方体状二氧化铈粉的低倍SEM图,从图2a可以看出,本实施例制备的中间体配合物焙烧后获得的二氧化铈粉分散性较好,未出现团聚现象。
图2b为本实施例制备的长方体状二氧化铈粉的高倍SEM图,从图2b可以看出,本实施例制备的中间体配合物焙烧后获得的二氧化铈粉仍然较好的保持长方体形状,棱角分明,且未出现团聚现象。
图3为本实施例制备的长方体状二氧化铈粉的XRD图,从图3可以看出,本实施例获得的为二氧化铈粉,且无杂质峰出现。
实施例2
本实施例的过程为:配制300mL浓度为0.08mol/L的Ce(NO3)3溶液,并加入16.0mL乙酰丙酮,置于磁力搅拌器上搅拌均匀并在常温下反应12h,然后加入2.0g平均分子量为24000的聚乙烯吡咯烷酮搅拌均匀并继续在常温下反应4h,再逐滴加入pH值为14的氨水与乙酸的混合溶液调节pH,使得反应产物中间体配合物沉淀析出,离心分离后得到黄色沉淀,黄色沉淀经去离子水洗涤5次后,置于温度为100℃的烘箱中进行烘干12h,再置于温度为350℃的马弗炉中焙烧4h,冷却后得到长方体状二氧化铈粉。
图4a为本实施例制备的中间体配合物的低倍SEM图,从图4a可以看出,该中间体配合物颗粒分散性较好,未出现团聚现象。
图4b为本实施例制备的中间体配合物的高倍SEM图,从图4b可以看出,该中间体配合物颗粒呈长方体状,棱角分明。
图5a为本实施例制备的长方体状二氧化铈粉的低倍SEM图,从图5a可以看出,本实施例制备的中间体配合物焙烧后获得的二氧化铈粉分散性得以保持,与焙烧前相近。
图5b为本实施例制备的长方体状二氧化铈粉的高倍SEM图,从图5b可以看出,本实施例制备的中间体配合物焙烧后获得的二氧化铈粉仍保持一定的长方体状,但与焙烧前相比形貌稍差。
图6为本实施例制备的长方体状二氧化铈粉的XRD图,从图6可以看出,本实施例获得的为二氧化铈粉,且无杂质峰出现。
实施例3
本实施例的过程为:配制300mL浓度为0.04mol/L的Ce(NO3)3溶液,并加入6.0mL乙酰丙酮,置于磁力搅拌器上搅拌均匀并在常温下反应6h,然后加入4.0g平均分子量为24000的聚乙烯吡咯烷酮搅拌均匀并继续在常温下反应4h,再逐滴加入pH值为12的氨水与乙酸的混合溶液调节pH,使得反应产物中间体配合物沉淀析出,离心分离后得到黄色沉淀,黄色沉淀经去离子水洗涤3次后,置于温度为80℃的烘箱中进行烘干24h,再置于温度为350℃的马弗炉中焙烧4h,冷却后得到长方体状二氧化铈粉。
图7a为本实施例制备的中间体配合物的低倍SEM图,从图7a可以看出,该中间体配合物颗粒分散性较好,未出现团聚现象。
图7b为本实施例制备的中间体配合物的高倍SEM图,从图7b可以看出,该中间体配合物颗粒呈长方体状,棱角分明。
图8a为本实施例制备的长方体状二氧化铈粉的低倍SEM图,从图8a可以看出,本实施例制备的中间体配合物焙烧后获得的二氧化铈粉分散性得以保持,与焙烧前相近。
图8b为本实施例制备的长方体状二氧化铈粉的高倍SEM图,从图8b可以看出,本实施例制备的中间体配合物焙烧后获得的二氧化铈粉仍保持一定的长方体状,但与焙烧前相比形貌稍差。
图9为本实施例制备的长方体状二氧化铈粉的XRD图,从图9可以看出,本实施例获得的为二氧化铈粉,且无杂质峰出现。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,该方法的具体过程为:将反应物可溶性铈盐和有机配体加入到去离子水中,置于磁力搅拌器上搅拌均匀并反应6h~12h,然后加入表面活性剂搅拌均匀并继续反应2h~4h,再逐滴加入碱性溶液调节pH,使得反应产物中间体配合物沉淀析出,得到黄色沉淀,黄色沉淀经去离子水洗涤后进行烘干、焙烧,得到长方体状二氧化铈粉。
2.根据权利要求1所述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述可溶性铈盐为Ce(NO3)3·6H2O,且混合反应体系中可溶性铈盐的浓度为0.04mol/L~0.08mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述有机配体为乙酰丙酮,且混合反应体系中有机配体的浓度为0.2mol/L~0.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述表面活性剂为平均分子量不少于5000的聚乙烯吡咯烷酮。
5.根据权利要求1所述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述碱性溶液为氨水与乙酸的混合溶液,pH值为12~14。
6.根据权利要求1所述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述去离子水洗涤的次数为3~5次。
7.根据权利要求1所述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述烘干的温度为50℃~100℃,时间为12h~48h。
8.根据权利要求1所述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述焙烧的温度为350℃,时间为4h。
9.根据权利要求1所述的一种长方体状二氧化铈粉的制备方法,其特征在于,所述长方体状二氧化铈粉的长度为5μm~10μm,宽度为2μm~5μm,高度为1μm~4μm。
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