RU2487753C2 - Fuel additive containing cerium dioxide nanoparticles with altered structure - Google Patents
Fuel additive containing cerium dioxide nanoparticles with altered structure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2487753C2 RU2487753C2 RU2011129305/04A RU2011129305A RU2487753C2 RU 2487753 C2 RU2487753 C2 RU 2487753C2 RU 2011129305/04 A RU2011129305/04 A RU 2011129305/04A RU 2011129305 A RU2011129305 A RU 2011129305A RU 2487753 C2 RU2487753 C2 RU 2487753C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanoparticles
- cerium dioxide
- cerium
- transition metal
- dioxide nanoparticles
- Prior art date
Links
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 233
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 174
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 173
- 239000002816 fuel additive Substances 0.000 title description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 89
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims abstract description 86
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 74
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 73
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims abstract description 73
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 61
- -1 hydroxide ions Chemical class 0.000 claims abstract description 60
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 39
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 29
- 235000008504 concentrate Nutrition 0.000 claims abstract description 24
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000007970 homogeneous dispersion Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 16
- UNJPQTDTZAKTFK-UHFFFAOYSA-K cerium(iii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Ce+3] UNJPQTDTZAKTFK-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 15
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical group [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 10
- 235000020573 organic concentrate Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 54
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 32
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 27
- HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate Chemical compound [Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 23
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 21
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 21
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 16
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 15
- RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N D-gluconic acid Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 14
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 claims description 14
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 claims description 12
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 claims description 10
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 claims description 10
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 9
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 8
- YHBWXWLDOKIVCJ-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2-methoxyethoxy)ethoxy]acetic acid Chemical group COCCOCCOCC(O)=O YHBWXWLDOKIVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N D-gluconic acid Natural products OCC(O)C(O)C(O)C(O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000174 gluconic acid Substances 0.000 claims description 7
- 235000012208 gluconic acid Nutrition 0.000 claims description 7
- ARXJGSRGQADJSQ-UHFFFAOYSA-N 1-methoxypropan-2-ol Chemical compound COCC(C)O ARXJGSRGQADJSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 claims description 6
- LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-N Pyruvic acid Chemical compound CC(=O)C(O)=O LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric acid Natural products [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 6
- DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N decane Chemical compound CCCCCCCCCC DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011975 tartaric acid Substances 0.000 claims description 6
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 claims description 6
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 claims description 5
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 claims description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 5
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 239000003225 biodiesel Substances 0.000 claims description 4
- ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N hexan-1-ol Chemical compound CCCCCCO ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 claims description 4
- RMIODHQZRUFFFF-UHFFFAOYSA-N methoxyacetic acid Chemical compound COCC(O)=O RMIODHQZRUFFFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- SBASXUCJHJRPEV-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxyethoxy)ethanol Chemical compound COCCOCCO SBASXUCJHJRPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000011437 continuous method Methods 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims description 3
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 3
- 229940107700 pyruvic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 150000000000 tetracarboxylic acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000003628 tricarboxylic acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000007865 diluting Methods 0.000 claims 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000010008 shearing Methods 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 189
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 64
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 49
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 49
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 44
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 38
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 31
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 31
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 28
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 25
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 24
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 24
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 23
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 22
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 21
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 20
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 19
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 19
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 description 18
- 238000011026 diafiltration Methods 0.000 description 16
- 239000000047 product Substances 0.000 description 16
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 15
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 13
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 13
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 12
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 11
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 10
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 10
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 10
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 10
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 10
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 10
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 8
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 8
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol Natural products OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 7
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 7
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- QQZMWMKOWKGPQY-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QQZMWMKOWKGPQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001246 colloidal dispersion Methods 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 6
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 6
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 6
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 6
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 6
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 6
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 5
- 239000002585 base Substances 0.000 description 5
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 5
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 5
- 239000012454 non-polar solvent Substances 0.000 description 5
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 5
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 5
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 5
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 description 4
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N hexadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N hexamethylenetetramine Chemical compound C1N(C2)CN3CN1CN2C3 VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- RCFVMJKOEJFGTM-UHFFFAOYSA-N cerium zirconium Chemical compound [Zr].[Ce] RCFVMJKOEJFGTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 3
- 125000001033 ether group Chemical group 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 239000004530 micro-emulsion Substances 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 3
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 3
- OYHQOLUKZRVURQ-NTGFUMLPSA-N (9Z,12Z)-9,10,12,13-tetratritiooctadeca-9,12-dienoic acid Chemical compound C(CCCCCCC\C(=C(/C\C(=C(/CCCCC)\[3H])\[3H])\[3H])\[3H])(=O)O OYHQOLUKZRVURQ-NTGFUMLPSA-N 0.000 description 2
- XDOFQFKRPWOURC-UHFFFAOYSA-N 16-methylheptadecanoic acid Chemical compound CC(C)CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O XDOFQFKRPWOURC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CLLLODNOQBVIMS-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxyethoxy)acetic acid Chemical compound COCCOCC(O)=O CLLLODNOQBVIMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AFENDNXGAFYKQO-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxybutyric acid Chemical compound CCC(O)C(O)=O AFENDNXGAFYKQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 2
- 230000005653 Brownian motion process Effects 0.000 description 2
- 229910002492 Ce(NO3)3·6H2O Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000000703 Cerium Chemical class 0.000 description 2
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910002554 Fe(NO3)3·9H2O Inorganic materials 0.000 description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000021314 Palmitic acid Nutrition 0.000 description 2
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 description 2
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 150000005215 alkyl ethers Chemical class 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005537 brownian motion Methods 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001785 cerium compounds Chemical class 0.000 description 2
- DRVWBEJJZZTIGJ-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Ce+3].[Ce+3] DRVWBEJJZZTIGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ITZXULOAYIAYNU-UHFFFAOYSA-N cerium(4+) Chemical compound [Ce+4] ITZXULOAYIAYNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 150000001991 dicarboxylic acids Chemical class 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 2
- 239000004312 hexamethylene tetramine Substances 0.000 description 2
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 150000001261 hydroxy acids Chemical class 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001540 jet deposition Methods 0.000 description 2
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 2
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 2
- 238000000593 microemulsion method Methods 0.000 description 2
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 description 2
- WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N n-Pentadecanoic acid Natural products CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 2
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 2
- 238000003921 particle size analysis Methods 0.000 description 2
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 238000007614 solvation Methods 0.000 description 2
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 2
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910000887 (NH4)2Ce(NO3)5·4H2O Inorganic materials 0.000 description 1
- IDOQDZANRZQBTP-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2,4,4-trimethylpentan-2-yl)phenoxy]ethanol Chemical compound CC(C)(C)CC(C)(C)C1=CC=CC=C1OCCO IDOQDZANRZQBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YAXXOCZAXKLLCV-UHFFFAOYSA-N 3-dodecyloxolane-2,5-dione Chemical compound CCCCCCCCCCCCC1CC(=O)OC1=O YAXXOCZAXKLLCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003109 Disodium ethylene diamine tetraacetate Substances 0.000 description 1
- IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N Ethenol Chemical group OC=C IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Malonic acid Chemical compound OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N Methyl tert-butyl ether Chemical compound COC(C)(C)C BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006057 Non-nutritive feed additive Substances 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ULUAUXLGCMPNKK-UHFFFAOYSA-N Sulfobutanedioic acid Chemical class OC(=O)CC(C(O)=O)S(O)(=O)=O ULUAUXLGCMPNKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920004929 Triton X-114 Polymers 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052768 actinide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001255 actinides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 150000001346 alkyl aryl ethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003945 anionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000001636 atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- BCZWPKDRLPGFFZ-UHFFFAOYSA-N azanylidynecerium Chemical compound [Ce]#N BCZWPKDRLPGFFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000012700 ceramic precursor Substances 0.000 description 1
- VGBWDOLBWVJTRZ-UHFFFAOYSA-K cerium(3+);triacetate Chemical compound [Ce+3].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O VGBWDOLBWVJTRZ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- KQJQGYQIHVYKTF-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate;hydrate Chemical compound O.[Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KQJQGYQIHVYKTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001793 charged compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005049 combustion synthesis Methods 0.000 description 1
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007859 condensation product Substances 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 1
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000002447 crystallographic data Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 239000006280 diesel fuel additive Substances 0.000 description 1
- 235000019301 disodium ethylene diamine tetraacetate Nutrition 0.000 description 1
- 238000010890 doping (semiconductor) Methods 0.000 description 1
- 238000002524 electron diffraction data Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 239000003966 growth inhibitor Substances 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910021432 inorganic complex Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 1
- 239000002563 ionic surfactant Substances 0.000 description 1
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical compound [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 229910000311 lanthanide oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 125000001570 methylene group Chemical group [H]C([H])([*:1])[*:2] 0.000 description 1
- 229910003455 mixed metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000002762 monocarboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000002707 nanocrystalline material Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001683 neutron diffraction Methods 0.000 description 1
- ZCYXXKJEDCHMGH-UHFFFAOYSA-N nonane Chemical compound CCCC[CH]CCCC ZCYXXKJEDCHMGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- BKIMMITUMNQMOS-UHFFFAOYSA-N normal nonane Natural products CCCCCCCCC BKIMMITUMNQMOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940049964 oleate Drugs 0.000 description 1
- 235000021313 oleic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000006174 pH buffer Substances 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 150000003856 quaternary ammonium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000005070 ripening Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000012536 storage buffer Substances 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003826 tablet Substances 0.000 description 1
- 238000003878 thermal aging Methods 0.000 description 1
- 238000009283 thermal hydrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000007762 w/o emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F17/00—Compounds of rare earth metals
- C01F17/20—Compounds containing only rare earth metals as the metal element
- C01F17/206—Compounds containing only rare earth metals as the metal element oxide or hydroxide being the only anion
- C01F17/224—Oxides or hydroxides of lanthanides
- C01F17/235—Cerium oxides or hydroxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
- B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/002—Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/10—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of rare earths
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/20—Vanadium, niobium or tantalum
- B01J23/22—Vanadium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/24—Chromium, molybdenum or tungsten
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/32—Manganese, technetium or rhenium
- B01J23/34—Manganese
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/72—Copper
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F17/00—Compounds of rare earth metals
- C01F17/10—Preparation or treatment, e.g. separation or purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F17/00—Compounds of rare earth metals
- C01F17/30—Compounds containing rare earth metals and at least one element other than a rare earth metal, oxygen or hydrogen, e.g. La4S3Br6
- C01F17/32—Compounds containing rare earth metals and at least one element other than a rare earth metal, oxygen or hydrogen, e.g. La4S3Br6 oxide or hydroxide being the only anion, e.g. NaCeO2 or MgxCayEuO
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G25/00—Compounds of zirconium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G3/00—Compounds of copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/0018—Mixed oxides or hydroxides
- C01G49/0054—Mixed oxides or hydroxides containing one rare earth metal, yttrium or scandium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/009—Compounds containing, besides iron, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/04—Oxygen-containing compounds
- C08K5/10—Esters; Ether-esters
- C08K5/101—Esters; Ether-esters of monocarboxylic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L10/00—Use of additives to fuels or fires for particular purposes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L10/00—Use of additives to fuels or fires for particular purposes
- C10L10/08—Use of additives to fuels or fires for particular purposes for improving lubricity; for reducing wear
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M125/00—Lubricating compositions characterised by the additive being an inorganic material
- C10M125/10—Metal oxides, hydroxides, carbonates or bicarbonates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2523/00—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/03—Precipitation; Co-precipitation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/30—Three-dimensional structures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/50—Solid solutions
- C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/51—Particles with a specific particle size distribution
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
- C10L1/12—Inorganic compounds
- C10L1/1233—Inorganic compounds oxygen containing compounds, e.g. oxides, hydroxides, acids and salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
- C10L1/12—Inorganic compounds
- C10L1/1233—Inorganic compounds oxygen containing compounds, e.g. oxides, hydroxides, acids and salts thereof
- C10L1/125—Inorganic compounds oxygen containing compounds, e.g. oxides, hydroxides, acids and salts thereof water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
- C10L1/14—Organic compounds
- C10L1/16—Hydrocarbons
- C10L1/1608—Well defined compounds, e.g. hexane, benzene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
- C10L1/14—Organic compounds
- C10L1/16—Hydrocarbons
- C10L1/1616—Hydrocarbons fractions, e.g. lubricants, solvents, naphta, bitumen, tars, terpentine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
- C10L1/14—Organic compounds
- C10L1/18—Organic compounds containing oxygen
- C10L1/182—Organic compounds containing oxygen containing hydroxy groups; Salts thereof
- C10L1/1822—Organic compounds containing oxygen containing hydroxy groups; Salts thereof hydroxy group directly attached to (cyclo)aliphatic carbon atoms
- C10L1/1824—Organic compounds containing oxygen containing hydroxy groups; Salts thereof hydroxy group directly attached to (cyclo)aliphatic carbon atoms mono-hydroxy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
- C10L1/14—Organic compounds
- C10L1/18—Organic compounds containing oxygen
- C10L1/185—Ethers; Acetals; Ketals; Aldehydes; Ketones
- C10L1/1852—Ethers; Acetals; Ketals; Orthoesters
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
- C10L1/14—Organic compounds
- C10L1/18—Organic compounds containing oxygen
- C10L1/188—Carboxylic acids; metal salts thereof
- C10L1/1881—Carboxylic acids; metal salts thereof carboxylic group attached to an aliphatic carbon atom
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
- C10L1/14—Organic compounds
- C10L1/18—Organic compounds containing oxygen
- C10L1/188—Carboxylic acids; metal salts thereof
- C10L1/1881—Carboxylic acids; metal salts thereof carboxylic group attached to an aliphatic carbon atom
- C10L1/1883—Carboxylic acids; metal salts thereof carboxylic group attached to an aliphatic carbon atom polycarboxylic acid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
- C10L1/14—Organic compounds
- C10L1/22—Organic compounds containing nitrogen
- C10L1/222—Organic compounds containing nitrogen containing at least one carbon-to-nitrogen single bond
- C10L1/2222—(cyclo)aliphatic amines; polyamines (no macromolecular substituent 30C); quaternair ammonium compounds; carbamates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2010/00—Metal present as such or in compounds
- C10N2010/06—Groups 3 or 13
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2020/00—Specified physical or chemical properties or characteristics, i.e. function, of component of lubricating compositions
- C10N2020/01—Physico-chemical properties
- C10N2020/055—Particles related characteristics
- C10N2020/06—Particles of special shape or size
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2030/00—Specified physical or chemical properties which is improved by the additive characterising the lubricating composition, e.g. multifunctional additives
- C10N2030/06—Oiliness; Film-strength; Anti-wear; Resistance to extreme pressure
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
- C10N2040/25—Internal-combustion engines
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
- C10N2040/25—Internal-combustion engines
- C10N2040/252—Diesel engines
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Emulsifying, Dispersing, Foam-Producing Or Wetting Agents (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Данная заявка имеет отношение к: РСТ/US 07/077545, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ ДИОКСИДА ЦЕРИЯ и РСТ/US 07/007535, ТОПЛИВНАЯ ДОБАВКА, СОДЕРЖАЩАЯ НАНОЧАСТИЦЫ ДИОКСИДА ЦЕРИЯ, обе из которых зарегистрированы 4 сентября 2007; которые заявляют приоритет от: предварительная заявка, порядковый №60/824514, ЦЕРИЙСОДЕРЖАЩАЯ ТОПЛИВНАЯ ДОБАВКА, зарегистрированная 5 сентября 2006; предварительная заявка, порядковый №60/911159, ОБРАТНО-МИЦЕЛЛЯРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ТОПЛИВНОЙ ДОБАВКИ, зарегистрированная 11 апреля 2007; и предварительная заявка, порядковый №60/938314, ОБРАТНО-МИЦЕЛЛЯРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ТОПЛИВНОЙ ДОБАВКИ, зарегистрированная 16 мая 2007. Содержания всех этих заявок включены в данное описание посредством ссылки.This application relates to: PCT / US 07/077545, METHOD FOR PRODUCING CERIUM DIOXIDE NANOPARTICLES and PCT / US 07/007535, FUEL ADDITION CONTAINING CERIUM DIOXIDE NANOPARTICLES, both of which were registered on September 4, 2007; which claim priority from: provisional application,
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение касается, в общем, наночастиц диоксида церия и, в частности, наночастиц диоксида церия, Се1-хМхО2, содержащих один или несколько переходных металлов (М), и способа получения таких частиц. Эти наночастицы пригодны в качестве компонентов композиций топливных добавок, таких как нанесенное покрытие для каталитических конвертеров или как катализатор для реакции восстановления/окисления.The present invention relates, in general, to cerium dioxide nanoparticles and, in particular, cerium dioxide, Ce 1-x M x O 2 nanoparticles containing one or more transition metals (M), and a method for producing such particles. These nanoparticles are suitable as components of fuel additive compositions, such as coated for catalytic converters or as a catalyst for the reduction / oxidation reaction.
Уровень техники изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION
Грузоперевозки составляют больше чем 5% от GDP США и содержат больше чем 500000 предоставляющих по найму, частных и правительственных хозяйств, включая собственников. Они являются барометром экономики США, представляющим приблизительно 70% тоннажа, выполняемого всеми видами внутренних грузовых перевозок, включая промышленные и розничные товары. Эта индустрия выполняется почти исключительно с помощью дизельных двигателей (двигателей компрессионного зажигания), которые характеризуются более высоким вращающим моментом, достигаемым при низких об/мин, и на 25% большей термодинамической эффективностью по сравнению с двигателями искрового зажигания (бензиновыми). В результате 2007 ЕРА, предписывающего снижение выбросов оксидов азота (NOx) и дизельных частиц (DPM или сажа), дизельные транспортные средства теперь должны оборудоваться катализаторами дизельного окисления (DOC) или некоторой формой каталитического конвертера и сжигать дизельное топливо с очень низким содержанием серы ULSD (<15 ч/млн S). Эти и другие технологии, такие как EGR (рециркуляция газовых выбросов) должны удовлетворять стандартам ЕРА, предписывающим выбросы. ULSD требование является следствием сернистого отравления благородных металлов в DOC из-за высоких уровней серы. Это постановление имеет далеко идущие последствия, так как (на дороге) дизельное топливо в США потребляется в огромном количестве, 650 М галлон/неделю, которое находится на втором месте только относительно бензина (1300 М галлон/неделю).Shipping accounts for more than 5% of US GDP and contains more than 500,000 self-employed, private and government households, including property owners. They are a barometer of the US economy, representing approximately 70% of the tonnage carried by all types of domestic freight transport, including industrial and retail goods. This industry is carried out almost exclusively with the help of diesel engines (compression ignition engines), which are characterized by a higher torque achieved at low rpm and 25% greater thermodynamic efficiency compared to spark ignition engines (gasoline). As a result of the 2007 EPA, which mandates the reduction of nitrogen oxides (NO x ) and diesel particles (DPM or soot), diesel vehicles must now be equipped with diesel oxidation catalysts (DOC) or some form of catalytic converter and burn diesel with very low sulfur content ULSD (<15 ppm S). These and other technologies, such as EGR (gas recirculation), must meet EPA emission standards. The ULSD requirement is the result of sulfur poisoning of precious metals in the DOC due to high sulfur levels. This decree has far-reaching consequences, since (on the road) diesel fuel in the USA is consumed in huge quantities, 650 M gallon / week, which is in second place only with respect to gasoline (1300 M gallon / week).
Вычислено, что затраты из-за данных постановлений ЕРА добавят приблизительно $0,39 к стоимости одного галлона дизельного топлива. Эта величина делится на следующие компоненты: увеличенная стоимость двигателей ($0,11/гал), обслуживание ловушек частиц ($0,05/гал), экономия расхода топлива ($0,09/гал), увеличение ULSD ($0,06/гал) и более низкое энергетическое содержание ULSD топлива ($0,08/гал).It is estimated that the costs due to these EPA regulations will add approximately $ 0.39 to the cost of one gallon of diesel. This value is divided into the following components: increased engine costs ($ 0.11 / gal), maintenance of particle traps ($ 0.05 / gal), fuel economy ($ 0.09 / gal), increased ULSD ($ 0.06 / gal) and lower energy content of ULSD fuel ($ 0.08 / gal).
Ясно, что любая технология, которая сможет обеспечить снижение DPM и других выбросов одновременно с увеличением экономии топлива (измеряемого путем увеличения миль-на-галлон), будет воспринята как огромное преимущество для финансов и окружающей среды.It is clear that any technology that can reduce DPM and other emissions at the same time as increasing fuel economy (measured by increasing mpg) will be seen as a huge advantage for finance and the environment.
Дизельные топливные добавки, в частности, добавки, которые включают неорганические металлические и металлоксидные материалы в противоположность органическим материалам, обещают снижение DPM и улучшение экономии топлива.Diesel fuel additives, in particular additives that include inorganic metallic and metal oxide materials as opposed to organic materials, promise a reduction in DPM and improved fuel economy.
Kracklaurer, патент США №4389220, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки, описывает способ создания условий для дизельных двигателей, в которых дизельный двигатель работает на дизельном топливе, содержащем приблизительно 20-30 ч/млн дициклопентадиенила железа, в течение периода времени, достаточного для устранения углеродных отложений с поверхностей сгорания двигателя и для осаждения слоя оксида железа на поверхностях сгорания, который эффективен для предотвращения дальнейшего нарастания углеродных отложений. Затем дизельный двигатель работает при поддерживающей концентрации приблизительно 10-15 ч/млн дициклопентадиенила железа или эквивалентного количества его производного на непрерывной основе. Поддерживающая концентрация эффективна в поддержании каталитического слоя оксида железа на поверхностях сгорания, но недостаточна для уменьшения временной задержки в двигателе. Добавленный дициклопентадиенил железа может приводить к образованию оксида железа на поверхности цилиндра двигателя (Fe2O3), который реагирует с углеродными отложениями (сажей), образуя Fe и СО2, тем самым удаляя отложения. Однако этот способ может ускорять старение двигателя из-за образования ржавчины.Kracklaurer, US patent No. 4389220, the contents of which are incorporated into this description by reference, describes a method for creating conditions for diesel engines in which a diesel engine runs on diesel fuel containing about 20-30 ppm dicyclopentadienyl iron for a period of time sufficient to remove carbon deposits from the combustion surfaces of the engine and to deposit a layer of iron oxide on the combustion surfaces, which is effective to prevent further buildup of carbon deposits. The diesel engine is then operated at a maintenance concentration of about 10-15 ppm dicyclopentadienyl iron or an equivalent amount of its derivative on a continuous basis. The maintenance concentration is effective in maintaining the catalytic layer of iron oxide on the combustion surfaces, but is insufficient to reduce the time delay in the engine. The added iron dicyclopentadienyl can lead to the formation of iron oxide on the surface of the engine cylinder (Fe 2 O 3 ), which reacts with carbon deposits (soot) to form Fe and CO 2 , thereby removing deposits. However, this method can accelerate engine aging due to rust formation.
Valentine et al., публикация патентной заявки США №2003/0148235, содержание которой включено в данное описание посредством ссылки, описывает особые биметаллические или триметаллические катализаторы сгорания топлива для увеличения эффективности сгорания топлива. Данные катализаторы снижают загрязнение теплопереносящих поверхностей несгоревшим углеродом, ограничивая количество вторичной добавочной золы, которая может сама вызывать перегрузку сборников частиц или выбросов токсичных сверхтонких частиц, когда они применяются в формах и количествах, обычно применяемых. Путем использования топлива, содержащего топливно-растворимый катализатор, образованный из платины и, по меньшей мере, одного дополнительного металла, содержащего церий и/или железо, производство загрязнителей, образующихся при неполном сгорании, уменьшается. Сверхнизкие уровни нетоксичных металлических катализаторов сгорания могут применяться для улучшения возврата тепла и снижения выбросов регулируемых загрязнителей. Однако топливные добавки этого типа, в дополнение к использованию редких и дорогих металлов, таких как платина, могут требовать нескольких месяцев до того, как двигатель будет "кондиционирован". Выражение "кондиционирован" означает, что все преимущества данной добавки не получаются до тех пор, пока двигатель не проработает с данным катализатором в течение некоторого периода времени. Начальное кондиционирование может требовать 45 дней, и возможные преимущества могут не получаться до 60-90 дней. Дополнительно, свободный металл может выбрасываться из выхлопной системы в атмосферу, где он может затем реагировать с живыми организмами.Valentine et al., U.S. Patent Application Publication No. 2003/0148235, the contents of which are incorporated herein by reference, describes specific bimetallic or trimetallic fuel combustion catalysts to increase fuel combustion efficiency. These catalysts reduce the contamination of heat-transfer surfaces with unburned carbon by limiting the amount of secondary additive ash, which can itself cause overloading of particle collectors or emissions of toxic ultrafine particles when they are used in the forms and quantities commonly used. By using fuel containing a fuel-soluble catalyst formed from platinum and at least one additional metal containing cerium and / or iron, the production of pollutants resulting from incomplete combustion is reduced. Ultra-low levels of non-toxic metal combustion catalysts can be used to improve heat recovery and reduce emissions of controlled pollutants. However, fuel additives of this type, in addition to using rare and expensive metals such as platinum, may require several months before the engine is “conditioned”. The expression "conditioned" means that all the advantages of this additive are not obtained until the engine has been working with this catalyst for a certain period of time. Initial conditioning may take 45 days, and potential benefits may not be obtained until 60-90 days. Additionally, free metal can be released from the exhaust system into the atmosphere, where it can then react with living organisms.
Диоксид церия широко используется в качестве катализатора в конвертерах для устранения токсичных выхлопных газов и снижения выбросов частиц в дизельных транспортных средствах. В каталитическом конвертере диоксид церия может действовать как химически активный компонент, высвобождая кислород в присутствии восстановительных газов, а также удаляя кислород путем взаимодействия с окислительными частицами.Cerium dioxide is widely used as a catalyst in converters to eliminate toxic exhaust gases and reduce particle emissions in diesel vehicles. In a catalytic converter, cerium dioxide can act as a chemically active component, releasing oxygen in the presence of reducing gases, and also removing oxygen by interacting with oxidizing particles.
Диоксид церия может запасать и высвобождать кислород путем обратимого процесса, представленного уравнением 1.Cerium dioxide can store and release oxygen by the reversible process represented by equation 1.
СеО2← →СеО2-х+х/2 О2 (ур.1)СеО 2 ← → СеО 2-х + х / 2 О 2 ( Lv. 1 )
Этот процесс называется способностью сохранения кислорода (OSC) оксидом церия. Здесь оксид церия выступает как буфер хранения кислорода (подобно буферу рН), высвобождая кислород в областях пространства, где концентрация или давление кислорода является низким, и поглощая кислород в областях пространства, где давление кислорода является высоким. Когда х=0,5, оксид церия эффективно полностью восстанавливается до Се2О3, и максимальное теоретическое OSC составляет 1452 микромолей О2 на грамм оксида церия. Окислительно-восстановительный потенциал между ионами Се3+ и Се4+ лежит между 1,3 и 1,8 В и сильно зависит от присутствующих анионных групп и химического окружения (CERIUM: A Guide to its Role in Chemical Technology, 1992 by Molycorp. Inc, Library of Congress Catalog Card Number 92-93444)). Это позволяет описанным прямой и обратной реакциям легко протекать в выхлопных газах вблизи стехиометрического соотношения требуемого кислорода (15:1). Диоксид церия может обеспечивать кислород для окисления СО или углеводородов в обедненном кислородом окружении или, напротив, может поглощать кислород для снижения уровней оксидов азота (NOx) в обогащенном кислородом окружении. Подобная каталитическая активность может также протекать, когда диоксид церия добавляют в качестве добавки к топливу, например, дизельному топливу или бензину. Однако, чтобы этот эффект был полезным, диоксид церия должен представлять собой частицы достаточно мелкого размера, т.е. наночастицы (меньше чем 100 нм), чтобы оставаться взвешенным в топливе за счет броуновского движения и не оседать. Кроме того, так как каталитические эффекты зависят от площади поверхности, маленький размер частиц делает нанокристаллический материал более эффективным в качестве катализатора. Введение диоксида церия в топливо служит не только для действия в качестве катализатора для уменьшения токсичных выхлопных газов, производимых сгоранием топлива, например, с помощью "реакции сдвига водяного газа"This process is called oxygen storage capacity (OSC) by cerium oxide. Here, cerium oxide acts as an oxygen storage buffer (like a pH buffer), releasing oxygen in areas of space where oxygen concentration or pressure is low, and absorbing oxygen in areas of space where oxygen pressure is high. When x = 0.5, cerium oxide is effectively completely reduced to Ce 2 O 3 , and the maximum theoretical OSC is 1452 micromoles of O 2 per gram of cerium oxide. The redox potential between Ce 3+ and Ce 4+ ions lies between 1.3 and 1.8 V and is highly dependent on the anionic groups present and the chemical environment (CERIUM: A Guide to its Role in Chemical Technology, 1992 by Molycorp. Inc , Library of Congress Catalog Card Number 92-93444)). This allows the described direct and reverse reactions to easily proceed in exhaust gases near the stoichiometric ratio of the required oxygen (15: 1). Cerium dioxide can provide oxygen for the oxidation of CO or hydrocarbons in an oxygen-depleted environment or, conversely, can absorb oxygen to lower levels of nitrogen oxides (NO x ) in an oxygen-enriched environment. Similar catalytic activity can also occur when cerium dioxide is added as an additive to a fuel, for example diesel fuel or gasoline. However, for this effect to be useful, cerium dioxide must be particles of a sufficiently small size, i.e. nanoparticles (less than 100 nm) to remain suspended in the fuel due to Brownian motion and not to settle. In addition, since the catalytic effects depend on the surface area, the small particle size makes the nanocrystalline material more effective as a catalyst. The introduction of cerium dioxide into the fuel serves not only to act as a catalyst to reduce the toxic exhaust gases produced by the combustion of the fuel, for example, using a “water gas shift reaction”
СО+Н2О→СО2+Н2,СО + Н 2 О → СО 2 + Н 2 ,
но также для облегчения сгорания частиц, которые накапливаются в ловушках частиц, обычно используемых в дизельных двигателях.but also to facilitate the combustion of particles that accumulate in particle traps commonly used in diesel engines.
Как уже упомянуто, наночастицы диоксида церия представляют собой частицы, имеющие средний диаметр меньше чем 100 нм. Для целей данного описания, если не установлено иное, диаметр наночастиц отвечает их гидродинамическому диаметру, который представляет собой диаметр, определяемый с помощью технологии динамического рассеяния света, и включает молекулярные адсорбаты и сопровождающую оболочку сольватации частицы. Альтернативно, геометрический диаметр частицы может быть вычислен с использованием просвечивающей электронной микрографии (ТЕМ).As already mentioned, cerium dioxide nanoparticles are particles having an average diameter of less than 100 nm. For the purposes of this description, unless otherwise stated, the diameter of the nanoparticles corresponds to their hydrodynamic diameter, which is a diameter determined using dynamic light scattering technology, and includes molecular adsorbates and the accompanying particle solvation shell. Alternatively, the geometric diameter of the particle can be calculated using transmission electron micrograph (TEM).
Известны бортовые дозирующие системы транспортного средства, которые распределяют диоксид церия в топливо до того, как оно поступает в двигатель, но такие системы являются сложными и требуют всестороннего электронного контроля для подачи соответствующего количества добавки в топливо. Чтобы избежать таких сложных бортовых систем, наночастицы диоксида церия могут также добавляться в топливо на более ранней стадии, чтобы достичь улучшенной эффективности топлива. Они могут, например, вводиться на нефтеперерабатывающем заводе, обычно вместе с технологическими добавками, такими как, например, добавки, улучшающие цетановое число, или смазочные агенты, или добавляться на резервуарной станции распределения топлива.Vehicle on-board metering systems are known which distribute cerium dioxide into fuel before it enters the engine, but such systems are complex and require comprehensive electronic control to supply the appropriate amount of additive to the fuel. To avoid such complex on-board systems, cerium dioxide nanoparticles can also be added to the fuel at an earlier stage in order to achieve improved fuel efficiency. They can, for example, be introduced at a refinery, usually together with processing aids, such as, for example, cetane number improvers or lubricants, or added at a fuel distribution tank station.
Наночастицы диоксида церия могут также добавляться в центре распределения топлива путем впрыскивания в большие (~100000 гал) объемы топлива, или на меньших складах топливных компаний, что будет позволять подстройку к конкретным индивидуальным требованиям. Кроме того, диоксид церия может добавляться на заправочной станции во время подачи топлива в транспортное средство, что будет иметь потенциальное преимущество улучшения стабилизации распределения частиц.Cerium dioxide nanoparticles can also be added to the fuel distribution center by injection into large (~ 100,000 gal) volumes of fuel, or in smaller warehouses of fuel companies, which will allow adjustment to specific individual requirements. In addition, cerium dioxide can be added at a gas station while fuel is being supplied to the vehicle, which will have the potential advantage of improving stabilization of particle distribution.
Цериевые наночастицы могут формировать керамический слой на цилиндрах двигателя и внутренних движущихся частях, тем самым, по существу, превращая двигатель в каталитическое устройство. Альтернативно, они могут возвращаться в смазочное масло, где они накапливаются. Их каталитическая эффективность происходит из того факта, что они обеспечивают источник атомов кислорода во время горения путем протекания восстановления согласно уравнению (1); однако обычно требуется индукционный период в несколько месяцев до того, как достигаются их mpg (миль на галлон) преимущества. Это, в конечном итоге, приводит к лучшему сгоранию топлива и снижает уровни выбросов материала в виде частиц. Кроме того, в случае использования в качестве топливной добавки, эти наночастицы могут обеспечивать улучшенные параметры двигателя путем снижения трения двигателя. В качестве альтернативного режима ввода, наночастицы диоксида церия могут добавляться в смазочное масло и действовать как агент улучшения смазки, снижая внутреннее трение. Это также будет улучшать эффективность топлива.Cerium nanoparticles can form a ceramic layer on the cylinders of the engine and internal moving parts, thereby essentially transforming the engine into a catalytic device. Alternatively, they can be returned to the lubricating oil, where they accumulate. Their catalytic efficiency stems from the fact that they provide a source of oxygen atoms during combustion by proceeding with reduction according to equation (1); however, an induction period of several months is usually required before their mpg (mpg) benefits are achieved. This ultimately leads to better fuel combustion and reduces particulate emissions. In addition, when used as a fuel additive, these nanoparticles can provide improved engine performance by reducing engine friction. As an alternative input regimen, cerium dioxide nanoparticles can be added to the lubricating oil and act as a lubricant improving agent, reducing internal friction. It will also improve fuel efficiency.
Следующие публикации, все содержания которых включены в данное описание посредством ссылки, описывают топливные добавки, содержащие оксидные соединения церия.The following publications, all contents of which are incorporated herein by reference, describe fuel additives containing cerium oxide compounds.
Hawkins et al., патент США №5449387, описывает оксидное соединение церия (IV), имеющее формулу:Hawkins et al., US Patent No. 5,449,387, describes an oxide compound of cerium (IV) having the formula:
(Н2О)р[СеО(А)2(АН)n]m (H 2 O) p [CeO (A) 2 (AN) n ] m
в которой радикалы А, которые являются одинаковыми или разными, представляют собой каждый анион органической оксикислоты АН, имеющей рКа больше чем 1, р представляет собой целое число в диапазоне от 0 до 5, n представляет собой число в диапазоне от 0 до 2 и m представляет собой целое число в диапазоне от 1 до 12. Органическая оксикислота предпочтительно является карбоновой кислотой, более предпочтительно С2-С20 монокарбоновой кислотой или С4-С12 дикарбоновой кислотой. Данные церий-содержащие соединения могут применяться как катализаторы для сгорания углеводородного топлива.in which the radicals A, which are the same or different, represent each anion of an organic hydroxy acid AN having a pK a greater than 1, p is an integer in the range from 0 to 5, n is a number in the range from 0 to 2 and m represents an integer in the range from 1 to 12. The organic hydroxy acid is preferably a carboxylic acid, more preferably a C 2 -C 20 monocarboxylic acid or a C 4 -C 12 dicarboxylic acid. These cerium-containing compounds can be used as catalysts for the combustion of hydrocarbon fuels.
Valentine et al., патент США №7063729, описывает дизельное топливо с низкими выбросами, которое включает биметаллический топливно-растворимый катализатор с металлом платиновой группы и церием, где церий обеспечивается в виде топливно-растворимого гидроксильного олеатного пропионатного комплекса.Valentine et al., US patent No. 7063729, describes a low emission diesel fuel that includes a bimetallic fuel soluble catalyst with a platinum group metal and cerium, where cerium is provided as a fuel soluble hydroxyl oleate propionate complex.
Chopin et al., патент США №6210451, описывает топливо на основе нефтепродуктов, которое включает стабильный органический золь, который содержит частицы диоксида церия в форме агломератов кристаллитов (предпочтительный размер 3-4 нм), амфифильную кислотную систему, содержащую, по меньшей мере, одну кислоту, у которой полное число углеродов составляет, по меньшей мере, 10, и органическую растворяющую среду. Регулируемый размер частиц не превышает 200 нм.Chopin et al., U.S. Patent No. 6,210,451, describes a petroleum-based fuel that includes a stable organic sol that contains cerium dioxide particles in the form of crystallite agglomerates (preferred size is 3-4 nm), an amphiphilic acid system containing at least one acid, in which the total number of carbons is at least 10, and an organic solvent medium. Adjustable particle size does not exceed 200 nm.
Birchem et al., патент США №6136048, описывает активирующую добавку для топлива дизельных двигателей, которая включает золь, содержащий частицы оксигенатного соединения, имеющего d90 не больше чем 20 нм, амфифильную кислотную систему и растворитель. Частицы оксигенатного соединения металла готовят в растворе по реакции соли редкоземельного элемента, такой как соль церия, с основной средой с последующим получением образованного осадка путем распыления или сублимационной сушки.Birchem et al., US Patent No. 6,136,048 describes an activating additive for diesel engine fuel, which includes a sol containing particles of an oxygenate compound having d 90 not greater than 20 nm, an amphiphilic acid system and a solvent. Particles of the metal oxygenate compound are prepared in solution by the reaction of a salt of a rare-earth element, such as a cerium salt, with a basic medium, followed by obtaining a precipitate formed by spraying or freeze-drying.
Lemaire et al., патент США №6093223, описывает способ получения агрегатов кристаллитов оксида церия путем сжигания углеводородного топлива в присутствии, по меньшей мере, одного соединения церия. Данная сажа содержит, по меньшей мере, 0,1% масс агрегатов кристаллов оксида церия, где размер самых больших частиц составляет 50-10000 ангстрем, размер кристаллитов составляет 50-250 ангстрем, и сажа имеет температуру воспламенения меньше чем 400°С.Lemaire et al., US patent No. 6093223, describes a method for producing aggregates of cerium oxide crystallites by burning hydrocarbon fuels in the presence of at least one cerium compound. This carbon black contains at least 0.1% of the mass of cerium oxide crystal aggregates, where the largest particle size is 50-10000 angstroms, crystallite size is 50-250 angstroms, and carbon black has a flash point of less than 400 ° C.
Hazarika et al., патент США 7195653 В2, описывает способ улучшения эффективности топлива и/или снижения топливных выбросов из аппарата сгорания топлива, где данный способ предусматривает диспергирование, по меньшей мере, мелкозернистого оксида лантанида, особенно диоксида церия, в топливе от 1 до 10 ч/млн, в виде таблетки, капсулы, порошка или жидкой топливной добавки, где мелкозернистый оксид лантана покрывают поверхностно-активным веществом, выбранным из группы, состоящей из алкилкарбоксильных ангидридов и сложных эфиров, имеющих HLB 7 или меньше. Предпочтительным покрытием является додецилянтарный ангидрид.Hazarika et al., US Pat. No. 7,195,653 B2, describes a method for improving fuel efficiency and / or reducing fuel emissions from a fuel combustion apparatus, wherein the method comprises dispersing at least fine-grained lanthanide oxide, especially cerium dioxide, in a fuel of 1 to 10 ppm, in the form of a tablet, capsule, powder or liquid fuel additive, where the fine-grained lanthanum oxide is coated with a surfactant selected from the group consisting of alkyl carboxylic anhydrides and esters having HLB 7 or less. The preferred coating is dodecyl succinic anhydride.
Collier et al., патентная заявка США №2003/0182848, описывает композицию дизельного топлива, которая улучшает характеристики ловушек частиц дизельного топлива и содержит комбинацию 1-25 ч/млн металла в форме добавки соли металла и 100-500 ч/млн маслорастворимой азотсодержащей беззольной моющей добавки. Данный металл может представлять собой щелочной металл, щелочноземельный металл, металл группы IVB, VIIB, VIIIB, IB, IIB или любой из редкоземельных металлов, имеющих атомные номера 57-71, особенно церий, или смеси любых указанных металлов.Collier et al., U.S. Patent Application No. 2003/0182848, describes a diesel fuel composition that improves the performance of diesel particle traps and contains a combination of 1-25 ppm metal in the form of a metal salt additive and 100-500 ppm oil-soluble nitrogen-free ash-free detergent additives. This metal may be an alkali metal, alkaline earth metal, a metal of groups IVB, VIIB, VIIIB, IB, IIB or any of the rare earth metals having atomic numbers 57-71, especially cerium, or a mixture of any of these metals.
Collier et al., патентная заявка США №2003/0221362, описывает композицию дизельного топлива для дизельного двигателя, оборудованного ловушкой частиц, где данная композиция содержит углеводородный растворитель и маслорастворимый карбоксилат металла или комплекс металла, производный от карбоновой кислоты, содержащей не больше чем 125 атомов углерода. Данный металл может представлять собой щелочной металл, щелочноземельный металл, металл группы IVB, VIIB, VIIIB, IB, IIB или редкоземельный металл, включая церий, или смеси любых указанных металлов.Collier et al., US Patent Application No. 2003/0221362, describes a diesel fuel composition for a diesel engine equipped with a particle trap, wherein the composition contains a hydrocarbon solvent and an oil soluble metal carboxylate or a metal complex derived from a carboxylic acid containing not more than 125 atoms carbon. This metal may be an alkali metal, alkaline earth metal, a metal of groups IVB, VIIB, VIIIB, IB, IIB or a rare earth metal, including cerium, or mixtures of any of these metals.
Caprotti et al., патентная заявка США №2004/0035045, описывает композицию дизельного топлива для дизельного двигателя, оборудованного ловушкой частиц. Данная композиция содержит маслорастворимую или диспергируемую в масле соль металла кислотного органического соединения и стехиометрический избыток металла. При добавлении в топливо данная композиция обеспечивает 1-25 ч/млн металла, который выбирают из группы, состоящей из Ca, Fe, Mg, Sr, Ti, Zr, Mn, Zn и Се.Caprotti et al., U.S. Patent Application No. 2004/0035045, describes a diesel fuel composition for a diesel engine equipped with a particle trap. This composition contains an oil-soluble or oil-dispersible metal salt of an acidic organic compound and a stoichiometric excess of metal. When added to the fuel, this composition provides 1-25 ppm of metal, which is selected from the group consisting of Ca, Fe, Mg, Sr, Ti, Zr, Mn, Zn and Ce.
Caprotti et al., патентная заявка США №2005/0060929, описывает композицию дизельного топлива, стабилизированную от фазового разделения, которая содержит коллоидно диспергированное или растворенное металлическое каталитическое соединение и 5-1000 ч/млн стабилизатора, который представляет собой органическое соединение, имеющее липофильную углеводородную цепь, прикрепленную к, по меньшей мере, двум полярным группам, по меньшей мере одна из которых представляет собой карбоновую кислоту или карбоксилатную группу. Данное металлическое каталитическое соединение содержит одно или несколько органических или неорганических соединений или комплексов Ce, Fe, Ca, Mg, Sr, Na, Mn, Pt или их смеси.Caprotti et al., US Patent Application No. 2005/0060929, describes a phase separation stabilized diesel fuel composition that contains a colloidal dispersed or dissolved metal catalyst compound and 5-1000 ppm stabilizer, which is an organic compound having a lipophilic hydrocarbon a chain attached to at least two polar groups, at least one of which is a carboxylic acid or a carboxylate group. This metal catalyst compound contains one or more organic or inorganic compounds or complexes of Ce, Fe, Ca, Mg, Sr, Na, Mn, Pt, or a mixture thereof.
Caprotti et al., патентная заявка США №2006/0000140, описывает композицию топливной добавки, которая содержит, по меньшей мере, одно коллоидное металлическое соединение или частицы и стабилизирующий компонент, который представляет собой продукт конденсации альдегида или кетона и соединения, содержащего один или несколько ароматических фрагментов, содержащих гидроксильный заместитель и другой заместитель, выбранный из углеводорода, -COOR или COR, где R представляет собой водород или углеводород. Коллоидное металлическое соединение предпочтительно содержит, по меньшей мере, один оксид металла, предпочтительными оксидами являются оксид железа, диоксид церия или легированный церием оксид железа.Caprotti et al., US Patent Application No. 2006/0000140, describes a fuel additive composition that contains at least one colloidal metal compound or particles and a stabilizing component that is a condensation product of an aldehyde or ketone and a compound containing one or more aromatic fragments containing a hydroxyl substituent and another substituent selected from a hydrocarbon, —COOR or COR, where R is hydrogen or hydrocarbon. The colloidal metal compound preferably contains at least one metal oxide, preferred oxides are iron oxide, cerium dioxide or cerium doped iron oxide.
Scattergood, международная публикация № WO 2004/065529, описывает способ улучшения эффективности топлива для двигателя внутреннего сгорания, который предусматривает добавление в топливо диоксида церия и/или легированного диоксида церия и, возможно, одной или нескольких топливных добавок.Scattergood, International Publication No. WO 2004/065529, describes a method for improving fuel efficiency for an internal combustion engine, which comprises adding cerium dioxide and / or doped cerium dioxide and possibly one or more fuel additives to the fuel.
Anderson et al., международная публикация № WO 2005/012465, описывает способ улучшения эффективности топлива для двигателя внутреннего сгорания, которое содержит смазочное масло и бензин, где данный способ предусматривает добавление диоксида церия и/или легированного диоксида церия в смазочное масло или бензин.Anderson et al., International Publication No. WO 2005/012465, describes a method for improving fuel efficiency for an internal combustion engine that contains a lubricating oil and gasoline, wherein the method comprises adding cerium dioxide and / or doped cerium dioxide to a lubricating oil or gasoline.
Церий-содержащие наночастицы могут быть получены с помощью множества технологий, известных в данной области техники. Независимо от того, делают ли синтетические наночастицы в гидрофильной или гидрофобной среде, данные частицы обычно требуют стабилизатора, чтобы предотвращать нежелательную агломерацию. Следующие публикации, все содержания которых включены в данное описание посредством ссылки, описывают некоторые из этих технологий синтеза.Cerium-containing nanoparticles can be obtained using a variety of technologies known in the art. Regardless of whether synthetic nanoparticles are made in a hydrophilic or hydrophobic environment, these particles usually require a stabilizer to prevent unwanted agglomeration. The following publications, all contents of which are incorporated herein by reference, describe some of these synthesis technologies.
Chane-Ching et al., патент США №6271269, описывает способ получения стабильных при хранении, органических золей, который содержит: реакцию основного реагента с водным раствором соли кислотного катиона металла с образованием водной коллоидной дисперсии, содержащей избыток гидроксил ионов; контакт данной водной коллоидной дисперсии с органической фазой, содержащей органическую жидкую среду и органическую кислоту; и разделение полученной смеси водной/органической фаз на водную фазу и полученную органическую фазу. Предпочтительными катионами металлов являются катионы церия и железа. Коллоидные частицы имеют гидродинамические диаметры в диапазоне 5-20 нанометров.Chane-Ching et al., US Pat. No. 6,272,269, describes a process for preparing storage-stable organic sols which comprises: reacting a basic reagent with an aqueous solution of a metal acid cation salt to form an aqueous colloidal dispersion containing an excess of hydroxyl ions; contacting this aqueous colloidal dispersion with an organic phase containing an organic liquid medium and organic acid; and separating the resulting mixture of the aqueous / organic phases into the aqueous phase and the resulting organic phase. Preferred metal cations are cerium and iron cations. Colloidal particles have hydrodynamic diameters in the range of 5-20 nanometers.
Chane-Ching et al., патент США №6649156, описывает органический золь, содержащий частицы диоксида церия, которые получены с помощью процесса термического гидролиза; органическую жидкую фазу; и, по меньшей мере, одно амфифильное соединение, выбранное из полиоксиэтиленированных алкилэфиров карбоновых кислот, фосфатов полиоксиэтиленированных алкилэфиров, диалкилсульфосукцинатов и четвертичных аммониевых соединений. Содержание воды в данных золях может быть не больше чем 1%. Средний размер кристаллита приблизительно 5 нм, тогда как агломераты частиц из этих кристаллитов имеют размеры от 200 до 10 нм.Chane-Ching et al., US patent No. 6649156, describes an organic sol containing particles of cerium dioxide, which are obtained using the process of thermal hydrolysis; organic liquid phase; and at least one amphiphilic compound selected from polyoxyethylene alkyl ethers of carboxylic acids, phosphates of polyoxyethylene alkyl ethers, dialkyl sulfosuccinates and quaternary ammonium compounds. The water content in these sols can be no more than 1%. The average crystallite size is approximately 5 nm, while agglomerates of particles from these crystallites have sizes from 200 to 10 nm.
Chane-Ching et al., патент США №7008965, описывает водную коллоидную дисперсию соединения церия и, по меньшей мере, одного другого металла, где данная дисперсия имеет проводимость, самое большее, 5 мСм/см и рН от 5 до 8.Chane-Ching et al., US Pat. No. 7,008,965, describes an aqueous colloidal dispersion of a cerium compound and at least one other metal, where the dispersion has a conductivity of at most 5 mS / cm and a pH of 5 to 8.
Chane-Ching et al., публикация патентной заявки США №2004/0029978 (зарегистрированная 7 декабря 2005), описывает поверхностно-активное вещество, образованное из, по меньшей мере, одной наночастицы, которая имеет амфифильные свойства и основана на оксиде, гидроксиде и/или оксигидроксиде металла, с поверхностью которого связаны органические цепи с гидрофобными свойствами. Металл предпочтительно выбирают из церия, алюминия, титана или кремния, и алкильная цепь содержит 6-30 атомов углерода или полиоксиэтиленовый моноалкильный простой эфир, алкильная цепь которого содержит 8-30 атомов углерода, а полиоксиэтиленовая часть содержит 1-10 оксиэтиленовых групп. Данная частица является изотопической или сферической частицей, имеющей средний диаметр 2-40 нм.Chane-Ching et al., U.S. Patent Application Publication No. 2004/0029978 (registered December 7, 2005), describes a surfactant formed from at least one nanoparticle that is amphiphilic and based on oxide, hydroxide and / or oxyhydroxide metal, with the surface of which organic chains are connected with hydrophobic properties. The metal is preferably selected from cerium, aluminum, titanium or silicon, and the alkyl chain contains 6-30 carbon atoms or a polyoxyethylene monoalkyl ether, the alkyl chain of which contains 8-30 carbon atoms, and the polyoxyethylene portion contains 1-10 hydroxyethylene groups. This particle is an isotopic or spherical particle having an average diameter of 2-40 nm.
Blanchard et al., публикация патентной заявки США №2006/0005465, описывает органическую коллоидную дисперсию, содержащую: частицы, по меньшей мере, одного соединения, основанного на, по меньшей мере, одном редкоземельном элементе, по меньшей мере, одной кислоте и, по меньшей мере, одном разбавителе, где, по меньшей мере, 90% частиц являются монокристаллическими. Пример 1 описывает получение коллоидного раствора диоксида церия из ацетата церия и органической фазы, которая включает углеводородную смесь Isopar и изостеариновую кислоту. Полученные частицы диоксида церия имеют d50 2,5 нм, размер 80% частиц был в диапазоне 1-4 нм.Blanchard et al., U.S. Patent Application Publication No. 2006/0005465, describes an organic colloidal dispersion comprising: particles of at least one compound based on at least one rare earth element, at least one acid, and, according to at least one diluent, where at least 90% of the particles are single crystal. Example 1 describes the preparation of a colloidal solution of cerium dioxide from cerium acetate and an organic phase that includes an Isopar hydrocarbon mixture and isostearic acid. The obtained particles of cerium dioxide have a d 50 of 2.5 nm, the size of 80% of the particles was in the range of 1-4 nm.
Zhou et al., патент США №7025943, описывает способ получения кристаллов диоксида церия, который включает: смешивание первого раствора водорастворимой соли церия со вторым раствором гидроксида щелочного металла или аммония; взбалтывание полученного раствора реагентов в условиях турбулентного течения, сопровождающееся пропусканием газообразного кислорода через раствор; и осаждение частиц диоксида церия, имеющих основной размер частиц в диапазоне 3-100 нм. Установлено, что в примере 1 размер частиц составляет приблизительно 3-5 нм. Нет упоминания о стабилизирующем агенте, и предполагается, что золи будут, в итоге, агломерироваться и оседать.Zhou et al., US patent No. 7025943, describes a method for producing crystals of cerium dioxide, which includes: mixing the first solution of a water-soluble salt of cerium with a second solution of alkali metal or ammonium hydroxide; shaking the resulting reagent solution under turbulent flow conditions, accompanied by passing gaseous oxygen through the solution; and the deposition of particles of cerium dioxide having a main particle size in the range of 3-100 nm. It was found that in example 1, the particle size is approximately 3-5 nm. There is no mention of a stabilizing agent, and it is assumed that the sols will eventually agglomerate and settle.
Sandford et al., WO 2008/002223 А2, описывает технологию водного осаждения, которая производит диоксид церия непосредственно без последующего прокаливания. Катион Се+3 медленно окисляется до Се+4 с помощью иона нитрата, и стабильный, не агломерирующийся золь с размером кристаллитов 11 нм (и приблизительно равным размером зерен) получается, когда уксусную кислоту используют в качестве стабилизатора. Интересно, что ЭДТА и лимонная кислота дают зерна с размерами кристаллитов порядка нескольких сотен нанометров.Sandford et al., WO 2008/002223 A2, describes an aqueous deposition technique that produces cerium dioxide directly without subsequent calcination. The Ce 3 cation is slowly oxidized to Ce + 4 with a nitrate ion, and a stable, non-agglomerating sol with a crystallite size of 11 nm (and approximately equal grain size) is obtained when acetic acid is used as a stabilizer. Interestingly, EDTA and citric acid produce grains with crystallite sizes of the order of several hundred nanometers.
Woodhead, James, L., патент США №4231893, описывает получение водной дисперсии оксида церия путем кислотной обработки Се(ОН)4, который был получен путем пероксидной обработки Се3+ в основании. Не предоставлено данных о размерах, и при требуемом для стабилизации рН 1,5 вероятным стабилизатором является анион NO3 -.Woodhead, James, L., U.S. Patent No. 4,231,893, describes the preparation of an aqueous dispersion of cerium oxide by acid treatment of Ce (OH) 4 , which was obtained by peroxidizing Ce 3+ in a base. No size data were provided, and at the required pH of 1.5 to stabilize, the NO 3 - anion is a likely stabilizer.
Noh et al., публикация патентной заявки США №2004/0241070, описывает способ получения нанопорошка монокристаллов диоксида церия, содержащий: получение гидроксида церия путем осаждения соли церия в присутствии смеси растворителей из органического растворителя и воды, предпочтительно в отношении от приблизительно 0,1:1 до приблизительно 5:1 по массе; и гидротермическую реакцию гидроксида церия. Нанопорошок имеет размер частиц приблизительно 30-300 нм.Noh et al., U.S. Patent Application Publication No. 2004/0241070, describes a method for producing a cerium dioxide single crystal nanopowder comprising: preparing cerium hydroxide by precipitation of a cerium salt in the presence of a mixture of solvents from an organic solvent and water, preferably in a ratio of about 0.1: 1 to about 5: 1 by weight; and the hydrothermal reaction of cerium hydroxide. The nanopowder has a particle size of approximately 30-300 nm.
Chan, публикация патентной заявки США №2005/0031517, описывает способ получения наночастиц диоксида церия, который включает: быстрое смешивание водного раствора нитрата церия с водным гексаметилентетрамином, где температуру поддерживают не выше чем приблизительно 320°К, когда наночастицы формируются в полученной смеси; и отделение образованных наночастиц. Смешивающая аппаратура предпочтительно содержит механическую мешалку и центрифугу. В иллюстративном примере сообщается, что полученные частицы диоксида церия имеют диаметр приблизительно 12 нм.Chan, US Patent Application Publication No. 2005/0031517, describes a method for producing cerium dioxide nanoparticles, which comprises: rapidly mixing an aqueous solution of cerium nitrate with aqueous hexamethylenetetramine, where the temperature is maintained at no higher than about 320 ° K when the nanoparticles are formed in the resulting mixture; and separating the formed nanoparticles. The mixing apparatus preferably comprises a mechanical stirrer and a centrifuge. In an illustrative example, it is reported that the obtained particles of cerium dioxide have a diameter of approximately 12 nm.
Ying et al., патенты США №6413489 и 6869584, описывает синтез с помощью обратно-мицеллярной технологии наночастиц, которые свободны от агломерации и имеют размер частиц меньше чем 100 нм и площадь поверхности, по меньшей мере, 20 м2/г. Данный способ содержит введение керамического предшественника, который содержит алкоксид бария и алкоксид алюминия, в присутствии обратной эмульсии.Ying et al., US Pat. Nos. 6,413,489 and 6,869,584, describe reverse-micellar synthesis of nanoparticles that are free from agglomeration and have a particle size of less than 100 nm and a surface area of at least 20 m 2 / g. This method comprises introducing a ceramic precursor that contains barium alkoxide and aluminum alkoxide in the presence of an inverse emulsion.
Родственная публикация, Ying et al., публикация патентной заявки США №2005/0152832, описывает синтез, с помощью обратно-мицеллярной технологии в эмульсии, имеющей содержание воды 1-40%, наночастиц, которые свободны от агломерации и имеют размер частиц меньше чем 100 нм. Данные наночастицы предпочтительно представляют собой частицы оксида металла, которые могут использоваться для окисления углеводородов.A related publication, Ying et al., U.S. Patent Application Publication No. 2005/0152832, describes the synthesis, using reverse micellar technology in an emulsion having a water content of 1-40%, of nanoparticles that are free from agglomeration and have a particle size of less than 100 nm These nanoparticles are preferably metal oxide particles that can be used to oxidize hydrocarbons.
Hanawa et al., патент США №5938837, описывает способ получения частиц диоксида церия, предназначенных, главным образом, для использования в качестве полирующего агента, который включает смешивание, при перемешивании, водного раствора нитрата церия с основанием, предпочтительно водным аммиаком, при таком отношении смешивания, что величина рН смеси лежит в диапазоне от 5 до 10, предпочтительно от 7 до 9, затем быстрый нагрев полученной смеси до температуры 70-100°С и созревание смеси нитрата церия с основанием при этой температуре с образованием зерен. Полученные зерна однородны по размеру и форме и имеют средний размер частиц 10-80 нм, предпочтительно 20-60 нм.Hanawa et al., US patent No. 5938837, describes a method for producing particles of cerium dioxide, intended mainly for use as a polishing agent, which includes mixing, with stirring, an aqueous solution of cerium nitrate with a base, preferably aqueous ammonia, in this regard mixing, that the pH of the mixture lies in the range from 5 to 10, preferably from 7 to 9, then quickly heating the resulting mixture to a temperature of 70-100 ° C and maturing the cerium nitrate mixture with the base at this temperature to form grains. The resulting grains are uniform in size and shape and have an average particle size of 10-80 nm, preferably 20-60 nm.
Европейская патентная заявка ЕР 0208580, опубликованная 14 января 1987, изобретатель Chane-Ching, заявитель Rhone Poulenc, описывает соединение церия (IV), соответствующее общей формулеEuropean patent application EP 0208580, published January 14, 1987, inventor Chane-Ching, applicant Rhone Poulenc, describes a compound of cerium (IV) corresponding to the General formula
Се(М)х(ОН)у(NO3)2 Ce (M) x (OH) y (NO 3 ) 2
где М обозначает щелочной металл или четвертичный аммониевый радикал, х составляет от 0,01 до 0,2, у является таким, что у=4-z+х, и z составляет от 0,4 до 0,7. Способ получения коллоидной дисперсии данного соединения церия (IV) дает частицы с гидродинамическим диаметром от приблизительно 1 нм до приблизительно 60 нм, приемлемо от приблизительно 1 нм до приблизительно 10 нм и желательно приблизительно от 3 нм до 8 нм.where M is an alkali metal or Quaternary ammonium radical, x is from 0.01 to 0.2, y is such that y = 4-z + x, and z is from 0.4 to 0.7. A method for producing a colloidal dispersion of this cerium (IV) compound produces particles with a hydrodynamic diameter of from about 1 nm to about 60 nm, suitably from about 1 nm to about 10 nm, and preferably from about 3 nm to 8 nm.
S. Sanhyamurthy et al., Nano Technology 16, (2005), pp 1960-1964, описывает обратно-мицеллярный синтез СеО2 из нитрата церия с использованием гидроксида натрия в качестве осаждающего агента и н-октана, содержащего поверхностно-активное вещество бромид цетилтриметиламмония (СТАВ), и дополнительное поверхностно-активное вещество 1-бутанол в качестве масляной фазы. Полученные полиэдрические частицы имеют средний размер 3,7 нм и демонстрируют агломерацию, когда удаляются из их защитной обратно-мицеллярной структуры. Кроме того, ожидается, что данная реакция будет протекать с низким выходом (для реагентов А и В есть много столкновений АВ, приводящих к продукту, и АА и ВВ непродуктивных столкновений).S. Sanhyamurthy et al., Nano Technology 16, (2005), pp 1960-1964, describes reverse micellar synthesis of CeO 2 from cerium nitrate using sodium hydroxide as a precipitating agent and n-octane containing cetyltrimethylammonium bromide surfactant (CTAB), and additional surfactant 1-butanol as the oil phase. The resulting polyhedral particles have an average size of 3.7 nm and exhibit agglomeration when removed from their protective inverse micellar structure. In addition, it is expected that this reaction will proceed with a low yield (for reagents A and B, there are many collisions AB leading to the product, and AA and BB unproductive collisions).
Seal et al., Journal of Nano Particle Research, (2002), 4, pp 433-448, описывает получение из нитрата церия и гидроксида аммония нанокристаллических частиц оксида церия для высокотемпературного, устойчивого к окислению покрытия с использованием водной микроэмульсионной системы, содержащей АОТ в качестве поверхностно-активного вещества и толуол в качестве масляной фазы. Наночастицы оксида церия, образованные в верхней масляной фазе реакционной смеси, имели размер частиц 5 нм.Seal et al., Journal of Nano Particle Research, (2002), 4, pp 433-448, describes the preparation of cerium nitride and ammonium hydroxide nanocrystalline particles of cerium oxide for a high temperature, oxidation-resistant coating using an aqueous microemulsion system containing AOT in as a surfactant; and toluene as an oil phase. Cerium oxide nanoparticles formed in the upper oil phase of the reaction mixture had a particle size of 5 nm.
Seal et al., патент США №7419516, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки, описывает применение наночастиц оксида редкоземельного металла, предпочтительно оксида церия, в качестве топливных добавок для снижения образования сажи. Частицы, которые получали с помощью обратно-мицеллярного способа, используя толуол в качестве масляной фазы и АОТ в качестве поверхностно-активного вещества, имеют диаметры в диапазоне приблизительно 2-7 нм, средний диаметр приблизительно 5 нм.Seal et al., US Pat. No. 7,419,516, the contents of which are incorporated herein by reference, describes the use of rare earth metal oxide nanoparticles, preferably cerium oxide, as fuel additives to reduce soot formation. Particles that were obtained using the reverse micellar method using toluene as the oil phase and AOT as a surfactant have diameters in the range of about 2-7 nm, an average diameter of about 5 nm.
Pang et al., J. Mater. Chem., 12 (2002), pp 3699-3704, получали наночастицы Al2O3 с помощью микроэмульсионного способа вода-в-масле, используя масляную фазу, содержащую циклогексан и неионное поверхностно-активное вещество Triton X-114, и водную фазу, содержащую 1,0 М AlClO3. Полученные частицы Al2O3, которые имели размер частиц 5-15 нм, оказались совершенно отличными от полых шаровидных частиц субмикронного размера, полученных с помощью способа прямого осаждения.Pang et al., J. Mater. Chem., 12 (2002), pp 3699-3704, prepared Al 2 O 3 nanoparticles using a water-in-oil microemulsion method using an oil phase containing cyclohexane and a non-ionic surfactant Triton X-114 and an aqueous phase, containing 1.0 M AlClO 3 . The obtained Al 2 O 3 particles, which had a particle size of 5-15 nm, turned out to be completely different from the hollow spherical particles of submicron size obtained using the direct deposition method.
Cuif et al., патент США №6133194, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки, описывает способ, который включает реакцию раствора соли металла, содержащего церий, цирконий или их смесь, основания, возможно, окислительного агента и добавки, выбранной из группы, состоящей из анионных поверхностно-активных веществ, неионных поверхностно-активных веществ, полиэтиленгликолей, карбоновых кислот и карбоксилатных солей, с образованием продукта. Данный продукт затем прокаливали при температурах больше чем 500°С (что будет эффективно карбонизовать заявленные поверхностно-активные вещества).Cuif et al., US Patent No. 6,133,194, the contents of which are incorporated herein by reference, describes a process that involves reacting a metal salt solution containing cerium, zirconium or a mixture thereof, a base, optionally an oxidizing agent and an additive selected from the group consisting of anionic surfactants, nonionic surfactants, polyethylene glycols, carboxylic acids and carboxylate salts, to form a product. This product was then calcined at temperatures greater than 500 ° C (which would effectively carbonize the declared surfactants).
Следует принять во внимание, что, хотя многие авторы заявляют наночастицы оксида церия гораздо ниже 5 нм, никаких рентгеновских данных или данных электронной дифракции не представлено, чтобы четко установить, что зерна действительно представляют собой кубический СеО2, а не гексагональный или кубический Се2О3. Есть существенное сомнение, что кубический СеО2 является термодинамически стабильным при очень малом размере зерен, и что данные зерна, в действительности, представляют собой восстановленную и более стабильную, гексагональную форму Се2О3. S. Tsunekawa, R, Sivamohan, S. Ito, A. Kasuya and T. Fukada in Nanostructured Materials, vol 11, no. 1, pp 141-147 (1999).It should be borne in mind that although many authors claim cerium oxide nanoparticles are much lower than 5 nm, no X-ray or electron diffraction data are presented to clearly establish that the grains are indeed cubic CeO 2 and not hexagonal or cubic Ce 2 O 3 . There is substantial doubt that cubic CeO 2 is thermodynamically stable with a very small grain size, and that these grains, in fact, are a reduced and more stable, hexagonal form of Ce 2 O 3 . S. Tsunekawa, R, Sivamohan, S. Ito, A. Kasuya and T. Fukada in Nanostructured Materials, vol 11, no. 1, pp 141-147 (1999).
"Structural Study on Monosize CeO2-x Nanoparticles", в частности, высказывает сомнение в существовании СеО2 при или ниже 1,5 нм.The Structural Study on Monosize CeO 2-x Nanoparticles, in particular, casts doubt on the existence of CeO 2 at or below 1.5 nm.
Дополнительное свидетельство в существовании Се3+ (и, соответственно, Се2О3) при очень маленьких диаметрах зерен приходит из работы Dephandle et al., in Applied Physics Letters 87, 133113 (2005) "Size Dependency Variation in Lattice Parameter and Valency States in Nano Crystalline Cerium Oxide", который обнаружил следующее логарифмическое линейное соотношение между изменением постоянной решетки,Additional evidence for the existence of Ce 3+ (and, accordingly, Ce 2 O 3 ) for very small grain diameters comes from Dephandle et al., In Applied Physics Letters 87, 133113 (2005) "Size Dependency Variation in Lattice Parameter and Valency States in Nano Crystalline Cerium Oxide, "which discovered the following logarithmic linear relationship between the change in lattice constant,
Δа=а-а0 (а0=5,43 Å в СеО2) и диаметром кристалла D:Δa = aa 0 (a 0 = 5.43 Å in CeO 2 ) and the crystal diameter D:
log Δа=-0,4763 log D -1,5029 (ур.2)log Δa = -0.4763 log D -1.5029 (ur. 2)
Таким образом, диаметр зерна 10 нм будет вызывать деформацию решетки или изменение постоянной решетки 0,0103 Å или 1,91%, тогда как диаметр зерна 1 нм будет вызывать изменение 0,031 Å или 5,73 процента.Thus, a grain diameter of 10 nm will cause a lattice deformation or a change in the lattice constant of 0.0103 Å or 1.91%, while a grain diameter of 1 nm will cause a change of 0.031 Å or 5.73 percent.
Степень, в которой СеО2 может действовать как каталитический, накапливающий кислород материал, описанный уравнением 1, задается, отчасти, размером частиц СеО2. При размерах частиц 20 нм и ниже, параметр решетки сильно увеличивается с уменьшением размера кристаллита (до 0,45% при 6 нм, смотри, например, Zhang, et al., Applied Physics Letters, 80 1, 127 (2002)). Соответствующая, вызванная размером деформация решетки сопровождается увеличением поверхностных кислородных вакансий, что приводит к повышенной каталитической активности. Эта обратная зависимость активности от размера обеспечивает не только более эффективные топливные элементы, но более хорошие окислительные свойства при применении в сгорании нефтяных топлив.The extent to which CeO 2 can act as a catalytic oxygen storage material described by Equation 1 is determined in part by the particle size of CeO 2 . At particle sizes of 20 nm or lower, the lattice parameter increases significantly with decreasing crystallite size (to 0.45% at 6 nm, see, for example, Zhang, et al., Applied Physics Letters, 80 1, 127 (2002)). The corresponding size-induced lattice deformation is accompanied by an increase in surface oxygen vacancies, which leads to increased catalytic activity. This inverse dependence of activity on size provides not only more efficient fuel cells, but also better oxidizing properties when used in the combustion of petroleum fuels.
Как описано выше, сообщалось о различных способах и устройствах для получения цериевых наночастиц, включая описанные Chane-Ching, et al., патент США №5017352; Hanawa, et al, патент США №5938837; Melard, et al., патент США №4786325; Chopin, et al., патент США №5712218; Chan, публикация патентной заявки США №2005/00331517; и Zhou, et al., патент США №7025943, содержания которых включены в данное описание посредством ссылки. Однако современные способы не дают возможности экономичного, легкого (т.е. без прокаливания) и однозначного получения наночастиц кубического СеО2 с высоким выходом, за короткий период времени при очень высоких плотностях суспензии (больше чем 0,5 мол, т.е. 9% масс), которые являются существенно маленькими по размеру (меньше чем 5 нм по среднему геометрическому диаметру), однородными по частотному распределению размера (коэффициент изменения [COV] меньше чем 25%, где COV представляет собой стандартное отклонение, деленное на средний диаметр), и стабильными для многих желаемых приложений. Кроме того, было бы очень желательно получить частицы, которые являются кристаллическими, т.е. монокристаллическими, а не агломерацией кристаллитов различного размера, как описано в упомянутом выше уровне техники и технической литературе.As described above, various methods and devices for producing cerium nanoparticles have been reported, including those described by Chane-Ching, et al., US Pat. No. 5,017,352; Hanawa, et al, U.S. Patent No. 5,983,837; Melard, et al. US Pat. No. 4,786,325; Chopin, et al. US Pat. No. 5,712,218; Chan, US Patent Publication No. 2005/00331517; and Zhou, et al., US Pat. No. 7,025,943, the contents of which are incorporated herein by reference. However, modern methods do not provide the possibility of economical, easy (i.e., without calcination) and unambiguous production of cubic CeO 2 nanoparticles with high yield, in a short period of time at very high suspension densities (more than 0.5 mol, i.e. 9 % mass), which are substantially small in size (less than 5 nm in geometric mean diameter), uniform in frequency distribution of size (coefficient of change [COV] less than 25%, where COV is the standard deviation divided by the average diameter), and stub lnymi for many desired applications. In addition, it would be very desirable to obtain particles that are crystalline, i.e. single-crystal, and not agglomeration of crystallites of various sizes, as described in the aforementioned prior art and technical literature.
Хотя наночастицы, по существу, чистого диоксида церия выгодно включать в топливные добавки, может быть более выгодно использовать диоксид церия, легированный компонентами, которые приводят к образованию дополнительных кислородных вакансий (ур.1). Чтобы это происходило, легирующий ион должен быть двухвалентным или трехвалентным, т.е. двухвалентным или трехвалентным ионом элемента, который представляет собой редкоземельный металл, переходный металл или металл группы IIA, IIIB, VB или VIB периодической таблицы. Требование нейтральности заряда кристалла при использовании этих катионов с более низкой валентностью будет сдвигать ур.1 вправо, т.е. к более высокой степени образования кислородных вакансий. Легирующие ионы металла с ионным радиусом, меньшим чем у Се+4 (0,97 Å в октаэдрической конфигурации), также будут способствовать образованию кислородных вакансий, так как этот процесс восстанавливает два соседних иона Се+4 (один поверхностный и один подповерхностный) в Се+3 с большим ионным радиусом 1,143 Å, расширяет решетку, тем самым вызывая деформацию решетки. Таким образом, замещение на Zr+4 (ионный радиус 0,84 Å) или Cu+2 (ионный радиус шестикоординационной октаэдрической конфигурации составляет 0,73 Å, четырехкоординационной тетраэдрической 0,57Å) будет отчасти снимать эту деформацию решетки. Кроме того, Zr позволяет образование двух соседних поверхностных центров Се+3 (а не один поверхностный и один подповерхностный), что может быть важно для очень маленьких частиц, где приблизительно 50% ионов являются поверхностными ионами. Можно считать, таким образом, что легирование замещающим ионом является предпочтительным относительно легирования внедряющимся ионом, когда легирующие примеси занимают пространство между нормальными положениями решетки.Although nanoparticles of substantially pure cerium dioxide are advantageously included in fuel additives, it may be more beneficial to use cerium dioxide doped with components that lead to the formation of additional oxygen vacancies (level 1). For this to happen, the doping ion must be divalent or trivalent, i.e. divalent or trivalent ion of the element, which is a rare earth metal, transition metal or a metal of group IIA, IIIB, VB or VIB of the periodic table. The requirement that the crystal charge be neutral when using these cations with a lower valency will shift lv. 1 to the right, i.e. to a higher degree of formation of oxygen vacancies. Doping metal ions with an ionic radius smaller than Ce +4 (0.97 Å in the octahedral configuration) will also contribute to the formation of oxygen vacancies, since this process reduces two neighboring Ce +4 ions (one surface and one subsurface) in Ce +3 with a large ionic radius of 1.143 Å, expands the lattice, thereby causing lattice deformation. Thus, substitution with Zr +4 (ionic radius 0.84 Å) or Cu +2 (the ionic radius of the six-coordinate octahedral configuration is 0.73 Å, the four-coordinate tetrahedral 0.57 Å) will partially remove this lattice deformation. In addition, Zr allows the formation of two neighboring surface centers of Ce + 3 (rather than one surface and one subsurface), which may be important for very small particles, where approximately 50% of the ions are surface ions. Thus, it can be considered that doping with a substitutional ion is preferable to doping with an intercalating ion, when doping impurities occupy the space between the normal lattice positions.
Для целей данного обсуждения авторы должны определить, что подразумевается под легированием в противоположность кристаллу с заданной (спроектированной) решеткой. В физике полупроводников слово "легирование" относится к примесям n или р типа, присутствующим в диапазоне частей на миллион. Авторы используют выражение "легированный кристалл" в отношении кристалла, который имеет легирующие ионы одного или нескольких металлов, присутствующие в концентрациях меньше чем 2 мольных процента (20000 ч/млн). Кристалл с заданной решеткой, с другой стороны, может иметь легирующие ионы одного или нескольких металлов, присутствующие в кристалле СеО2 с концентрациями больше чем 20000 ч/млн, вплоть до 800000 ч/млн (или 80% цериевой подрешетки). Таким образом, кристалл диоксида церия с заданной решеткой может содержать церий, присутствующий в качестве меньшего металлического компонента.For the purposes of this discussion, the authors must determine what is meant by doping as opposed to a crystal with a given (designed) lattice. In semiconductor physics, the word “doping” refers to n or p type impurities present in the ppm range. The authors use the term “doped crystal” to refer to a crystal that has doping ions of one or more metals present in concentrations of less than 2 mole percent (20,000 ppm). A crystal with a given lattice, on the other hand, can have doping ions of one or more metals present in a CeO 2 crystal with concentrations greater than 20,000 ppm, up to 800,000 ppm (or 80% cerium sublattice). Thus, a cerium dioxide crystal with a predetermined lattice may contain cerium present as a smaller metal component.
Легирование диоксида церия ионами металлов для улучшения переноса ионов, эффективности реакции и других свойств описано, например, в "Doped Ceria as a Solid Oxide Elecrolyte, H.L. Tuller and A.S. Nowick in J. Electrochem Soc., 1975, 122(2), 255; "Point Defect Analysis and Microstructural Effects in Pure and Donor Doped Ceria", M.R. DeGuire, et al., Solid State Ionics, 1992, 52, 155; и "Studies on Cu/CeO2: A New NO Reduction Catalyst" Parthasarathi Bera, S.T. Aruna, K.C. Patil, and M.S. Hegde in Journal of Catalysis, 186, 36-44 (1999). Влияние легирования на электронные свойства и диффузию кислорода описано Trovarelli, Catalysis by Ceria and Related Materials, Catalytic Science Series, World Scientific Publishing Co., 37-46 (2002) и цитированных там ссылках.Doping of cerium dioxide with metal ions to improve ion transport, reaction efficiency and other properties is described, for example, in Doped Ceria as a Solid Oxide Elecrolyte, HL Tuller and AS Nowick in J. Electrochem Soc., 1975, 122 (2), 255; "Point Defect Analysis and Microstructural Effects in Pure and Donor Doped Ceria", MR DeGuire, et al., Solid State Ionics, 1992, 52, 155; and "Studies on Cu / CeO 2 : A New NO Reduction Catalyst" Parthasarathi Bera, ST Aruna, KC Patil, and MS Hegde in Journal of Catalysis, 186, 36-44 (1999). The effects of doping on electronic properties and oxygen diffusion are described by Trovarelli, Catalysis by Ceria and Related Materials, Catalytic Science Series, World Scientific Publishing Co. , 37-46 (2002) and references cited there.
Trovarelli et al. in Catalysis Today, 43 (1998), 79-88 обсуждает получение церий-циркониевых смешанных оксидов с довольно хорошей однородностью состава, используя подход с участием поверхностно-активных веществ. Высокие удельные площади поверхности, 230 м2/мг, получены после прокаливания композиций при 723°К; однако при 1173°К происходит спекание, так как площадь поверхности падает до 40 м2/мг (диаметр ~20 нм).Trovarelli et al. in Catalysis Today, 43 (1998), 79-88 discusses the preparation of cerium-zirconium mixed oxides with fairly good uniformity of composition using an approach involving surfactants. High specific surface areas, 230 m 2 / mg, obtained after calcining the compositions at 723 ° K; however, sintering occurs at 1173 ° K, since the surface area drops to 40 m 2 / mg (diameter ~ 20 nm).
Технологии пульсирующей нейтронной дифракции были использованы E. Mamontov, et al. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 1110-1116, чтобы изучить цериевые и церий-циркониевые твердые растворы. Эти исследования впервые установили корреляцию между концентрацией вакансионных-внедренных кислородных дефектов и способностью к накоплению кислорода. Авторы установили, что сохранение кислородных дефектов, чему помогает Zr, необходимо, чтобы улучшить разложение OSC как функцию термического старения. ZrO2 присутствовал при 30.5 %мол, и прокаленные частицы имели диаметр приблизительно 40 нм на основании измерений площади поверхности по БЭТ.Pulsed neutron diffraction techniques have been used by E. Mamontov, et al. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 1110-1116 to study cerium and cerium-zirconium solid solutions. These studies first established a correlation between the concentration of vacancy-introduced oxygen defects and the ability to accumulate oxygen. The authors found that the preservation of oxygen defects, which Zr helps, is necessary to improve the decomposition of OSC as a function of thermal aging. ZrO 2 was present at 30.5 mol%, and the calcined particles had a diameter of approximately 40 nm based on BET measurements of the surface area.
Z. Yang et al. in Journal of Chemical Physics, (2006) 124 (22), 224704/(1-7) вычислили из первых принципов, используя теорию функции плотности, что кислородная вакансия наиболее легко создается близко к Zr центру, и, следовательно, эти центры служат в качестве центра зародышеобразования для кластеризации вакансий. Высвобожденный кислород отдает два электрона центрам Се+4, соседним с вакансией, приводя к двум центрам Се+3.Z. Yang et al. in Journal of Chemical Physics, (2006) 124 (22), 224704 / (1-7) calculated from first principles, using the density function theory, that an oxygen vacancy is most easily created close to the Zr center, and therefore these centers serve in as a nucleation center for the clustering of vacancies. The released oxygen gives two electrons centers Ce +4 neighboring vacancy, leading to two centers Ce +3.
R. Wang et al. in J. Chem. Phys. B, 2006, 110, 18278-18285 исследовал пространственное распределение Zr в Се0,5Zr0,5О2, полученной с помощью технологии замораживания распылением с последующим прокаливанием. Авторы обнаружили, что наномасштабная неоднородность частиц, которая характеризуется ядрами, обогащенными Се, и оболочками, обогащенными Zr, в частицах в диапазоне размера частиц от 5,4 до 25 нм, связана с более окислительно-восстановительно активными материалами. Это открытие означает, что однородное распределение Zr и Се приводит к уменьшенной активности и, следовательно, не является предпочтительным.R. Wang et al. in J. Chem. Phys. B, 2006, 110, 18278-18285 investigated the spatial distribution of Zr in Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 obtained by spray freezing followed by calcination. The authors found that nanoscale particle heterogeneity, which is characterized by Ce-enriched nuclei and Zr-enriched shells in particles in the particle size range from 5.4 to 25 nm, is associated with more redox active materials. This discovery means that a uniform distribution of Zr and Ce leads to reduced activity and, therefore, is not preferred.
S. Bedrane et al. in Catalysis Today, 75, 1-4, 401-405 July 2002 измеряли способность сохранения кислорода (ур.1) у 11 композиций оксида церия (СеО2) и оксида церия-циркония (Се0.63Zr0.37О2), легированных ценными и благородными металлами (РМ=Rh, Pt, Rd, Ru и Ir). Авторы наблюдали эффект нивелирования, когда Се-Zr материалы имели OSC, который почти не зависел от концентрации РМ и был в 2-4 раза больше, чем для РМ-легированных Се материалов без Zr.S. Bedrane et al. in Catalysis Today, 75, 1-4, 401-405 July 2002, the oxygen storage ability (level 1 ) was measured in 11 compositions of cerium oxide (CeO 2 ) and cerium zirconium oxide (Ce 0.63 Zr 0.37 O 2 ) doped with valuable and noble metals (PM = Rh, Pt, Rd, Ru and Ir). The authors observed a leveling effect when Ce-Zr materials had OSC, which was almost independent of the concentration of PM and was 2-4 times greater than for PM-doped Ce materials without Zr.
H. Sparks et al. из Nanophase Technologies, Corp., используя синтез из газовой фазы, получили наноматериалы из оксида церия, смешанного с оксидом редкоземельного элемента (Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Vol 788, 2004). Они наблюдали увеличенную термическую стабильность частиц нанокристаллического размера и увеличение OSC для Zr-легированного оксида церия (1:1); однако дополнительное добавление La или Pr к Zr композиции, хотя и лучше, чем сам оксид церия, было хуже, чем только комбинация циркония и оксида церия. Можно определить, из представленных удельных площадей поверхности, размер частиц 10 нм при 600°С, который увеличивается до 40 нм при 1050°С.H. Sparks et al. from Nanophase Technologies, Corp., using synthesis from the gas phase, nanomaterials were obtained from cerium oxide mixed with rare earth oxide (Mat. Res. Soc. Sym. Symp. Proc., Vol 788, 2004). They observed increased thermal stability of nanocrystalline particles and an increase in OSC for Zr-doped cerium oxide (1: 1); however, the additional addition of La or Pr to the Zr composition, although better than cerium oxide itself, was worse than just the combination of zirconium and cerium oxide. From the presented specific surface areas, one can determine the particle size of 10 nm at 600 ° C, which increases to 40 nm at 1050 ° C.
Каталитические эффекты СеО2, легированного Zr и Fe, в сгорании дизельной сажи изучали Aneggi et al. in Catalysis Today 114, (2006), 40-47. Они повторили тот факт, что Zr усиливает термическую стабильность и OSC чистого оксида церия, и обнаружили, что Fe2O3 дает лучшие результаты, когда свежий, но теряет активность после прокаливания. Изучали очень систематичный по уровню ряд с Zr и Zr с Fe, включая кристаллографические данные этих прокаленных частиц, которые были приблизительно 21 нм. Авторы определили порог удельной поверхности наночастиц, 35 м2/г (соответствует диаметру меньше чем 24 нм), при котором активность свежего образца относительно состарившегося была неизменной.The catalytic effects of CeO 2 doped with Zr and Fe in the combustion of diesel soot were studied by Aneggi et al. in Catalysis Today 114, (2006), 40-47. They repeated the fact that Zr enhances the thermal stability and OSC of pure cerium oxide and found that Fe 2 O 3 gives better results when fresh, but loses activity after calcination. We studied a very systematic level series with Zr and Zr with Fe, including crystallographic data of these calcined particles, which were approximately 21 nm. The authors determined the threshold of the specific surface of nanoparticles, 35 m 2 / g (corresponding to a diameter of less than 24 nm), at which the activity of the fresh sample relative to the aged was unchanged.
Каталитические системы на основе меди также привлекали большое внимание. В очень тщательном структурном анализе 3 и 5 атомных процентов Cu/СеО2, M.S. Hegde et al., Chem. Mater. 202, 14, 3591-3601, показали, что Cu образует особый твердый раствор Се1-xCuxO2 без дискретной фазы CuO. В этих зернах, агломерированных до 50 нм, полученных с помощью синтеза горением, Cu находится в состоянии +2 и является гораздо более каталитически активной, чем Cu в CuO. Кроме того, вакансия иона кислорода создается вблизи катиона Cu+2.Copper-based catalyst systems have also attracted much attention. In a very thorough structural analysis of 3 and 5 atomic percent Cu / CeO 2 , MS Hegde et al., Chem. Mater. 202, 14, 3591-3601, showed that Cu forms a special solid solution Ce 1-x Cu x O 2 without a discrete phase of CuO. In these grains, agglomerated up to 50 nm, obtained by combustion synthesis, Cu is in the +2 state and is much more catalytically active than Cu in CuO. In addition, an oxygen ion vacancy is created near the Cu + 2 cation.
A.Martinex-Arias et al. in J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 19595-19603 обнаружили, что восстановление наночастиц Се1-xCuxO2 флюоритного типа (х=0,05, 0,1 и 0,2) было обратимым, и что степень окисления Cu была выше, чем ее нормальные состояния (+1 или +2). Легирующая добавка вызывала большое напряжение решетки в этих ~6 нм частицах в оксидной подрешетке, что способствовало образованию кислородных вакансий. Способ обратной микроэмульсии с последующим прокаливанием при 500°С использовали для получения этих материалов.A. Martinex-Arias et al. in J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 19595-19603 found that the reduction of fluorite type Ce 1-x Cu x O 2 nanoparticles (x = 0.05, 0.1 and 0.2) was reversible, and that the oxidation state of Cu was higher, than her normal states (+1 or +2). The dopant caused a high lattice stress in these ~ 6 nm particles in the oxide sublattice, which promoted the formation of oxygen vacancies. A reverse microemulsion method followed by calcination at 500 ° C. was used to produce these materials.
Железо является другим ионом металла, который придает наночастицам СеО2 повышенную каталитическую активность. I. Melian-Cabrera et al. in Journal of Catalysis, 239, 2006, 340-346 сообщают о повышенной активности (относительно нелегированных материалов) и оптимальном каталитическом разложении N2O, лимитируемой кислородом реакции, для 50/50 композиции оксида церия и железа. Fe-легированный оксид церия получают способом соосаждения, что приводит к образованию частиц в диапазоне диаметра 30 нм.Iron is another metal ion that gives CeO 2 nanoparticles enhanced catalytic activity. I. Melian-Cabrera et al. in Journal of Catalysis, 239, 2006, 340-346 report increased activity (relative to undoped materials) and optimal catalytic decomposition of N 2 O, limited by the reaction oxygen, for a 50/50 composition of cerium oxide and iron. Fe-doped cerium oxide is produced by coprecipitation, which leads to the formation of particles in the diameter range of 30 nm.
T. Campenon и коллеги в SAE special publication SP 2004, SP-1860, "Diesel Exhaust Emission Control" используют легированный железом оксид церия для регулирования нарастания золы в дизельных фильтрах частиц.T. Campenon and colleagues in SAE special publication SP 2004, SP-1860, "Diesel Exhaust Emission Control" use iron-doped cerium oxide to control ash build-up in diesel particle filters.
R. Hu и коллеги в Shiyou Huagong (2006), 35(4), 319-323 изучали Fe-легированный диоксид церия, полученный с помощью технологии измельчения твердой фазы с последующим прокаливанием при различных повышенных температурах. Легирование железом улучшало каталитическую активность в отношении горения метана при одновременном снижении размера частиц.R. Hu and colleagues in Shiyou Huagong (2006), 35 (4), 319-323 studied Fe-doped cerium dioxide obtained by solid phase grinding technology followed by annealing at various elevated temperatures. Doping with iron improved catalytic activity with respect to methane combustion while reducing particle size.
Иллюстративные примеры 9 и 10 публикации патентной заявки США №2005/0152832 описывают получение, соответственно, церий-легированных и церий-покрытых частиц гексаалюмината бария. Пример 13 описывает окисление метана с церий-покрытыми частицами.Illustrative examples 9 and 10 of the publication of US patent application No. 2005/0152832 describe the preparation, respectively, of cerium-doped and cerium-coated particles of barium hexaaluminate. Example 13 describes the oxidation of methane with cerium-coated particles.
Talbot et al., патент США №6752979, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки, описывает способ получения частиц оксидов металлов, имеющих наноразмерные зерна, который состоит из: смешивания раствора, содержащего один или несколько катионов металла, с поверхностно-активным веществом в таких условиях, что мицеллы поверхностно-активного вещества образуются в растворе, тем самым образуя мицеллярную жидкость; и нагрева мицеллярной жидкости для удаления поверхностно-активного вещества и образования частиц оксидов металлов, имеющих разупорядоченную пористую структуру. Катионы металлов выбирают из группы, состоящей из катионов из групп 1А, 2А, 3А, 4А, 5А и 6А периодической таблицы, переходных металлов, лантаноидов, актиноидов и их смесей. Получения частиц диоксида церия и смешанных оксидов, содержащих церий и один или несколько других металлов, включены в иллюстративные примеры.Talbot et al., US Pat. No. 6,752,979, the contents of which are incorporated herein by reference, describes a method for producing metal oxide particles having nanosized grains, which consists of: mixing a solution containing one or more metal cations with a surfactant in such conditions that surfactant micelles are formed in solution, thereby forming a micellar fluid; and heating the micellar fluid to remove the surfactant and form metal oxide particles having a disordered porous structure. Metal cations are selected from the group consisting of cations from groups 1A, 2A, 3A, 4A, 5A and 6A of the periodic table, transition metals, lanthanides, actinides and mixtures thereof. The preparation of cerium dioxide particles and mixed oxides containing cerium and one or more other metals are included in illustrative examples.
Иллюстративный пример 9 патентов США №6413489 и 6869584, содержание которых включено в данное описание посредством ссылки, описывает включение нитрата церия в эмульсионную смесь, чтобы получить легированные церием частицы гексаалюмината бария, которые собирали путем замораживающей сушки и прокаливали на воздухе до 500°С и 800°С. Полученные частицы имели размер зерен меньше чем 5 нм и 7 нм при 500°С и 800°С соответственно. Иллюстративный пример 10 описывает синтез покрытых церием частиц гексаалюмината бария. После прокаливания покрытые церием частицы имели размер зерен меньше чем 4 нм, 6,5 нм и 16 нм при 500°С, 800°С и 1100°С соответственно.Illustrative example 9 of US patent No. 6413489 and 6869584, the contents of which are incorporated into this description by reference, describes the inclusion of cerium nitrate in the emulsion mixture to obtain cerium-doped barium hexaaluminate particles, which were collected by freeze drying and calcined in air to 500 ° C and 800 ° C. The resulting particles had a grain size of less than 5 nm and 7 nm at 500 ° C and 800 ° C, respectively. Illustrative example 10 describes the synthesis of cerium-coated barium hexaaluminate particles. After calcination, the cerium-coated particles had a grain size of less than 4 nm, 6.5 nm and 16 nm at 500 ° C, 800 ° C and 1100 ° C, respectively.
Wakefield, патент США №7169196 В2, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки, описывает топливо, содержащее частицы диоксида церия, которые были легированы двухвалентным или трехвалентным металлом или неметаллом, который представляет собой редкоземельный металл, переходный металл или металл группы IIa, IIIB, VB или VIB периодической таблицы. Медь описывается как предпочтительная легирующая добавка.Wakefield, US Patent No. 7,169,196 B2, the contents of which are incorporated herein by reference, describes a fuel containing cerium dioxide particles that have been doped with a divalent or trivalent metal or non-metal, which is a rare earth metal, a transition metal or a metal of group IIa, IIIB, VB or VIB of the periodic table. Copper is described as a preferred alloying agent.
Oji Kuno в патенте США №7384888 В2, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки, описывает церий-циркониевый смешанный оксид метала с ядром из оксида церия и оболочкой из оксида циркония, имеющий улучшенную температурную устойчивость и стабильный OSC. Однако прокаливание при 700°С требуется для получения материала, который демонстрирует улучшенную на 10-20 процентов каталитическую активность в отношении окисления углеводорода и моноксида углерода. Никаких данных о размере не обеспечено, чтобы поддержать заявление 5-20 нм частиц, не приводится никаких прямых измерений OSC, и нет аналитических данных, чтобы поддержать утверждение о ядерно-оболочечной геометрии.Oji Kuno in US Pat. No. 7384888 B2, the contents of which are incorporated herein by reference, describes a cerium-zirconium mixed metal oxide with a cerium oxide core and a zirconia shell having improved temperature stability and a stable OSC. However, calcination at 700 ° C is required to obtain a material that exhibits 10-20 percent improved catalytic activity with respect to oxidation of hydrocarbon and carbon monoxide. No size data is provided to support the declaration of 5-20 nm particles, no direct OSC measurements are provided, and no analytical data are available to support the nuclear-shell geometry statement.
Что касается наночастиц диаметром 10 нм и меньше, есть многое, что вызывает сомнение в способности легирующих добавок ионов металлов внедряться в такие маленькие частицы. Например, 8,1 нм частица будет иметь меньше чем 10% ионов церия на поверхности, тогда как 2,7 нм частица (5 элементарных ячеек на краю с 0,54 нм/элементарную ячейку) будет иметь 46,6% из 500 Се ионов на поверхности. Поверхностные ионы на 1/2 (для грани) или 1/8 (угол) погружены в решетку; следовательно, их энергии связи существенно снижены, и их координационные требования не удовлетворены. Трудности, связанные с легированием (полупроводниковых) нанокристаллов, обсуждаются в Science, 319, March 28, 2008 by Norris et al. Характеристики, такие как относительная растворимость легирующей добавки в кристалле относительно раствора, диффузия легирующей добавки в решетку, энергия ее образования, размер, валентность относительно ионов, которые замещаются, кинетические барьеры, которые могут вызываться адсорбированными стабилизаторами поверхности, все могут играть роль в определении степени, если она есть, в которой легирующий ион металла может внедряться в нанокристаллы этих размеров.As for nanoparticles with a diameter of 10 nm or less, there is much that casts doubt on the ability of alloying additives of metal ions to penetrate into such small particles. For example, an 8.1 nm particle will have less than 10% cerium ions on the surface, while a 2.7 nm particle (5 unit cells at the edge with 0.54 nm / unit cell) will have 46.6% of 500 Ce ions on the surface. The surface ions are 1/2 (for the face) or 1/8 (angle) immersed in the lattice; consequently, their binding energies are substantially reduced and their coordination requirements are not satisfied. The difficulties associated with doping (semiconductor) nanocrystals are discussed in Science, 319, March 28, 2008 by Norris et al. Characteristics, such as the relative solubility of the dopant in the crystal relative to the solution, the diffusion of the dopant in the lattice, the energy of its formation, the size, valency relative to the ions that are replaced, the kinetic barriers that can be caused by adsorbed surface stabilizers, can all play a role in determining the degree of if it is, in which a doping metal ion can be introduced into nanocrystals of these sizes.
Из описанных выше ссылок ясно, что большая часть легирования происходит при относительно большом размере частиц (20 нм или типа того) и выполняется либо путем прокаливания исходной смеси с цериевой легирующей добавкой, либо путем мицеллярного синтеза - процесса, который нелегко приспосабливается к крупномасштабному производству материалов. В работе, описывающей частицы размером меньше чем 10 нм, кристаллографическая форма не была установлена и не обеспечено достаточного свидетельства внедрения.From the above links it is clear that most of the doping occurs at a relatively large particle size (20 nm or something) and is performed either by calcining the initial mixture with cerium dopant, or by micellar synthesis, a process that does not easily adapt to large-scale production of materials. In the work describing particles smaller than 10 nm in size, the crystallographic form was not established and there is not sufficient evidence of implementation.
Таким образом, существует необходимость легкого внедрения широкого множества легирующих ионов металлов в цериевую подрешетку кубического СеО2 для очень маленьких наночастиц (диаметром меньше чем приблизительно 10 нм) легким образом, который не требует прокаливания (500С или больше), и недвусмысленно демонстрировать внедрение в противоположность отдельно зародившейся популяции зерен оксида легирующего металла. Так как монокристаллические частицы оксида церия являются уникальными, это будет вариант оксида церия с заданной металлической решеткой. Кроме того, было бы желательно производить большие, коммерчески доступные количества этих материалов экономичным образом и за относительно короткий период времени.Thus, there is a need for easy incorporation of a wide variety of alloying metal ions into the cerium sublattice of cubic CeO 2 for very small nanoparticles (with a diameter of less than about 10 nm) in a light manner that does not require calcination (500C or more), and clearly demonstrate the incorporation as opposed to separately a nascent population of grains of alloyed metal oxide. Since the single crystal particles of cerium oxide are unique, it will be a variant of cerium oxide with a given metal lattice. In addition, it would be desirable to produce large, commercially available quantities of these materials in an economical manner and in a relatively short period of time.
Типичный химический реактор, который может быть использован для получения диоксида церия, включает реакционную камеру, которая включает мешалку (смотри, например, фиг.1 в Zhou et al. патент США №7025943, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки). Мешалка обычно включает ось и пропеллер или лопасти турбины, прикрепленные к оси, и мотор, который вращает данную ось, так что пропеллер вращается с высокой скоростью (от 1000 до 5000 об/мин). Ось может двигать турбину с плоскими лопастями для хорошего мезо-перемешивания (микроуровень) и турбину с наклонными лопастями для макро-перемешивания (прокачивание текучей среды через реактор).A typical chemical reactor that can be used to produce cerium dioxide includes a reaction chamber that includes a stirrer (see, for example, FIG. 1 in Zhou et al. US Pat. No. 7,025,943, the contents of which are incorporated herein by reference). An agitator typically includes an axis and a propeller or turbine blades attached to the axis, and a motor that rotates the axis, so that the propeller rotates at high speed (from 1000 to 5000 rpm). The axis can move a turbine with flat blades for good meso mixing (micro level) and a turbine with inclined blades for macro mixing (pumping fluid through a reactor).
Такое устройство описано Antoniades, патент США №6422736, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки. Описанный реактор полезен для быстрых реакций, таких как реакции, представленные уравнением ниже, где продукт AgCl представляет собой кристаллический материал, имеющий диаметр порядка от нескольких сотен нанометров до нескольких тысяч нанометров.Such a device is described by Antoniades, US patent No. 6422736, the contents of which are incorporated into this description by reference. The described reactor is useful for fast reactions, such as the reactions represented by the equation below, where the AgCl product is a crystalline material having a diameter of the order of several hundred nanometers to several thousand nanometers.
AgNO3+NaCl→AgCl+NaNO3 AgNO 3 + NaCl → AgCl + NaNO 3
Частицы диоксида церия, полученные с использованием этого типа перемешивания, часто слишком большие, чтобы применяться для определенных приложений. Очень желательно иметь самые маленькие возможные частицы диоксида церия, так как их каталитическая способность, т.е. их способность давать кислород в систему сгорания (см. уравнение 1), увеличивается с уменьшением размера частиц, особенно для частиц, имеющих средний диаметр меньше чем 10 нм.The cerium dioxide particles obtained using this type of agitation are often too large to be suitable for certain applications. It is highly desirable to have the smallest possible particles of cerium dioxide, since their catalytic ability, i.e. their ability to give oxygen to the combustion system (see equation 1) increases with decreasing particle size, especially for particles having an average diameter of less than 10 nm.
РСТ/US 2007/077545, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ ДИОКСИДА ЦЕРИЯ, зарегистрированная 4 сентября 2007, описывает смешивающее устройство, которое способно производить наночастицы СеО2 до 1,5 нм с высоким выходом и очень высокими плотностями суспензии. Данный реактор имеет входные порты для добавления реагентов, пропеллер, ось и мотор для перемешивания. Реакционная смесь содержится в реакторном резервуаре. Добавление в данный резервуар реагентов, таких как нитрат церия, окислитель и гидроксид ион, может приводить к образованию наночастиц СеО2, которые исходно образованы в виде очень маленьких ядер. Перемешивание заставляет ядра циркулировать; пока ядра непрерывно циркулируют в режиме реакционного перемешивания, они растут (увеличиваются в диаметре), так как они включают свежие реагенты. Таким образом, после того, как формируется исходная стационарная концентрация ядер, популяция этих ядер затем растет в большие частицы непрерывным образом. Если ограничители роста зерен не применяются, чтобы завершить рост фазы, это зародышеобразование и процесс роста нежелательны, если желательно ограничить конечный размер частиц, сохраняя высокую плотность частиц суспензии.PCT / US 2007/077545, METHOD FOR PRODUCING CERIUM DIOXIDE NANOPARTICLES, registered on September 4, 2007, describes a mixing device that is capable of producing CeO 2 nanoparticles of up to 1.5 nm in high yield and very high suspension densities. This reactor has inlet ports for adding reagents, a propeller, an axis and a motor for mixing. The reaction mixture is contained in a reactor vessel. The addition of reagents, such as cerium nitrate, an oxidizing agent, and hydroxide ion, to this reservoir can lead to the formation of CeO 2 nanoparticles, which are initially formed as very small nuclei. Stirring causes the nuclei to circulate; while the cores are continuously circulating in the reaction mixing mode, they grow (increase in diameter), as they include fresh reagents. Thus, after the initial stationary concentration of nuclei is formed, the population of these nuclei then grows into large particles in a continuous manner. If grain growth limiters are not used to complete the phase growth, this nucleation and growth process is undesirable if it is desired to limit the final particle size while maintaining a high particle density of the suspension.
Пример этого зародышеобразования и процесса роста применительно к водному осаждению СеО2 есть в работе Zhang et al., J. Appl. Phys., 95, 4319 (2004) и Zhang et al., Applied Physics Letters, 80 127 (2002). Используя гексагидрат нитрата церия в качестве источника церия (очень разбавленный при 0,0375 М) и 0,5 М гексаметилентетрамин в качестве предшественника аммиака, 2,5-4,25 нм частицы диоксида церия образованы за время меньше чем 50 минут. Эти частицы затем выращивают до 7,5 нм или больше, используя время реакции порядка 250 минут или 600 минут, в зависимости от условий роста. Ограничения размера частиц, концентрация и время реакции исключают этот способ из рассмотрения в качестве экономически жизнеспособного пути к объемным коммерческим количествам наночастиц СеО2.An example of this nucleation and growth process in relation to the water deposition of CeO 2 is in Zhang et al., J. Appl. Phys., 95, 4319 (2004) and Zhang et al., Applied Physics Letters, 80 127 (2002). Using cerium nitrate hexahydrate as a cerium source (very diluted at 0.0375 M) and 0.5 M hexamethylenetetramine as an ammonia precursor, 2.5-4.25 nm particles of cerium dioxide are formed in less than 50 minutes. These particles are then grown to 7.5 nm or more using a reaction time of the order of 250 minutes or 600 minutes, depending on the growth conditions. Limitations of particle size, concentration and reaction time exclude this method from consideration as an economically viable route to bulk commercial quantities of CeO 2 nanoparticles.
I.H. Leubner, Current Opinion in Colloid and Interface Science, 5, 151-159 (2000), Journal of Dispersion Science and Technology, 22, 125-138 (2001) и ibid. 23, 577-590 (2002), и приведенные там ссылки, обеспечивает теоретическую работу, которая касается числа стабильных кристаллов, образующихся при мольной скорости добавления реагентов, растворимости кристаллов и температуры. Данная модель также учитывает влияние диффузии, кинетически регулирующей процессы роста агентов созревания Освальда и ограничителей/стабилизаторов роста на число кристаллов. Высокие мольные скорости добавления, низкие температуры, низкая растворимость и присутствие ограничителей роста, все способствуют большому числу зародышей и, следовательно, меньшему конечному размеру зерен или частиц.I.H. Leubner, Current Opinion in Colloid and Interface Science, 5, 151-159 (2000), Journal of Dispersion Science and Technology, 22, 125-138 (2001) and ibid. 23, 577-590 (2002), and the references cited therein, provide theoretical work regarding the number of stable crystals formed at the molar rate of reagent addition, crystal solubility, and temperature. This model also takes into account the influence of diffusion, kinetically regulating the growth processes of Oswald's ripening agents and growth limiters / stabilizers on the number of crystals. High molar addition rates, low temperatures, low solubility and the presence of growth inhibitors all contribute to a large number of nuclei and, therefore, a smaller final grain or particle size.
В противоположность периодическим реакторам, коллоидные мельницы обычно имеют турбины с плоскими лопастями, вращающиеся при 10000 об/мин, вследствие чего материалы продавливаются через сито, отверстия которого могут варьировать по размеру от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Обычно не происходит никакой химической реакции, а только изменение размера частиц, разбиваемых измельчением. В определенных случаях размер частиц и стабильность можно регулировать термодинамически путем присутствия поверхностно-активного вещества. Например, Langer et al., в патенте США №6368366 и патенте США №6363237, содержания которых включены в данное описание посредством ссылки, описывают водную микроэмульсию в композиции углеводородного топлива, полученную в условиях сильного сдвига. Однако водная фаза частиц (дискретная фаза в топливной композиции) имеет большой размер, порядка 1000 нм.In contrast to batch reactors, colloidal mills usually have flat-bladed turbines rotating at 10,000 rpm, whereby materials are forced through a sieve, the openings of which can vary in size from fractions of a millimeter to several millimeters. Usually there is no chemical reaction, but only a change in the size of the particles smashed by grinding. In certain cases, particle size and stability can be thermodynamically controlled by the presence of a surfactant. For example, Langer et al., In US Pat. No. 6,368,366 and US Pat. No. 6,363,237, the contents of which are incorporated herein by reference, describe an aqueous microemulsion in a hydrocarbon fuel composition obtained under strong shear conditions. However, the aqueous phase of the particles (discrete phase in the fuel composition) has a large size, of the order of 1000 nm.
Коллоидные мельницы неприменимы для снижения размера частиц больших частиц диоксида церия, так как данные частицы слишком твердые, чтобы раскалываться мельницей за разумное количество времени. Предпочтительным способом для уменьшения больших агломерированных частиц диоксида церия от микронного размера до нанометрового размера является измельчение в течение нескольких дней в шаровой мельнице в присутствии стабилизирующего агента. Это времязатратный, дорогой способ, который неизменно дает широкое распределение размеров частиц. Таким образом, сохраняется необходимость в экономичном и легком способе синтеза больших количеств, при высокой плотности суспензии, очень маленьких нанометрических частиц диоксида церия, имеющих однородное распределение размера и содержащих ионы одного или нескольких переходных металлов, при сохранении кубической флюоритной структуры СеО2.Colloidal mills are not suitable for reducing the particle size of large particles of cerium dioxide, since these particles are too hard to crack in a reasonable amount of time. The preferred method for reducing large agglomerated particles of cerium dioxide from micron to nanometer size is to grind for several days in a ball mill in the presence of a stabilizing agent. This is a time-consuming, expensive method that invariably provides a wide distribution of particle sizes. Thus, there remains a need for an economical and easy method for the synthesis of large quantities, with a high density of the suspension, of very small nanometric particles of cerium dioxide having a uniform size distribution and containing ions of one or more transition metals, while maintaining the cubic fluorite structure of CeO 2 .
Водное осаждение может предлагать обычный путь к цериевым наночастицам. Однако, чтобы быть применимыми в качестве катализатора сгорания топлива для топлив, наночастицы диоксида церия должны демонстрировать стабильность в неполярной среде, например, дизельном топливе. Большинство стабилизаторов, используемых, чтобы предотвращать агломерацию в водном окружении, плохо соответствуют задаче стабилизации в неполярном окружении. При помещении в неполярный растворитель такие частицы имеют тенденцию немедленно агломерировать и, следовательно, терять часть, если не все, их желаемых наноразмерных свойств. Таким образом, было бы желательно сформировать стабильные частицы диоксида церия в водном окружении, сохранить тот же стабилизатор на поверхности частиц, и затем иметь возможность переносить эти частицы в неполярный растворитель, где частицы будут оставаться стабильными и формировать гомогенную смесь или дисперсию. Таким упрощенным и экономичным образом можно устранить необходимость изменения сродства поверхностного стабилизатора от полярного к неполярному. Замена стабилизаторов может включать сложную реакцию вытеснения или разделения, утомительные способы изоляции и повторного диспергирования, такие как, например, осаждение и последующее повторное диспергирование с новым стабилизатором с использованием шаровой мельницы.Water precipitation may offer the usual route to cerium nanoparticles. However, in order to be applicable as a fuel combustion catalyst for fuels, cerium dioxide nanoparticles must exhibit stability in a non-polar environment, such as diesel fuel. Most stabilizers used to prevent agglomeration in the aquatic environment do not suit the stabilization task in a non-polar environment. When placed in a non-polar solvent, such particles tend to agglomerate immediately and therefore lose some, if not all, of their desired nanoscale properties. Thus, it would be desirable to form stable particles of cerium dioxide in an aqueous environment, maintain the same stabilizer on the surface of the particles, and then be able to transfer these particles to a non-polar solvent, where the particles will remain stable and form a homogeneous mixture or dispersion. In such a simplified and economical manner, the need to change the affinity of the surface stabilizer from polar to non-polar can be eliminated. Replacing stabilizers can include a complex displacement or separation reaction, tedious isolation and re-dispersion methods, such as, for example, precipitation and subsequent re-dispersion with a new stabilizer using a ball mill.
Таким образом, остается необходимость в эффективном и экономичном способе синтеза стабильных наночастиц диоксида церия, содержащих переходные металлы, в полярном, водном окружении и затем переносе этих частиц в неполярное окружение, где образуется стабильная гомогенная смесь.Thus, there remains a need for an efficient and economical method for synthesizing stable cerium dioxide nanoparticles containing transition metals in a polar, aqueous environment and then transferring these particles to a non-polar environment, where a stable homogeneous mixture is formed.
Применение цериевых наночастиц для обеспечения высокотемпературного, устойчивого к окислению покрытия описано, например, в "Synthesis Of Nano Crystalline Ceria Particles For High Temperature Oxidization Resistant Coating", S. Seal et al., Journal of Nanoparticle Research, 4, pp 433-438 (2002). Осаждение диоксида церия на различные поверхности изучали, включая сплавы Ni, хрома и алюминия, и нержавеющую сталь, и на Ni, и поверхности, покрытые Ni-Cr сплавом. Было обнаружено, что желателен размер частиц диоксида церия 10 нм или меньше. Внедрение частиц оксида церия впоследствии ингибирует окисление металлической поверхности.The use of cerium nanoparticles to provide a high temperature, oxidation resistant coating is described, for example, in "Synthesis Of Nano Crystalline Ceria Particles For High Temperature Oxidization Resistant Coating", S. Seal et al., Journal of Nanoparticle Research, 4, pp 433-438 ( 2002). The deposition of cerium dioxide on various surfaces was studied, including alloys of Ni, chromium and aluminum, and stainless steel, and on Ni, and surfaces coated with Ni-Cr alloy. It has been found that a cerium dioxide particle size of 10 nm or less is desired. The incorporation of cerium oxide particles subsequently inhibits the oxidation of the metal surface.
Rim, патент США №6892531, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки, описывает композицию смазочного масла для дизельного двигателя, которая содержит смазочное масло и 0,05-10% масс каталитической добавки, содержащей карбоксилат церия.Rim, US patent No. 6892531, the contents of which are incorporated into this description by reference, describes a lubricating oil composition for a diesel engine that contains lubricating oil and 0.05-10% by weight of a catalytic additive containing cerium carboxylate.
Как описано выше, доступные в настоящее время топливные добавки на основе оксида церия и легированного оксида церия улучшают сгорание топлива дизельных двигателей; однако дополнительные улучшения все еще необходимы. Было бы желательно получить эти топливные добавки для дизельных двигателей, которые обеспечивают дополнительное улучшенное сгорание топлива за счет преимущества еще более мелких, ниже 5 нм, наночастиц кубического CeO2 с более высокими удельными площадями поверхности. Увеличенная способность к сохранению кислорода, обеспеченная включением переходных металлов, при этих размерах зерен также очень желательна. Кроме того, защита двигателей от износа, сниженное трение двигателя и большая смазывающая способность с одновременно улучшенной топливной эффективностью были бы чрезвычайно выгодны.As described above, the currently available fuel additives based on cerium oxide and doped cerium oxide improve the combustion of diesel fuel; however, further improvements are still needed. It would be desirable to obtain these fuel additives for diesel engines that provide additional improved fuel combustion due to the advantage of even smaller, below 5 nm, cubic CeO 2 nanoparticles with higher specific surface areas. The increased oxygen storage ability provided by the inclusion of transition metals at these grain sizes is also very desirable. In addition, engine wear protection, reduced engine friction, and greater lubricity with simultaneously improved fuel efficiency would be extremely beneficial.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Настоящее изобретение касается способа получения наночастиц диоксида церия с заданной решеткой, содержащих, по меньшей мере, один переходный металл (М), который содержит: (а) получение водной реакционной смеси, содержащей источник ионов церия, источник ионов одного или нескольких переходных металлов (М), источник гидроксид ионов, по меньшей мере, один стабилизатор наночастиц и окислитель при исходной температуре в диапазоне от приблизительно 20°С до приблизительно 95°С; (b) механический сдвиг данной смеси и ее прохождение сквозь перфорированное сито, образуя суспензию наночастиц гидроксида церия; и (с) обеспечение температурных условий, эффективных для проведения окисления иона Се3+ в ион Се4+, с образованием потока продукта, содержащего наночастицы диоксида церия, содержащего переходный металл, Ce1-xMxO2. Полученные таким образом наночастицы диоксида церия имеют кубическую структуру флюорита, средний гидродинамический диаметр в диапазоне от приблизительно 1 нм до приблизительно 10 нм и геометрический диаметр от приблизительно 1 нм до приблизительно 4 нм. Способ может быть выполнен как в периодическом, так и непрерывном режиме.The present invention relates to a method for producing cerium dioxide nanoparticles with a predetermined lattice containing at least one transition metal (M), which contains: (a) obtaining an aqueous reaction mixture containing a source of cerium ions, a source of ions of one or more transition metals (M ), a source of hydroxide ions, at least one nanoparticle stabilizer and an oxidizing agent at an initial temperature in the range of from about 20 ° C to about 95 ° C; (b) the mechanical shift of the mixture and its passage through the perforated sieve, forming a suspension of cerium hydroxide nanoparticles; and (c) providing temperature conditions effective for oxidizing the Ce 3+ ion to the Ce 4+ ion to form a product stream containing cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal, Ce 1-x M x O 2 . The cerium dioxide nanoparticles thus obtained have a cubic fluorite structure, an average hydrodynamic diameter in the range of from about 1 nm to about 10 nm, and a geometric diameter from about 1 nm to about 4 nm. The method can be performed both in batch and continuous mode.
Настоящее изобретение дополнительно касается способа образования гомогенной дисперсии, содержащей стабилизированные наночастицы диоксида церия, содержащего переходный металл, Ce1-xMxO2, который содержит: (а) получение водной смеси, которая содержит стабилизированные наночастицы диоксида церия, содержащего переходный металл, Ce1-xMxO2, имеющие кубическую структуру флюорита, средний гидродинамический диаметр в диапазоне от приблизительно 1 нм до приблизительно 10 нм и геометрический диаметр от приблизительно 1 нм до приблизительно 4 нм; (b) концентрирование водной смеси, которая содержит стабилизированные наночастицы диоксида церия, содержащие переходный металл, с образованием водного концентрата; (с) удаление, по существу, всей воды из водного концентрата с образованием, по существу, свободного от воды концентрата стабилизированных наночастиц диоксида церия, содержащего переходный металл; (d) добавление органического разбавителя к, по существу, свободному от воды концентрату с образованием органического концентрата стабилизированных наночастиц диоксида церия, содержащего переходный металл; и (d) объединение органического концентрата с поверхностно-активным веществом в присутствии неполярной среды с образованием гомогенной дисперсии, содержащей стабилизированные наночастицы диоксида церия, содержащего переходный металл, Ce1-xMxO2, где "х" имеет значение от приблизительно 0,3 до приблизительно 0,8, предпочтительнее от приблизительно 0,40 до приблизительно 0,60.The present invention further relates to a method for forming a homogeneous dispersion containing stabilized cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal, Ce 1-x M x O 2 , which contains: (a) preparing an aqueous mixture that contains stabilized transition metal cerium nanoparticles, Ce 1-x M x O 2 having a cubic fluorite structure, an average hydrodynamic diameter in the range of from about 1 nm to about 10 nm, and a geometric diameter of from about 1 nm to about 4 nm; (b) concentrating an aqueous mixture that contains stabilized cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal to form an aqueous concentrate; (c) removing substantially all of the water from the aqueous concentrate to form a substantially water-free concentrate of stabilized cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal; (d) adding an organic diluent to a substantially water-free concentrate to form an organic concentrate of stabilized cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal; and (d) combining the organic concentrate with a surfactant in the presence of a non-polar medium to form a homogeneous dispersion containing stabilized transition metal metal particles of cerium dioxide, Ce 1-x M x O 2 , where "x" has a value of from about 0, 3 to about 0.8, more preferably from about 0.40 to about 0.60.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг.1А и 1В представляют собой соответственно ТЭМ изображение и частотный анализ размера частиц с помощью ТЭМ наночастиц CeO2, полученных путем неизотермического осаждения, как описано в примере 1.Figa and 1B are respectively a TEM image and a frequency analysis of particle size using a TEM of CeO 2 nanoparticles obtained by non-isothermal deposition, as described in example 1.
Фиг.2 представляет собой спектр рентгеновской порошковой дифракции наночастиц диоксида церия, полученных, как описано в примере 1.Figure 2 is a spectrum of x-ray powder diffraction of cerium dioxide nanoparticles obtained as described in example 1.
Фиг.3А представляет собой ТЭМ изображение 1,1 нм наночастиц CeO2, полученных, как описано в примере 2; Фиг.3В представляет собой изображение электронной дифракции этих 1,1 нм частиц; Фиг.3С представляет собой таблицу 1, содержащую вычисленные по измеренной электронной дифракции интенсивности для кубической и гексагональной CeO2 и Се2О3 решеток.Figure 3A is a TEM image of a 1.1 nm CeO 2 nanoparticle prepared as described in Example 2; 3B is an electron diffraction image of these 1.1 nm particles; Fig. 3C is a table 1 containing the intensities calculated from the measured electron diffraction for cubic and hexagonal CeO 2 and Ce 2 O 3 gratings.
Фиг.4А и 4В представляют собой соответственно ТЭМ изображение и частотный анализ размера частиц с помощью ТЭМ изотермически осажденных наночастиц CeO2, полученных с помощью тройного струйного способа, как описано в примере 3.4A and 4B are respectively a TEM image and a frequency analysis of particle size using a TEM of isothermally deposited CeO 2 nanoparticles obtained using the triple jet method as described in Example 3.
Фиг.5А и 5В представляют собой соответственно ТЭМ изображение и частотный анализ размера частиц с помощью ТЭМ изотермически осажденных Cu-содержащих наночастиц CeO2, полученных, как описано в примере 4.5A and 5B respectively represent a TEM image and a frequency analysis of particle size using a TEM of isothermally deposited Cu-containing CeO 2 nanoparticles prepared as described in Example 4.
Фиг.6А и 6В представляют собой соответственно ТЭМ изображение и частотный анализ размера частиц с помощью ТЭМ изотермически осажденных Fe-содержащих наночастиц CeO2, полученных, как описано в примере 5.6A and 6B are respectively a TEM image and a frequency analysis of particle size using a TEM of isothermally deposited Fe-containing CeO 2 nanoparticles prepared as described in Example 5.
Фиг.7А и 7В представляют собой соответственно ТЭМ изображение и частотный анализ размера частиц с помощью ТЭМ изотермически осажденных Zr-содержащих наночастиц CeO2, полученных, как описано в примере 6.7A and 7B are respectively a TEM image and a frequency analysis of particle size using a TEM of isothermally deposited Zr-containing CeO 2 nanoparticles prepared as described in Example 6.
Фиг.8А и 8В представляют собой соответственно ТЭМ изображение и частотный анализ размера частиц с помощью ТЭМ изотермически осажденных наночастиц CeO2, содержащих Zr и Fe, полученных, как описано в примере 7. Фиг.8С представляет собой спектры рентгеновской дифракции изотермически осажденных наночастиц CeO2, содержащих Zr и Fe, полученных, как описано в примере 7.Figs. 8A and 8B are respectively a TEM image and a frequency analysis of particle size using a TEM of isothermally deposited CeO 2 nanoparticles containing Zr and Fe obtained as described in Example 7. Fig. 8C is an X-ray diffraction spectrum of isothermally deposited CeO 2 nanoparticles. containing Zr and Fe obtained as described in example 7.
Фиг.9 представляет собой автоэмиссионное ТЭМ изображение решетки наночастиц CeO2, содержащих Zr и Fe, полученных, как описано в примере 7.Figure 9 is a TEM field emission image of a lattice of CeO 2 nanoparticles containing Zr and Fe obtained as described in Example 7.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
В этой заявке выражение "переходный металл" понимается как охватывающее 40 химических элементов от 21 до 30, от 39 до 48, от 72 до 80, которые включены в периоды 4, 5, 6 соответственно периодической таблицы.In this application, the expression "transition metal" is understood as covering 40 chemical elements from 21 to 30, from 39 to 48, from 72 to 80, which are included in
Настоящее изобретение обеспечивает способ получения наночастиц диоксида церия (CeO2), содержащего ионы переходного металла, который содержит: (а) получение водной реакционной смеси, содержащей источник ионов церия и ионов одного или нескольких переходных металлов, источник гидроксид ионов, по меньшей мере, один стабилизатор наночастиц и окислитель; (b) механический сдвиг данной смеси и ее прохождение сквозь перфорированное сито, образуя суспензию наночастиц гидроксида церия; и (с) создание температурных условий, эффективных для проведения окисления иона Се3+ в ион Се4+, с образованием потока продукта, содержащего наночастицы диоксида церия, содержащего переходный металл, Ce1-xMxO2, которые имеют кубическую структуру флюорита, средний гидродинамический диаметр в диапазоне от приблизительно 1 нм до приблизительно 10 нм и геометрический диаметр от приблизительно 1 нм до приблизительно 4 нм. Кристаллические частицы диоксида церия, содержащие ионы одного или нескольких переходных металлов и имеющие мономодальное распределение размера и монодисперсное частотное распределение размера, могут быть избирательно получены в этом диапазоне размеров. Монокристаллические частицы содержат от двух элементарных ячеек на грань для 1,1 нм частиц до 5 элементарных ячеек на грань для 2,7 нм частиц в зависимости от условий получения. Здесь слово "кристаллический" относится к частицам, которые не образованы из многочисленных агломерированных кристаллитов различного размера, а представляют собой монокристалл с хорошо определенными размерами, заданными числом составляющих элементарных ячеек.The present invention provides a method for producing cerium dioxide (CeO 2 ) nanoparticles containing transition metal ions, which comprises: (a) preparing an aqueous reaction mixture containing a source of cerium ions and one or more transition metal ions, a source of at least one hydroxide ion nanoparticle stabilizer and oxidizing agent; (b) the mechanical shift of the mixture and its passage through the perforated sieve, forming a suspension of cerium hydroxide nanoparticles; and (c) creating temperature conditions effective to oxidize the Ce 3+ ion to the Ce 4+ ion to form a product stream containing cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal, Ce 1-x M x O 2 , which have a cubic fluorite structure , an average hydrodynamic diameter in the range of from about 1 nm to about 10 nm, and a geometric diameter from about 1 nm to about 4 nm. Crystalline cerium dioxide particles containing ions of one or more transition metals and having a monomodal size distribution and a monodisperse frequency distribution of size can be selectively obtained in this size range. Single-crystal particles contain from two unit cells per face for 1.1 nm particles to 5 unit cells per face for 2.7 nm particles, depending on the preparation conditions. Here, the word "crystalline" refers to particles that are not formed from numerous agglomerated crystallites of various sizes, but are a single crystal with well-defined sizes, given the number of constituent unit cells.
Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает непрерывный способ получения кристаллических наночастиц диоксида церия CeO2, содержащих ионы одного или нескольких переходных металлов и имеющих средний гидродинамический диаметр от приблизительно 1 нм до приблизительно 10 нм, где данный способ содержит этап объединения ионов Се3+, ионов одного или нескольких переходных металлов, окислителя, по меньшей мере, одного стабилизатора наночастиц и гидроксид ионов в непрерывном реакторе.The present invention further provides a continuous process for the preparation of crystalline cerium dioxide CeO 2 nanoparticles containing ions of one or more transition metals and having an average hydrodynamic diameter of from about 1 nm to about 10 nm, where the method comprises the step of combining Ce 3+ ions, one or more ions transition metals, an oxidizing agent, at least one nanoparticle stabilizer, and ion hydroxide in a continuous reactor.
Настоящее изобретение также обеспечивает способ получения наночастиц диоксида церия, который включает этапы: (а) обеспечения водной первой реакционной смеси, содержащей источник ионов Се3+, ионов одного или нескольких переходных металлов и, по меньшей мере, одного стабилизатора наночастиц; (b) перемешивания первой реакционной смеси при добавлении окислителя с получением второй реакционной смеси; (с) добавления источника гидроксид ионов ко второй реакционной смеси при воздействии на нее механического сдвига с образованием третьей реакционной смеси; и (а) нагрева третьей реакционной смеси до температуры от приблизительно 50°С до приблизительно 100°С с получением кристаллических наночастиц диоксида церия, которые содержат ионы одного или нескольких переходных металлов и имеют, по существу, мономодальное и однородное частотное распределение по размеру.The present invention also provides a method for producing cerium dioxide nanoparticles, which comprises the steps of: (a) providing an aqueous first reaction mixture comprising a source of Ce 3+ ions, ions of one or more transition metals and at least one nanoparticle stabilizer; (b) stirring the first reaction mixture while adding an oxidizing agent to obtain a second reaction mixture; (c) adding a source of hydroxide ions to the second reaction mixture when subjected to mechanical shear to form a third reaction mixture; and (a) heating the third reaction mixture to a temperature of from about 50 ° C to about 100 ° C to obtain crystalline cerium dioxide nanoparticles that contain ions of one or more transition metals and have a substantially unimodal and uniform frequency distribution in size.
Настоящее изобретение также обеспечивает способ образования однородной смеси, которая содержит вышеуказанные кристаллические наночастицы диоксида церия, по меньшей мере, один стабилизатор наночастиц, по меньшей мере, одно поверхностно-активное вещество, смесь простых эфиров гликолей и неполярную среду. Данный способ включает этапы: (а) получения водной смеси, которая содержит стабилизированные наночастицы диоксида церия, полученные путем тесной ассоциации стабилизатора наночастиц с кристаллическими наночастицами диоксида церия; (b) концентрирования водной смеси, включающей стабилизированные кристаллические наночастицы диоксида церия с образованием водного концентрата; и (с) удаления, по существу, всей воды с помощью растворителя, перемещающего из водного окружения в окружение простого эфира гликоля, объединения поверхностно-активного вещества и, возможно, совместного поверхностно-активного вещества с перемещенным растворителем-концентратом в присутствии неполярной среды с образованием однородной смеси.The present invention also provides a method of forming a uniform mixture that contains the above crystalline cerium dioxide nanoparticles, at least one nanoparticle stabilizer, at least one surfactant, a mixture of glycol ethers and a non-polar medium. This method includes the steps of: (a) preparing an aqueous mixture that contains stabilized cerium dioxide nanoparticles obtained by closely associating the nanoparticle stabilizer with crystalline cerium dioxide nanoparticles; (b) concentrating the aqueous mixture comprising stabilized crystalline cerium dioxide nanoparticles to form an aqueous concentrate; and (c) removing substantially all of the water with a solvent moving glycol from the aqueous environment to the surrounding ether, combining the surfactant and optionally the joint surfactant with the displaced solvent concentrate in the presence of a non-polar medium to form homogeneous mixture.
В присутствии гидроксид ионов ион Се4+ реагирует, образуя гидроксид церия, который при нагреве превращается в кристаллический диоксид церия. Температура в реакционном резервуаре поддерживается от приблизительно 50°С до приблизительно 100°С, более предпочтительно приблизительно 65-95°С, наиболее предпочтительно приблизительно 85°С. Время и температура могут меняться местами, более высокие температуры обычно снижают время, требуемое для превращения гидроксида в оксид. После периода с этими повышенными температурами, порядка приблизительно 1 часа или меньше и, допустимо, приблизительно 0,5 часа, гидроксид церия превращается в кристаллический диоксид церия, и температуру реакционного резервуара снижают до приблизительно 15-25°C. Затем кристаллические наночастицы диоксида церия концентрируют, и непрореагировавший церий и ненужные побочные продукты, такие как нитрат аммония, удаляют, наиболее удобно, например, путем диафильграции.In the presence of hydroxide ions, the Ce 4+ ion reacts to form cerium hydroxide, which when heated turns into crystalline cerium dioxide. The temperature in the reaction tank is maintained from about 50 ° C to about 100 ° C, more preferably about 65-95 ° C, most preferably about 85 ° C. Time and temperature can change places, higher temperatures usually reduce the time required to convert the hydroxide to oxide. After a period with these elevated temperatures, of the order of about 1 hour or less, and possibly about 0.5 hours, cerium hydroxide is converted to crystalline cerium dioxide, and the temperature of the reaction vessel is reduced to about 15-25 ° C. The crystalline cerium dioxide nanoparticles are then concentrated, and unreacted cerium and unnecessary by-products such as ammonium nitrate are removed most conveniently, for example, by diafiltration.
В одном аспекте настоящего изобретения способ получения кристаллических наночастиц диоксида церия, содержащих ионы одного или нескольких переходных металлов, включает: получение водной реакционной смеси, содержащей ионы Се3+, ионы одного или нескольких переходных металлов, гидроксид ионы, стабилизатор или комбинацию стабилизаторов и окислитель, проведение реакции при температуре, эффективной для генерации зародышей малого размера и достижения последующего окисления ионов Се3+ в ионы Се4+, и предоставления возможности зародышам расти в нанометрический диоксид церия. Реакционную смесь подвергают механическому сдвигу, предпочтительно заставляя ее проходить сквозь перфорированное сито, образуя суспензию кристаллических наночастиц диоксида церия, имеющих средний гидродинамический диаметр в диапазоне от приблизительно 1 нм до приблизительно 10 нм. Хотя диаметр частиц можно регулировать в диапазоне от 1,5 нм до 25 нм, предпочтительно кристаллические наночастицы диоксида церия имеют средний гидродинамический диаметр приблизительно 10 нм или меньше, более предпочтительно приблизительно 8 нм или меньше, наиболее предпочтительно приблизительно 6 нм. Желательно, если наночастицы содержат один или, самое большее, два первичных кристаллита на грань частицы, где каждый кристаллит составляет в среднем 2,5 нм (приблизительно 5 элементарных ячеек). Таким образом, полученная частота размера наночастиц является, по существу, монодисперсной, т.е. имеет коэффициент вариации (COV) меньше чем 25%, где COV определяется как стандартное отклонение, деленное на среднее значение.In one aspect of the present invention, a method for producing crystalline cerium dioxide nanoparticles containing one or more transition metal ions comprises: preparing an aqueous reaction mixture containing Ce 3+ ions, one or more transition metal ions, hydroxide ions, a stabilizer or combination of stabilizers and an oxidizing agent, carrying out the reaction at a temperature effective for generating small nuclei and achieving the subsequent oxidation of Ce 3+ ions to Ce 4+ ions and allowing the nuclei to grow and nanometric cerium dioxide. The reaction mixture is subjected to mechanical shear, preferably causing it to pass through a perforated sieve, forming a suspension of crystalline cerium dioxide nanoparticles having an average hydrodynamic diameter in the range of from about 1 nm to about 10 nm. Although the particle diameter can be adjusted in the range from 1.5 nm to 25 nm, preferably the crystalline cerium dioxide nanoparticles have an average hydrodynamic diameter of about 10 nm or less, more preferably about 8 nm or less, most preferably about 6 nm. It is desirable if the nanoparticles contain one or at most two primary crystallites per face of the particle, where each crystallite averages 2.5 nm (approximately 5 unit cells). Thus, the obtained nanoparticle size frequency is essentially monodisperse, i.e. has a coefficient of variation (COV) of less than 25%, where COV is defined as the standard deviation divided by the mean.
Механический сдвиг включает движение текучих сред вдоль поверхностей, таких как поверхности ротора, что приводит к генерации сдвигового напряжения. В частности, ламинарное течение на поверхности имеет нулевую скорость, и сдвиговое напряжение возникает между поверхностью нулевой скорости и течением более высокой скорости от данной поверхности.Mechanical shear involves the movement of fluids along surfaces such as rotor surfaces, which results in shear stress. In particular, the laminar flow on the surface has zero velocity, and shear stress occurs between the zero velocity surface and a higher velocity flow from the given surface.
В одном варианте осуществления настоящее изобретение применяет коллоидную мельницу, которая обычно используется для измельчения микроэмульсий или коллоидов, в качестве химического реактора для получения наночастиц диоксида церия. Примеры применимых коллоидных мельниц включают мельницы, описанные Korstvedt, патент США №6745961 и патент США №6305626, содержания которых включены в данное описание посредством ссылки.In one embodiment, the present invention uses a colloidal mill, which is commonly used to grind microemulsions or colloids, as a chemical reactor to produce cerium dioxide nanoparticles. Examples of useful colloidal mills include mills described by Korstvedt, US Pat. No. 6,745,961 and US Pat. No. 6,305,626, the contents of which are incorporated herein by reference.
Желательно, если реагенты включают водный раствор источника ионов Се3+, например, нитрата церия (III); окислитель, такой как пероксид водорода или молекулярный кислород; и стабилизатор, такой как, например, 2-[2-(2-метоксиэтокси)этокси]уксусная кислота. Обычно присутствует двухэлектронный окислитель, такой как пероксид, предпочтительно в, по меньшей мере, половинной мольной концентрации ионов церия. Концентрация гидроксид ионов предпочтительно, по меньшей мере, в два, более предпочтительно в три раза или даже в пять раз выше мольной концентрации ионов церия.Preferably, if the reagents include an aqueous solution of a source of Ce 3+ ions, for example, cerium (III) nitrate; an oxidizing agent such as hydrogen peroxide or molecular oxygen; and a stabilizer, such as, for example, 2- [2- (2-methoxyethoxy) ethoxy] acetic acid. Typically, a two-electron oxidizing agent, such as peroxide, is present, preferably in at least half the molar concentration of cerium ions. The concentration of hydroxide ions is preferably at least two, more preferably three times or even five times higher than the molar concentration of cerium ions.
Исходно реакционную камеру поддерживают при температуре, достаточно низкой, чтобы генерировать зародыши гидроксида церия(III) маленького размера, которые могут расти в нанометрические кристаллические частицы диоксида церия после последующего смещения к более высоким температурам, приводящим к превращению ионов Се3+ в состояние ионов Се4+. Исходно температура составляет, подходящим образом, приблизительно 25°С или меньше, хотя более высокие температуры могут быть использованы без существенного увеличения размера частиц.Initially, the reaction chamber is maintained at a temperature low enough to generate cerium (III) hydroxide nuclei of small size, which can grow into nanometric crystalline particles of cerium dioxide after subsequent displacement to higher temperatures, leading to the conversion of Ce 3+ ions to the state of Ce 4 ions + . Initially, the temperature is suitably about 25 ° C. or less, although higher temperatures can be used without a substantial increase in particle size.
В одном варианте осуществления источник ионов Се3+, ионов одного или нескольких переходных металлов, стабилизатор наночастиц и окислитель находятся в реакторе, а источник гидроксид ионов, такой как гидроксид аммония, быстро добавляют при перемешивании, предпочтительно на протяжении периода времени около 10 минут или меньше. В определенных условиях, таких как добавление одной струи аммония к ионам металлов, приблизительно 20 секунд или меньше являются предпочтительными, еще более предпочтительно приблизительно 15 секунд или меньше. В альтернативном варианте осуществления источник гидроксид ионов и окислитель находятся в реакторе, а источник ионов Се3+ и ионов одного или нескольких переходных металлов добавляют на протяжении периода приблизительно от 15 секунд до 20 минут. В третьем и предпочтительном варианте осуществления стабилизатор находится в реакционном резервуаре, а нитрат церия(III) с ионами одного или нескольких переходных металлов одновременно вводят в реакционную камеру с отдельной струей гидроксида аммония, причем упомянутые гидроксид-ионы присутствуют в мольном стехиометрическом отношении к ионам Се3+ от приблизительно 2:1 ОН:Се до приблизительно 5:1 ОН:Се, при оптимальном мольном стехиометрическом отношении 2:1, 3:1 или даже 5:1 ОН:Се.In one embodiment, the source of Ce 3+ ions, one or more transition metal ions, a nanoparticle stabilizer, and an oxidizing agent are in the reactor, and the ion hydroxide source, such as ammonium hydroxide, is added quickly with stirring, preferably over a period of about 10 minutes or less . Under certain conditions, such as adding a single stream of ammonium to metal ions, about 20 seconds or less are preferred, even more preferably about 15 seconds or less. In an alternative embodiment, a source of hydroxide ions and an oxidizing agent are in the reactor, and a source of Ce 3+ ions and one or more transition metal ions is added over a period of about 15 seconds to 20 minutes. In a third and preferred embodiment, the stabilizer is in the reaction tank, and cerium (III) nitrate with ions of one or more transition metals is simultaneously introduced into the reaction chamber with a separate stream of ammonium hydroxide, said hydroxide ions being in a molar stoichiometric ratio to Ce 3 ions + from about 2: 1 OH: Ce to about 5: 1 OH: Ce, with an optimal molar stoichiometric ratio of 2: 1, 3: 1 or even 5: 1 OH: Ce.
Ионы Се3+ реагируют с окислителем в присутствии гидроксид ионов, образуя гидроксид церия, который может превращаться при нагреве в кристаллический диоксид церия. Температуру в реакционном резервуаре поддерживают от приблизительно 50°С до приблизительно 100°С, предпочтительно приблизительно 65-85°С, более предпочтительно приблизительно 70°С. Внедрение определенных ионов переходных металлов, таких как Zr и Cu, обычно требует более высоких температур, приблизительно 85°С. После периода времени при этих повышенных температурах, предпочтительно приблизительно 1 час или меньше, более предпочтительно приблизительно 0,5 часа, легированный гидроксид церия, по существу, превращается в кристаллический диоксид церия, и температуру реакционного резервуара снижают до приблизительно 15-25°С. Переменные времени и температуры могут меняться местами, более высокие температуры обычно требуют более короткого времени реакции. Суспензию наночастиц диоксида церия концентрируют, и непрореагировавший церий и ненужные побочные продукты, такие как нитрат аммония, удаляют, что можно удобно выполнять путем диафильграции.Ce 3+ ions react with an oxidizing agent in the presence of hydroxide ions, forming cerium hydroxide, which can be converted to crystalline cerium by heating. The temperature in the reaction tank is maintained from about 50 ° C to about 100 ° C, preferably from about 65-85 ° C, more preferably from about 70 ° C. The incorporation of certain transition metal ions, such as Zr and Cu, usually requires higher temperatures, approximately 85 ° C. After a period of time at these elevated temperatures, preferably about 1 hour or less, more preferably about 0.5 hours, the doped cerium hydroxide is substantially converted to crystalline cerium dioxide, and the temperature of the reaction vessel is reduced to about 15-25 ° C. Time and temperature variables can change places; higher temperatures usually require a shorter reaction time. The suspension of cerium dioxide nanoparticles is concentrated, and unreacted cerium and unnecessary by-products such as ammonium nitrate are removed, which can conveniently be accomplished by diafiltration.
Стабилизатор наночастиц является критическим компонентом реакционной смеси. Желательно, если стабилизатор наночастиц является водорастворимым и образует слабые связи с ионом церия. КВС обозначает константу связывания стабилизатора наночастиц с ионом церия в воде. Log КВС для нитрат иона равен 1 и для гидроксид иона равен 14. Наиболее желательно, если log КВС лежит в этом диапазоне, предпочтительно в середине этого диапазона. Пригодные стабилизаторы наночастиц включают алкоксизамещенные карбоновые кислоты, α-гидроксикарбоновые кислоты, α-кетокарбоновые кислоты, такие как пировиноградная кислота, и малые органические поликислоты, такие как винная кислота и лимонная кислота. Примеры алкоксилированных карбоновых кислот включают ди-, три- и тетракарбоновую кислоты и их комбинации, метоксиуксусную кислоту, 2-(метокси)этоксиуксусную кислоту и 2-[2-(2-метоксиэтокси)этокси]уксусную кислоту (МЕЕА). Среди α-гидроксикарбоновых кислот примеры включают молочную кислоту, глюконовую кислоту и 2-гидроксибутановую кислоту. Поликислоты включают этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА), винную кислоту и лимонную кислоту. Комбинации соединений с большим КВС, таких как ЭДТА, со стабилизаторами со слабым КВС, такими как молочная кислота, также применимы в особых отношениях. Стабилизаторы с большим КВС, такие как глюконовая кислота, могут использоваться при низком уровне или со стабилизаторами со слабым КВС, такими как молочная кислота.A nanoparticle stabilizer is a critical component of the reaction mixture. Preferably, the stabilizer of the nanoparticles is water soluble and forms weak bonds with the cerium ion. K BC denotes the binding constant of the stabilizer of nanoparticles with cerium ion in water. Log K BC for the nitrate ion is 1 and for hydroxide ion is 14. Most preferably, if log K BC lies in this range, preferably in the middle of this range. Suitable nanoparticle stabilizers include alkoxy substituted carboxylic acids, α-hydroxycarboxylic acids, α-ketocarboxylic acids, such as pyruvic acid, and small organic polyacids, such as tartaric acid and citric acid. Examples of alkoxylated carboxylic acids include di-, tri- and tetracarboxylic acids and combinations thereof, methoxyacetic acid, 2- (methoxy) ethoxyacetic acid and 2- [2- (2-methoxyethoxy) ethoxy] acetic acid (MEEA). Among α-hydroxycarboxylic acids, examples include lactic acid, gluconic acid and 2-hydroxybutanoic acid. Polyacids include ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), tartaric acid and citric acid. Combinations of compounds with high K BC , such as EDTA, and stabilizers with low K BC , such as lactic acid, are also applicable in special respects. High K VS stabilizers such as gluconic acid can be used at low levels or with low K VS stabilizers such as lactic acid.
В одном желательном варианте осуществления стабилизатор наночастиц включает соединение с формулой (Ia). В формуле (Ia) R обозначает водород, или замещенную или незамещенную алкильную группу, или ароматическую группу, такую, например, как метильная группа, этильная группа или фенильная группа. Более предпочтительно, R обозначает низшую алкильную группу, такую как метильная группа. R1 обозначает водород или замещенную группу, такую как алкильная группа. В формуле (Ia) n обозначает целое число 0-5, предпочтительно 2, а Y обозначает Н или противоион, такой как щелочной металл, например, Na+ или К+. Стабилизатор связывается с наночастицами и предотвращает агломерацию частиц и последующее образование больших скоплений частиц.In one desirable embodiment, the nanoparticle stabilizer comprises a compound of formula (Ia). In the formula (Ia), R is hydrogen, or a substituted or unsubstituted alkyl group, or an aromatic group, such as, for example, a methyl group, an ethyl group or a phenyl group. More preferably, R is a lower alkyl group, such as a methyl group. R 1 is hydrogen or a substituted group, such as an alkyl group. In the formula (Ia), n is an integer of 0-5, preferably 2, and Y is H or a counterion, such as an alkali metal, for example, Na + or K + . The stabilizer binds to nanoparticles and prevents particle agglomeration and subsequent formation of large clusters of particles.
В другом варианте осуществления стабилизатор наночастиц обозначается формулой (Ib), где R2 независимо обозначает замещенную или незамещенную алкильную группу или замещенную или незамещенную ароматическую группу. Х и Z независимо обозначают Н или противоион, такой как Na+ или К+, и р равно 1 или 2.In another embodiment, the nanoparticle stabilizer is denoted by formula (Ib), where R 2 independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aromatic group. X and Z independently represent H or a counterion, such as Na + or K + , and p is 1 or 2.
Применимые стабилизаторы наночастиц также обнаруживаются среди α-гидроксизамещенных карбоновых кислот, таких как молочная кислота, и среди полигидроксизамещенных кислот, таких как глюконовая кислота.Suitable nanoparticle stabilizers are also found among α-hydroxy-substituted carboxylic acids, such as lactic acid, and among polyhydroxy-substituted acids, such as gluconic acid.
Предпочтительно, стабилизатор наночастиц не включает элемент серу, так как серосодержащие материалы могут быть нежелательны для определенных приложений. Например, если частицы диоксида церия включены в композицию топливной добавки, использование серосодержащего стабилизатора, такого как АОТ, может приводить к нежелательному выделению оксидов серы после сгорания.Preferably, the nanoparticle stabilizer does not include a sulfur element, since sulfur-containing materials may not be desirable for certain applications. For example, if cerium dioxide particles are included in the composition of the fuel additive, the use of a sulfur-containing stabilizer, such as AOT, can lead to undesirable emission of sulfur oxides after combustion.
Размер полученных частиц диоксида церия может определяться с помощью динамического рассеяния света, технологии измерения для определения гидродинамического диаметра частиц. Гидродинамический диаметр (ср. B.J. Berne and R. Pecora, "Dynamic Light Scattering: With Applications to Chemistry, Biology and Physics", John Wiley and Sons, NY 1976 и "Interactions of Photons and Neutrons with Matter", S. H. Chen and M. Kotlarchyk, World Scientific Publishing, Singapore, 1997), который немного больше, чем геометрический диаметр частицы, включает и собственный размер частицы, и сольватирующую оболочку, окружающую частицу. Когда луч света проходит сквозь коллоидную дисперсию, частицы или капли рассевают часть света во всех направлениях. Когда частицы очень малы по сравнению с длиной волны света, интенсивность рассеянного света равномерна во всех направлениях (рассеяние Релея). Если свет является когерентным и монохроматическим, как, например, от лазера, можно наблюдать зависящие от времени флуктуации интенсивности рассеяния, используя подходящий детектор, такой как фотоумножитель, способный работать в режиме счета фотонов. Эти флуктуации происходят от того факта, что частицы достаточно малы, чтобы подвергаться случайному тепловому броуновскому движению, и расстояние между ними поэтому постоянно меняется. Усиливающая и ослабляющая интерференция света, рассеянного соседними частицами в освещенной зоне, дает прирост флуктуации интенсивности в плоскости детектора, которая, так как происходит из-за движения частиц, содержит информацию об этом движении. Анализ временной зависимости флуктуации интенсивности может, следовательно, давать коэффициент диффузии частиц, из которого, по уравнению Стокса-Эйнштейна и известной вязкости среды, можно вычислить гидродинамический радиус или диаметр частиц.The size of the obtained particles of cerium dioxide can be determined using dynamic light scattering, measurement technology to determine the hydrodynamic diameter of the particles. Hydrodynamic Diameter (cf. BJ Berne and R. Pecora, "Dynamic Light Scattering: With Applications to Chemistry, Biology and Physics", John Wiley and Sons, NY 1976 and "Interactions of Photons and Neutrons with Matter", SH Chen and M. Kotlarchyk, World Scientific Publishing, Singapore, 1997), which is slightly larger than the geometric diameter of the particle, includes both the intrinsic particle size and the solvation shell surrounding the particle. When a ray of light passes through a colloidal dispersion, particles or droplets scatter part of the light in all directions. When the particles are very small compared to the wavelength of light, the intensity of the scattered light is uniform in all directions (Rayleigh scattering). If the light is coherent and monochromatic, such as a laser, for example, time-dependent fluctuations in the scattering intensity can be observed using a suitable detector such as a photomultiplier capable of operating in photon counting mode. These fluctuations come from the fact that the particles are small enough to undergo random thermal Brownian motion, and the distance between them therefore constantly changes. The amplifying and attenuating interference of light scattered by neighboring particles in the illuminated zone gives an increase in the intensity fluctuation in the plane of the detector, which, since it occurs due to the movement of particles, contains information about this movement. An analysis of the time dependence of intensity fluctuations can, therefore, give a particle diffusion coefficient, from which, according to the Stokes-Einstein equation and the known viscosity of the medium, it is possible to calculate the hydrodynamic radius or particle diameter.
В другом аспекте данного изобретения непрерывный способ получения маленьких кристаллических наночастиц диоксида церия CeO2, содержащих ионы переходных металлов, то есть частиц, имеющих средний диаметр меньше чем приблизительно 10 нм, включает объединение ионов Се3+, ионов одного или нескольких переходных металлов, окислителя, стабилизатора наночастиц или комбинацию стабилизаторов, и гидроксид ионов в непрерывном реакторе, в который непрерывно вводят реагенты и другие ингредиенты, и из которого непрерывно удаляют продукт. Непрерывные способы описываются, например, в Ozawa, et al., патент США №6897270; Nickel, et al., патент США №6723138; Campbell, et al., патент США №6627720; Beck, патент США №5097090; и Byrd, et al., патент США №4661321; содержания которых включены в данное описание посредством ссылки.In another aspect of the invention, a continuous process for the preparation of small crystalline cerium dioxide CeO 2 nanoparticles containing transition metal ions, i.e., particles having an average diameter of less than about 10 nm, comprises combining Ce 3+ ions, one or more transition metal ions, an oxidizing agent, a nanoparticle stabilizer, or a combination of stabilizers, and ion hydroxide in a continuous reactor into which reactants and other ingredients are continuously introduced, and from which the product is continuously removed. Continuous methods are described, for example, in Ozawa, et al., US patent No. 6897270; Nickel, et al. US Pat. No. 6,723,138; Campbell, et al. U.S. Patent No. 6,677,720; Beck, US patent No. 5097090; and Byrd, et al., U.S. Patent No. 4,661,321; the contents of which are incorporated herein by reference.
Растворитель, такой как вода, часто применяют в данном способе. Растворитель растворяет реагенты, и поток растворителя может подстраиваться, чтобы регулировать способ. Преимущественно, смесители могут быть использованы, чтобы взбалтывать и смешивать реагенты.A solvent, such as water, is often used in this method. The solvent dissolves the reagents, and the solvent stream can be adjusted to control the process. Advantageously, mixers can be used to agitate and mix reagents.
Любой реактор, который способен принимать непрерывный поток реагентов и выдавать непрерывный поток продукта, может применяться. Эти реакторы могут включать баковые реакторы с непрерывным перемешиванием, поршневые проточные реакторы и подобные. Реагенты, требуемые для выполнения синтеза наночастиц, предпочтительно загружают в реактор в потоках; т.е. их предпочтительно вводят в виде жидкостей или растворов. Реагенты могут загружаться в отдельных потоках, или определенные реагенты могут объединяться перед загрузкой реактора.Any reactor that is capable of receiving a continuous stream of reactants and delivering a continuous stream of product can be used. These reactors may include continuous stirred tank reactors, reciprocating flow reactors, and the like. The reagents required to carry out the synthesis of nanoparticles are preferably loaded into the reactor in streams; those. they are preferably administered in the form of liquids or solutions. The reactants may be charged in separate streams, or certain reactants may be combined prior to loading the reactor.
Реагенты вводят в реакционную камеру, оборудованную мешалкой, через один или несколько входов. Обычно реагенты включают водный раствор источника ионов Се3+, например, нитрата церия(III), ионов переходных металлов, такого как, например, нитрат железа или нитрат меди; окислитель, такой как пероксид водорода или молекулярный кислород, включая окружающий воздух; и стабилизатор, такой как, например, 2-[2-(2-метоксиэтокси)этокси]уксусная кислота. Двухэлектронный окислитель, такой как пероксид водорода, присутствует предпочтительно в, по меньшей мере, половинной от молярной концентрации ионов церия. Альтернативно, молекулярный кислород может барботироваться сквозь смесь. Концентрация ионов гидроксида предпочтительно в два раза выше мольной концентрации церия.Reagents are introduced into a reaction chamber equipped with a stirrer through one or more inlets. Typically, the reagents include an aqueous solution of a source of Ce 3+ ions, for example, cerium (III) nitrate, transition metal ions, such as, for example, iron nitrate or copper nitrate; an oxidizing agent such as hydrogen peroxide or molecular oxygen, including ambient air; and a stabilizer, such as, for example, 2- [2- (2-methoxyethoxy) ethoxy] acetic acid. A two-electron oxidizing agent, such as hydrogen peroxide, is preferably present in at least half the molar concentration of cerium ions. Alternatively, molecular oxygen may be bubbled through the mixture. The concentration of hydroxide ions is preferably two times higher than the molar concentration of cerium.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения способ образования маленьких наночастиц диоксида церия включает этап образования первого водного потока реагентов, который включает ионы Се3+, например, в виде нитрата церия(III), ионы одного или нескольких переходных металлов и окислитель. Подходящие окислители, способные окислять Се(III) в Се(IV), включают, например, пероксид водорода или молекулярный кислород. Необязательно, первый поток реагентов также включает стабилизатор наночастиц, который связывается с наночастицами легированного диоксида церия, предотвращая агломерацию частиц. Примеры пригодных стабилизаторов наночастиц были упомянуты выше.In one embodiment of the present invention, the method of forming small cerium dioxide nanoparticles comprises the step of forming a first aqueous reagent stream that includes Ce 3+ ions, for example, in the form of cerium (III) nitrate, one or more transition metal ions, and an oxidizing agent. Suitable oxidizing agents capable of oxidizing Ce (III) to Ce (IV) include, for example, hydrogen peroxide or molecular oxygen. Optionally, the first reagent stream also includes a nanoparticle stabilizer that binds to doped cerium nanoparticles to prevent particle agglomeration. Examples of suitable nanoparticle stabilizers have been mentioned above.
Данный способ дополнительно включает этап образования второго водного потока реагентов, который включает источник гидроксид ионов, например, гидроксид аммония или гидроксид калия. Необязательно, второй поток реагентов дополнительно включает стабилизатор, примеры которого описаны ранее. По меньшей мере, один из первого или второго потоков реагентов, однако, должен содержать стабилизатор или комбинацию стабилизаторов.This method further includes the step of forming a second aqueous stream of reagents, which includes a source of hydroxide ions, for example, ammonium hydroxide or potassium hydroxide. Optionally, the second reagent stream further includes a stabilizer, examples of which are described previously. At least one of the first or second reagent streams, however, must contain a stabilizer or a combination of stabilizers.
Первый и второй потоки реагентов объединяются, образуя реакционный поток. Исходно, температуру реакционного потока поддерживают достаточно низкой для образования маленьких зародышей гидроксида церия(III). Затем температуру повышают, так что окисление Се(III) в Се(IV) происходит в присутствии окислителя, и гидроксид превращается в оксид, образуя поток продукта, который включает кристаллический диоксид церия. Температура для превращения гидроксида в оксид предпочтительно находится в диапазоне приблизительно 50-100°С, более предпочтительно приблизительно 60-90°С. В одном варианте осуществления первый и второй потоки реагентов объединяют при температуре приблизительно 10-20°С, и температуру затем увеличивают до приблизительно 60-90°С. Изотермическое осаждение при повышенной температуре, например, 90°С, является альтернативным способом получения маленьких наночастиц при условии, что стадия роста может ингибироваться подходящим молекулярным адсорбатом (ограничителем роста).The first and second reactant streams combine to form a reaction stream. Initially, the temperature of the reaction stream is kept low enough to form small cerium (III) hydroxide nuclei. Then, the temperature is increased, so that the oxidation of Ce (III) in Ce (IV) occurs in the presence of an oxidizing agent, and the hydroxide is converted into an oxide, forming a product stream, which includes crystalline cerium dioxide. The temperature for converting the hydroxide to oxide is preferably in the range of about 50-100 ° C, more preferably about 60-90 ° C. In one embodiment, the first and second reactant streams are combined at a temperature of about 10-20 ° C, and the temperature is then increased to about 60-90 ° C. Isothermal precipitation at elevated temperatures, for example, 90 ° C, is an alternative way to obtain small nanoparticles, provided that the stage of growth can be inhibited by a suitable molecular adsorbate (growth restrictor).
Желательно, когда кристаллические наночастицы диоксида церия с заданной решеткой в потоке продукта концентрируют, например, с помощью технологий диафильграции, используя одну или несколько полупористых мембран. В одном варианте осуществления поток продукта включает водную суспензию кристаллических наночастиц диоксида церия, содержащих переходный металл, которая снижена по проводимости до приблизительно 5 мСм/см или меньше с помощью одной или нескольких полупористых мембран.Preferably, crystalline cerium dioxide nanoparticles with a predetermined lattice in the product stream are concentrated, for example, using diafiltration techniques using one or more semi-porous membranes. In one embodiment, the product stream comprises an aqueous suspension of crystalline cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal that is reduced in conductivity to about 5 mS / cm or less using one or more semi-porous membranes.
Схематичное представление непрерывного реактора, подходящего для выполнения данного изобретения, приведено на фиг.3 в PCT/US 2007/77545, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ ДИОКСИДА ЦЕРИЯ, зарегистрированной 4 сентября 2007. Реактор 40 включает первый поток реагентов 41, содержащий водный нитрат церия. Окислитель, такой как пероксид водорода, добавляют в поток реагентов посредством входа 42 и реагенты смешивают с помощью смесителя 43а. В полученную смесь добавляют стабилизатор через вход 45 с последующим перемешиванием с помощью смесителя 43b. Смесь из смесителя 43b затем входит в смеситель 43с, где она объединяется со вторым потоком реагентов, содержащим гидроксид аммония из входа 44. Первый и второй потоки реагентов смешивают, используя смеситель 43с, образуя реакционный поток, который может подвергаться механическому сдвигу путем прохождения его сквозь перфорированное сито. В дополнительном варианте осуществления смеситель 43с содержит реактор с коллоидной мельницей, как описано ранее, который оборудован входными портами для приема потоков реагентов и выходным портом 45. В дополнительном варианте осуществления температуру смесителя 43с поддерживают при температуре в диапазоне от приблизительно 10°С до приблизительно 25°С.A schematic representation of a continuous reactor suitable for carrying out the invention is shown in FIG. 3 in PCT / US 2007/77545, METHOD FOR PRODUCING CERIUM DIOXIDE NANOPARTICLES, registered on September 4, 2007.
Смесь из 43с входит в реакторную трубу 45, которая находится в бане 46 с постоянной температурой,. которая поддерживает трубу 45 при температуре приблизительно 60-90°С.The mixture of 43c enters the reactor tube 45, which is located in the bath 46 with a constant temperature. which supports the pipe 45 at a temperature of approximately 60-90 ° C.
Кристаллические наночастицы диоксида церия образуются в реакторной трубе 45, которая может включать в себя спираль 50. Поток продукта затем входит в одну или несколько ячеек диафильтрации 47, где кристаллические наночастицы диоксида церия концентрируют, используя одну или несколько полупористых мембран. Одна или несколько ячеек диафильтрации могут соединяться последовательно, чтобы достигать концентрации продукта за один проход, или ячейки могут размещаться параллельно для очень высокой объемной производительности. Ячейки диафильтрации могут быть расположены и последовательно, и параллельно, чтобы достигать и высокой объемной, и быстрой производительности. Концентрированные кристаллические наночастицы диоксида церия выходят из ячейки диафильтрации через выходной порт 49, а избыточные реагенты и вода удаляются из ячейки диафильтрации 47 через выходной порт 48. В альтернативном варианте осуществления стабилизатор может добавляться во второй поток реагентов через порт 51, а не в первый поток реагентов через порт 45.Crystalline cerium dioxide nanoparticles are formed in the reactor tube 45, which may include a
В одном варианте осуществления данного изобретения поток продукта концентрированных кристаллических наночастиц диоксида церия с заданной решеткой, выходящий из ячейки диафильтрации 47, переводят путем смены растворителя в, по существу, свободное от воды окружение одного или нескольких простых эфиров гликолей. Это можно выполнять с помощью диализных мешков или путем пропускания водных наночастиц сквозь колонну диафильтрации с органическим разбавителем, который предпочтительно содержит один или несколько простых эфиров гликолей. Органический разбавитель может дополнительно включать в себя спирт. Пригодный разбавитель содержит смесь монометилового эфира диэтиленгликоля и 1-метокси-2-пропанола.In one embodiment of the invention, the product stream of concentrated crystalline cerium dioxide nanoparticles with a predetermined lattice exiting the diafiltration cell 47 is converted by changing the solvent to a substantially water-free environment of one or more glycol ethers. This can be done using dialysis bags or by passing aqueous nanoparticles through a diafiltration column with an organic diluent that preferably contains one or more glycol ethers. The organic diluent may further include alcohol. A suitable diluent comprises a mixture of diethylene glycol monomethyl ether and 1-methoxy-2-propanol.
Полученный сменой растворителя органический концентрат объединяют с поверхностно-активным веществом, таким как олеиновая кислота, с последующим объединением с потоком, который включает неполярный растворитель, такой как керосин или дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы, образуя гомогенную дисперсию кристаллических наночастиц диоксида церия с заданной решеткой, которая может смешиваться с углеводородными топливами, такими как дизельное топливо.The organic concentrate obtained by changing the solvent is combined with a surfactant, such as oleic acid, followed by combining with a stream that includes a non-polar solvent, such as kerosene or ultra-low sulfur diesel fuel, forming a homogeneous dispersion of crystalline cerium dioxide particles with a given lattice, which can be mixed with hydrocarbon fuels such as diesel.
Использование непрерывного способа для получения кристаллических наночастиц диоксида церия с заданной решеткой позволяет лучше регулировать получение зародышей частиц и их рост по сравнению с тем, как это делается в периодических реакторах. Размер зародышей можно регулировать с помощью исходной концентрации реагентов, температуры и отношения стабилизатора наночастиц к концентрациям реагентов. Для маленьких зародышей благоприятны низкие температуры, меньше чем приблизительно 20°С, и высокие отношения стабилизатора наночастиц к концентрациям реагентов. Таким путем, очень маленькие наночастицы, имеющие средний гидродинамический диаметр меньше чем приблизительно 10 нм, с геометрическими диаметрами частиц меньше чем приблизительно 3 нм, могут быть получены экономичным образом.Using a continuous method for producing crystalline cerium dioxide nanoparticles with a given lattice makes it possible to better control the production of particle nuclei and their growth compared to how it is done in batch reactors. The size of the nuclei can be adjusted using the initial concentration of the reactants, temperature, and the ratio of the stabilizer of the nanoparticles to the concentrations of the reactants. For small nuclei, low temperatures, less than about 20 ° C, and high ratios of nanoparticle stabilizer to reagent concentrations are favorable. In this way, very small nanoparticles having an average hydrodynamic diameter of less than about 10 nm, with geometric particle diameters of less than about 3 nm, can be obtained in an economical manner.
Данное изобретение обеспечивает способ получения гомогенной смеси, которая включает наночастицы диоксида церия (CeO2), содержащие ионы одного или нескольких переходных металлов, стабилизатор наночастиц, поверхностно-активное вещество, простые эфиры гликолей и неполярный растворитель. Предпочтительно, наночастицы имеют средний гидродинамический диаметр меньше чем приблизительно 10 нм, более предпочтительно меньше чем приблизительно 8 нм, наиболее предпочтительно приблизительно 6 нм с геометрическими диаметрами частиц (определенными с помощью ТЕМ) меньше чем приблизительно 4 нм.The present invention provides a method for producing a homogeneous mixture that includes cerium dioxide (CeO 2 ) nanoparticles containing one or more transition metal ions, a nanoparticle stabilizer, a surfactant, glycol ethers and a non-polar solvent. Preferably, the nanoparticles have an average hydrodynamic diameter of less than about 10 nm, more preferably less than about 8 nm, most preferably about 6 nm with geometric particle diameters (determined using TEM) less than about 4 nm.
Как описано выше, кристаллические наночастицы диоксида церия с заданной решеткой могут быть получены с помощью различных процедур. Типичные маршруты синтеза используют воду в качестве растворителя и приводят к получению водной смеси наночастиц и одной или нескольких солей. Например, частицы диоксида церия могут быть получены в результате реакции гидрата нитрата церия(III) с гидроксид ионами из, например, водного гидроксида аммония, образуя, тем самым, гидроксид церия(III), как показано в уравнении (3а). Гидроксид церия может окисляться до диоксида церия(IV) окислителем, таким как пероксид водорода, как показано в уравнении (3b). Стехиометрия аналогичного тройного гидроксида показана в уравнениях (4а) и (4b).As described above, crystalline cerium dioxide nanoparticles with a given lattice can be obtained using various procedures. Typical synthesis routes use water as a solvent and result in an aqueous mixture of nanoparticles and one or more salts. For example, cerium dioxide particles can be obtained by reacting cerium (III) nitrate hydrate with hydroxide ions from, for example, aqueous ammonium hydroxide, thereby forming cerium (III) hydroxide, as shown in equation (3a). Cerium hydroxide can be oxidized to cerium (IV) dioxide by an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, as shown in equation (3b). The stoichiometry of a similar ternary hydroxide is shown in equations (4a) and (4b).
Комплексы, образованные с очень высокими уровнями основания, например 5:1 ОН:Се, также приводят к образованию оксида церия, хотя и с гораздо большими размерами зерен, если нет надлежащего ограничения роста.Complexes formed with very high levels of base, for example 5: 1 OH: Ce, also lead to the formation of cerium oxide, albeit with much larger grain sizes, if there is no proper growth restriction.
В некоторых случаях, особенно когда гидроксид аммония не присутствует в избытке относительно иона Се3+, частицы Се(ОН)2(NO3) или (NH4)2Се(NO3)5 могут исходно присутствовать, впоследствии подвергаясь окислению в диоксид церия.In some cases, especially when ammonium hydroxide is not present in excess relative to the Ce 3+ ion, particles of Ce (OH) 2 (NO 3 ) or (NH 4 ) 2 Ce (NO 3 ) 5 may initially be present, subsequently being oxidized to cerium dioxide .
Кристаллические частицы диоксида церия, содержащие переходный металл, образуются в водном окружении и объединяются с одним или несколькими стабилизаторами наночастиц. Желательно, когда наночастицы диоксида церия либо образуются в присутствии стабилизатора(ов), либо стабилизатор(ы) добавляют после их образования. Пригодные стабилизаторы наночастиц включают алкоксизамещеные карбоновые кислоты, α-гидроксикарбоновые кислоты, такие как пировиноградная кислота, и малые органические поликарбоновые кислоты. Примеры алкоксизамещенных карбоновых кислот включают метоксиуксусную кислоту, 2-(метокси)этоксиуксусную кислоту и 2-[2-(2-метоксиэтокси)этокси]уксусную кислоту (МЕЕА). Примеры α-гидроксикарбоновых кислот примеры включают молочную кислоту, глюконовую кислоту и 2-гидроксибутановую кислоту. Поликарбоновые кислоты включают этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА), винную кислоту и лимонную кислоту. В желаемых вариантах осуществления стабилизатор наночастиц включает соединение с формулой (Ia) или формулой (Ib), как описано выше.Crystalline cerium dioxide particles containing a transition metal are formed in an aqueous environment and combine with one or more nanoparticle stabilizers. Preferably, the cerium dioxide nanoparticles are either formed in the presence of stabilizer (s) or stabilizer (s) are added after their formation. Suitable nanoparticle stabilizers include alkoxy substituted carboxylic acids, α-hydroxycarboxylic acids such as pyruvic acid, and small organic polycarboxylic acids. Examples of alkoxy substituted carboxylic acids include methoxyacetic acid, 2- (methoxy) ethoxyacetic acid, and 2- [2- (2-methoxyethoxy) ethoxy] acetic acid (MEAA). Examples of α-hydroxycarboxylic acids; examples include lactic acid, gluconic acid and 2-hydroxybutanoic acid. Polycarboxylic acids include ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), tartaric acid and citric acid. In desired embodiments, the nanoparticle stabilizer comprises a compound of formula (Ia) or formula (Ib) as described above.
Реакционная смесь включает дополнительно к кристаллическим частицам диоксида церия, содержащим переходные металлы, одну или несколько солей, например, нитрат аммония и непрореагировавший нитрат церия. Частицы стабилизатора могут отделяться от этих материалов и солей путем промывки 18 МОм водой в аппарате ультрафильтрации или диафильграции. Низкая ионная сила (<5 мСм/см) очень желательна для образования частиц и стабилизации в неполярной среде. Промытые стабилизированные наночастицы диоксида церия могут быть сконцентрированы, если желательно, используя полупористую мембрану, например, с образованием водного концентрата наночастиц. Частицы могут быть сконцентрированы с помощью другого средства, а также, например, путем центрифугирования.The reaction mixture includes, in addition to crystalline particles of cerium dioxide containing transition metals, one or more salts, for example, ammonium nitrate and unreacted cerium nitrate. The stabilizer particles can be separated from these materials and salts by washing with 18 MΩ of water in an ultrafiltration or diafiltration apparatus. Low ionic strength (<5 mS / cm) is highly desirable for particle formation and stabilization in a non-polar environment. Washed stabilized cerium dioxide nanoparticles can be concentrated, if desired, using a semi-porous membrane, for example, to form an aqueous nanoparticle concentrate. Particles can be concentrated using another means, as well as, for example, by centrifugation.
Концентрируют упомянутый поток продукта в суспензию, имеющую плотность, не превышающую приблизительно 35% (масс. тв. веществ/масс, суспензии), и проводимость, не превышающую приблизительно 5 мСм/см.The product stream is concentrated into a suspension having a density not exceeding approximately 35% (mass. Solids / mass, suspension) and a conductivity not exceeding approximately 5 mS / cm.
В одном предпочтительном варианте осуществления кристаллические частицы диоксида церия, содержащие переходные металлы, концентрируют путем диафильтрации. Технология диафильтрации использует мембраны ультрафильтрации, которые могут быть использованы для полного удаления, замены или снижения концентрации солей в смеси, содержащей наночастицы. Данный способ избирательно использует полупроницаемые (полупористые) мембранные фильтры, чтобы разделять компоненты реакционной смеси на основании их молекулярного размера. Таким образом, подходящая мембрана ультрафильтрации будет достаточно пористой, чтобы удерживать большинство образованных наночастиц, позволяя меньшим молекулам, таким как соли и вода, проходить сквозь мембрану. Таким путем наночастицы и соответствующие связанные стабилизаторы могут быть сконцентрированы. Материалы, удержанные фильтром, включая стабилизированные наночастицы, называются концентратом или продуктом удерживания, выходящие соли и непрореагировавшие материалы называются фильтратом.In one preferred embodiment, cerium dioxide crystalline particles containing transition metals are concentrated by diafiltration. Diafiltration technology uses ultrafiltration membranes, which can be used to completely remove, replace or reduce the concentration of salts in a mixture containing nanoparticles. This method selectively uses semi-permeable (semi-porous) membrane filters to separate the components of the reaction mixture based on their molecular size. Thus, a suitable ultrafiltration membrane will be sufficiently porous to retain most of the formed nanoparticles, allowing smaller molecules, such as salts and water, to pass through the membrane. In this way, the nanoparticles and the corresponding coupled stabilizers can be concentrated. Materials retained by the filter, including stabilized nanoparticles, are called a concentrate or retention product, effluent salts and unreacted materials are called filtrate.
Давление может быть приложено к данной смеси, чтобы ускорить скорость, с которой малые молекулы проходят сквозь мембрану (скорость потока) и ускорить процесс концентрации. Другие средства увеличения скорости потока включают использование большой мембраны, имеющей высокую площадь поверхности, и увеличение размера пор мембраны, но без неприемлемой потери наночастиц.Pressure can be applied to the mixture to accelerate the speed at which small molecules pass through the membrane (flow rate) and accelerate the concentration process. Other means of increasing the flow rate include the use of a large membrane having a high surface area and an increase in the pore size of the membrane, but without unacceptable loss of nanoparticles.
В одном варианте осуществления мембрану выбирают так, что средний размер пор мембраны составляет приблизительно 30% или меньше, 20% или меньше, 10% или меньше или даже 5% или меньше, чем средний диаметр наночастиц. Однако диаметр пор должен быть достаточным, чтобы позволять прохождение молекул воды и соли. Например, нитрат аммония и непрореагировавший нитрат церия должны полностью или частично удаляться из реакционной смеси. В одном предпочтительном варианте осуществления средний размер пор мембраны является достаточно маленьким, чтобы удерживать частицы диаметром 1,5 нм или больше в концентрате. Это соответствует размеру белка приблизительно 3 килодальтон.In one embodiment, the membrane is selected so that the average pore size of the membrane is approximately 30% or less, 20% or less, 10% or less, or even 5% or less than the average diameter of the nanoparticles. However, the pore diameter should be sufficient to allow the passage of water and salt molecules. For example, ammonium nitrate and unreacted cerium nitrate must be completely or partially removed from the reaction mixture. In one preferred embodiment, the average pore size of the membrane is small enough to hold particles with a diameter of 1.5 nm or more in concentrate. This corresponds to a protein size of approximately 3 kilodaltons.
Желательно, когда концентрат включает стабилизированные наночастицы и остаточную воду. В одном варианте осуществления моляльная концентрация наночастиц диоксида церия предпочтительно больше чем приблизительно 0,5 мол, более предпочтительно больше чем приблизительно 1,0 мол, еще более предпочтительно больше чем приблизительно 2,0 мол (приблизительно 35% твердых веществ в данной дисперсии).Preferably, the concentrate includes stabilized nanoparticles and residual water. In one embodiment, the molar concentration of cerium dioxide nanoparticles is preferably more than about 0.5 mol, more preferably more than about 1.0 mol, even more preferably more than about 2.0 mol (about 35% solids in this dispersion).
Как только концентрат получен, большая часть, если не вся, воды удаляется с помощью диализа с простыми эфирами гликолей. Это выполняют путем помещения концентрата в диализный мешок 2 килодальтон со смесью метилового эфира диэтиленгликоля и 1-меткоси-2-пропанола, и позволения воде переходить в среду простого эфира гликоля, тогда как среда простого эфира гликоля замещает воду в дисперсии наночастиц. Несколько обменов может быть необходимо (замен среды простого эфира гликоля). Альтернативно, смесь простого эфира гликоля можно пропускать с водными кристаллическими частицами диоксида церия, содержащими переходные металлы, через колонну диафильтрации, и смена растворителя вызывается таким образом.Once the concentrate is obtained, most, if not all, of the water is removed by dialysis with glycol ethers. This is accomplished by placing the concentrate in a 2 kilodaltons dialysis bag with a mixture of diethylene glycol methyl ether and 1-methoxy-2-propanol, and allowing the water to transfer to the glycol ether medium, while the glycol ether medium replaces the water in the dispersion of nanoparticles. Several exchanges may be necessary (substituting glycol ether medium). Alternatively, the glycol ether mixture may be passed with aqueous crystalline particles of cerium dioxide containing transition metals through a diafiltration column, and a change of solvent is thus caused.
Поверхностно-активные вещества из простых эфиров гликоля, которые содержат и группу простого эфира, и спиртовую группу, включают соединения с формулой (Ic), в которой R3 обозначает замещенную или незамещенную алкильную группу, a m равно целому числу 1-8.Glycol ether surfactants that contain both an ether group and an alcohol group include compounds of formula (Ic) in which R 3 is a substituted or unsubstituted alkyl group, am is an integer of 1-8.
Другие подходящие поверхностно-активные вещества, вызывающие смену растворителя, включают нонилфенилэтоксилаты, имеющие формулу С9Н19С6Н4(ОСН2СН2)nOH, где n равно 4-6.Other suitable solvent-changing surfactants include nonylphenylethoxylates having the formula C 9 H 19 C 6 H 4 (OCH 2 CH 2 ) n OH, where n is 4-6.
Как только кристаллические частицы диоксида церия, содержащие переходные металлы, находятся в органической среде, все еще стабилизированные исходным стабилизатором, использованным при их получении, но образующие комплекс с простым эфиром гликоля, данную смесь можно диспергировать в неполярной среде, такой как керосин, который совместим с большинством углеводородных топлив, таких как дизельное и биодизельное топливо. Поверхность частиц сначала функционализируют поверхностно-активным веществом, таким как олеиновая кислота и, возможно, совместным поверхностно-активным веществом, таким как 1-гексанол, перед добавлением в углеводородный разбавитель. Важно понимать, что эта композиция вещества не является обратно-мицеллярной эмульсией вода-в-масле, так как в ней присутствует очень мало воды; скорее, положительный заряд на поверхности цериевых наночастиц закомплексован атомами кислорода простого эфира и связан с противоположно заряженной карбоновой кислотой. Карбоновая кислота присутствует в хемосорбированном состоянии и облегчает смешиваемость наночастиц с неполярным углеводородным разбавителем. Другие материалы функционализации поверхности, такие как линолевая кислота, стеариновая кислота и пальмитиновая кислота, могут присутствовать вместо олеиновой кислоты. Обычно предпочтительными материалами являются карбоновые кислоты с длиной углеродной цепи меньше чем 20 атомов углерода, но больше чем 8 атомов углерода. Другие подходящие неполярные разбавители включают, например, углеводороды, содержащие приблизительно от 8 до 20 атомов углерода, например, октан, нонан, декан или толуол, и углеводородные топлива, такие как бензин, биодизельное и дизельное топливо.Once the crystalline particles of cerium dioxide containing transition metals are in an organic medium, still stabilized by the original stabilizer used in their preparation, but complexing with glycol ether, this mixture can be dispersed in a non-polar medium such as kerosene, which is compatible with most hydrocarbon fuels such as diesel and biodiesel. The surface of the particles is first functionalized with a surfactant, such as oleic acid, and possibly a joint surfactant, such as 1-hexanol, before being added to the hydrocarbon diluent. It is important to understand that this composition of the substance is not a reverse micellar water-in-oil emulsion, since very little water is present in it; rather, the positive charge on the surface of the cerium nanoparticles is complexed by the oxygen atoms of the ether and bound to the oppositely charged carboxylic acid. Carboxylic acid is present in a chemisorbed state and facilitates the miscibility of nanoparticles with a non-polar hydrocarbon diluent. Other surface functionalization materials, such as linoleic acid, stearic acid and palmitic acid, may be present instead of oleic acid. Typically, preferred materials are carboxylic acids with a carbon chain length of less than 20 carbon atoms, but more than 8 carbon atoms. Other suitable non-polar diluents include, for example, hydrocarbons containing from about 8 to 20 carbon atoms, for example, octane, nonane, decane or toluene, and hydrocarbon fuels such as gasoline, biodiesel and diesel.
Для оптимальной смешиваемости и стабильности с неполярными углеводородами желательно, чтобы очень немного ионов, проводящих электричество, присутствовало в концентрате диоксида церия. Этой ситуации можно достигнуть путем концентрирования наночастиц путем диафильтрации до уровня проводимости меньше чем приблизительно 5 мСм/см, предпочтительно до приблизительно 3 мСм/см или меньше.For optimal miscibility and stability with non-polar hydrocarbons, it is desirable that very few electricity-conducting ions are present in the cerium dioxide concentrate. This situation can be achieved by concentrating the nanoparticles by diafiltration to a conductivity level of less than about 5 mS / cm, preferably up to about 3 mS / cm or less.
Удельное сопротивление обратно проводимости, которая является способностью материала проводить электрический ток. Инструменты проводимости могут измерять проводимость путем включения двух пластин, которые расположены в образце, приложения потенциала к пластинам (обычно синусоидальное напряжение) и измерения тока. Проводимость (G), обратная к удельному сопротивлению (R), определяется из величин напряжения и тока по закону Ома G=1/R=I/E, где I обозначает ток в амперах, а Е обозначает напряжение в вольтах. Так как заряд на ионах в растворе облегчает прохождение электрического тока, проводимость раствора пропорциональна концентрации ионов в нем. Базовой единицей проводимости являются сименсы (См) или миллисименсы (мСм). Так как геометрия ячейки влияет на величину проводимости, стандартизованные измерения выражаются в единицах удельной проводимости (мСм/см), чтобы компенсировать изменения размеров электродов.The resistivity is reverse conductivity, which is the ability of a material to conduct electric current. Conductivity tools can measure conductivity by including two plates that are located in the sample, applying a potential to the plates (usually a sinusoidal voltage) and measuring current. Conductivity (G), the inverse of resistivity (R), is determined from the values of voltage and current according to Ohm's law G = 1 / R = I / E, where I denotes the current in amperes and E denotes the voltage in volts. Since the charge on the ions in the solution facilitates the passage of electric current, the conductivity of the solution is proportional to the concentration of ions in it. The basic unit of conductivity is siemens (cm) or millisyms (mS). Since the cell geometry affects the conductivity, standardized measurements are expressed in units of specific conductivity (mS / cm) to compensate for changes in the size of the electrodes.
Настоящее изобретение дополнительно касается способа получения гомогенной смеси, которая включает наночастицы диоксида церия, содержащие переходные металлы, по меньшей мере, один стабилизатор наночастиц, один или несколько растворителей, заменяющих среду, таких как простые эфиры гликолей, по меньшей мере, одно поверхностно-активное вещество, и неполярный разбавитель или растворитель. Первый этап приводит к получению водной смеси, которая содержит стабилизированные наночастицы диоксида церия, где молекулы стабилизатора наночастиц тесно связаны с наночастицами. Второй этап включает концентрирование стабилизированных кристаллических наночастиц диоксида церия при минимизации ионной силы суспензии с образованием водного концентрата, который относительно свободен от анионов и катионов. Третий этап удаляет воду, связанную с наночастицами, используя неионное поверхностно-активное вещество. Конечный этап включает объединение этого концентрата с замещенным растворителем с неполярным растворителем, содержащим поверхностно-активное вещество, образуя, тем самым, по существу, гомогенную смесь, которая является термодинамически стабильной, многокомпонентной, двухфазной дисперсией.The present invention further relates to a method for producing a homogeneous mixture, which comprises cerium dioxide nanoparticles containing transition metals, at least one nanoparticle stabilizer, one or more medium replacing solvents, such as glycol ethers, at least one surfactant and a non-polar diluent or solvent. The first stage leads to the production of an aqueous mixture that contains stabilized cerium dioxide nanoparticles, where the nanoparticle stabilizer molecules are closely related to the nanoparticles. The second step involves the concentration of stabilized crystalline cerium dioxide nanoparticles while minimizing the ionic strength of the suspension to form an aqueous concentrate that is relatively free of anions and cations. The third step removes water bound to the nanoparticles using a non-ionic surfactant. The final step involves combining this concentrate with a substituted solvent with a non-polar solvent containing a surfactant, thereby forming a substantially homogeneous mixture, which is a thermodynamically stable, multicomponent, two-phase dispersion.
Данная, по существу, гомогенная термодинамическая дисперсия содержит содержит упомянутые наночастицы в концентрации, по меньшей мере, приблизительно 2% масс., более предпочтительно по меньшей мере, приблизительно 9% масс, и воду в максимальной концентрации приблизительно 0,5% масс.This essentially homogeneous thermodynamic dispersion contains the aforementioned nanoparticles in a concentration of at least about 2% by weight, more preferably at least about 9% by weight, and water at a maximum concentration of about 0.5% by weight.
Наночастицы диоксида церия, содержащие переходные металлы, имеют средний гидродинамический диаметр предпочтительно меньше чем приблизительно 10 нм, более предпочтительно меньше чем приблизительно 8 нм, наиболее предпочтительно приблизительно 6 нм, и геометрический диаметр приблизительно 4 нм или меньше.The cerium dioxide nanoparticles containing transition metals have an average hydrodynamic diameter of preferably less than about 10 nm, more preferably less than about 8 nm, most preferably about 6 nm, and a geometric diameter of about 4 nm or less.
Желательно, когда наночастицы диоксида церия имеют размер первичных кристаллитов приблизительно 2,5 нм ± 0,5 нм и содержат один или, самое большее, два кристаллита на длину грани частицы.Preferably, the cerium dioxide nanoparticles have a primary crystallite size of approximately 2.5 nm ± 0.5 nm and contain one or at most two crystallites per particle face length.
Водную смесь преимущественно образуют в реакторе с коллоидной мельницей, и стабилизатор наночастиц может содержать ионное поверхностно-активное вещество, предпочтительно соединение, которое содержит группу карбоновой кислоты и группу простого эфира. Стабилизатор наночастиц может содержать поверхностно-активное вещество с формулой (Ia),The aqueous mixture is advantageously formed in a colloid mill reactor, and the nanoparticle stabilizer may contain an ionic surfactant, preferably a compound that contains a carboxylic acid group and an ether group. The nanoparticle stabilizer may contain a surfactant with the formula (Ia),
где: R обозначает водород, или замещенную или незамещенную алкильную группу, или замещенную или незамещенную ароматическую группу; R1 обозначает водород или алкильную группу; У обозначает Н или противоион; и n равно 0-5. Предпочтительно, R обозначает замещенную или незамещенную алкильную группу, R1 обозначает водород, У обозначает водород, и n равно 2.where: R is hydrogen, or a substituted or unsubstituted alkyl group, or a substituted or unsubstituted aromatic group; R 1 represents hydrogen or an alkyl group; Y is H or a counterion; and n is 0-5. Preferably, R is a substituted or unsubstituted alkyl group, R 1 is hydrogen, Y is hydrogen, and n is 2.
Другой подходящий стабилизатор наночастиц содержит дикарбоксилат с формулой (Ib),Another suitable nanoparticle stabilizer contains a dicarboxylate of formula (Ib),
где каждый R2 независимо обозначает водород, замещенную или незамещенную алкильную группу или замещенную или незамещенную ароматическую группу; Х и Z независимо обозначают Н или противоион; и р равно 1 или 2.where each R 2 independently represents hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl group, or a substituted or unsubstituted aromatic group; X and Z are independently H or a counterion; and p is 1 or 2.
Другие пригодные стабилизаторы наночастиц включены в группу, состоящую из молочной кислоты, глюконовой кислоты, ЭДТА, винной кислоты, лимонной кислоты и их комбинаций.Other suitable nanoparticle stabilizers are included in the group consisting of lactic acid, gluconic acid, EDTA, tartaric acid, citric acid, and combinations thereof.
Концентрирование водной смеси предпочтительно выполняют, используя диафильтрацию, которая приводит к снижению проводимости упомянутой концентрированной водной смеси до приблизительно 5 мСм/см или меньше.The concentration of the aqueous mixture is preferably carried out using diafiltration, which leads to a decrease in the conductivity of said concentrated aqueous mixture to about 5 mS / cm or less.
Поверхностно-активное вещество, используемое для перемещения стабилизированных кристаллических частиц диоксида церия, содержащих переходный металл, из водного окружения в неводное, может преимущественно содержать неионное поверхностно-активное вещество, предпочтительно соединение, содержащее спиртовую группу и группу простого эфира, в частности, соединение с формулой (Ic),The surfactant used to transfer stabilized crystalline cerium dioxide particles containing a transition metal from an aqueous environment to a non-aqueous may preferably comprise a non-ionic surfactant, preferably a compound containing an alcohol group and an ether group, in particular a compound of the formula (Ic)
где R3 обозначает замещенную или незамещенную алкильную группу; и m обозначает целое число от 1 до 8.where R 3 denotes a substituted or unsubstituted alkyl group; and m is an integer from 1 to 8.
Неионное поверхностно-активное вещество также может содержать соединение с формулой (Id),The nonionic surfactant may also contain a compound of formula (Id),
где R3 обозначает замещенную или незамещенную алкильную группу; Ф обозначает ароматическую группу; и m обозначает целое число от 4 до 6.where R 3 denotes a substituted or unsubstituted alkyl group; F denotes an aromatic group; and m is an integer from 4 to 6.
Реакционная смесь может дополнительно включать в себя совместное поверхностно-активное вещество, предпочтительно спирт.The reaction mixture may further include a joint surfactant, preferably alcohol.
Введение этого перемещенного растворителем концентрата облегчается поверхностно-активными веществами, которые функционализируют поверхность наночастиц. Предпочтительными поверхностно-активными веществами являются карбоновые кислоты, такие как олеиновая кислота, линолевая кислота, стеариновая кислота и пальмитиновая кислота. Обычно предпочтительными материалами являются карбоновые кислоты с длиной углеродной цепи меньше чем 20 атомов углерода, но больше чем 3 атома углерода.The introduction of this solvent-moved concentrate is facilitated by surfactants that functionalize the surface of the nanoparticles. Preferred surfactants are carboxylic acids, such as oleic acid, linoleic acid, stearic acid and palmitic acid. Typically, preferred materials are carboxylic acids with a carbon chain length of less than 20 carbon atoms, but more than 3 carbon atoms.
Неполярный разбавитель, включенный в, по существу, гомогенную дисперсию, преимущественно выбирают среди углеводородов, содержащих приблизительно 6-20 атомов углерода, например, октана, декана, керосина, толуола, нафты, дизельного топлива, биодизеля и их смесей. При использовании в качестве топливной добавки, одна часть гомогенной дисперсии берется с по меньшей мере приблизительно 100 частями топлива.The non-polar diluent included in the substantially homogeneous dispersion is advantageously selected from hydrocarbons containing about 6-20 carbon atoms, for example, octane, decane, kerosene, toluene, naphtha, diesel fuel, biodiesel, and mixtures thereof. When used as a fuel additive, one part of a homogeneous dispersion is taken with at least about 100 parts of the fuel.
Согласно данному изобретению переходный металл предпочтительно выбирают из группы, состоящей из Fe, Mn, Cr, Ni, W, Со, V, Cu, Мо, Zr, Y и их комбинаций. Предпочтительными переходными металлами являются Zr и Y, более предпочтительно объединенные с Fe.According to this invention, the transition metal is preferably selected from the group consisting of Fe, Mn, Cr, Ni, W, Co, V, Cu, Mo, Zr, Y, and combinations thereof. Preferred transition metals are Zr and Y, more preferably combined with Fe.
Используя гомогенную дисперсию, содержащую стабилизированные кристаллические наночастицы диоксида церия, содержащие переходный металл/по настоящему изобретению, как она определена выше можно выгодно формировать покрытие для каталитического конвертера выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания.Using a homogeneous dispersion containing stabilized crystalline cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal / according to the present invention, as defined above, it is possible to form a coating for a catalytic converter of an exhaust system of an internal combustion engine.
Так, может быть выгодно формировать керамическое оксидное покрытие на внешних поверхностях цилиндров дизельного двигателя In situ. Потенциальные выгоды данного покрытия включают дополнительную защиту двигателя от термических напряжений; например, CeO2 плавится при 2600°С, тогда как чугун, обычный материал, используемый в получении дизельных двигателей, плавится приблизительно при 1200-1450°С. Даже 5 нм частиц оксида церия показали способность защищать сталь от окисления в течение 24 часов при 1000°С, поэтому не ожидается, что явления зависящего от размера плавления будет снижать точку плавления наночастиц диоксида церия данного изобретения ниже температур сгорания, встречающихся в двигателе. Смотри, например, Patil et al., Journal of Nanoparticle Research, vol 4, pp 433-438 (2002). Двигатель, защищенный таким образом, может быть способен работать при более высоких температурах и отношениях компрессии, приводя к большей термодинамической эффективности. Дизельный двигатель, имеющий стенки цилиндров, покрытые диоксидом церия, будет устойчивым к дальнейшему окислению (CeO2 уже полностью окислен), тем самым предотвращая двигатель от "ржавления". Это важно, так как определенные добавки, используемые для снижения выбросов углерода или улучшения экономии топлива, такие как, например, оксигенаты МТБЭ, этанол и другие улучшатели цетанового числа, такие как пероксиды, также увеличивают коррозию, когда вводятся в камеру сгорания, что может приводить к образованию ржавчины и сокращению срока службы двигателя и ухудшению характеристик. Данное покрытие не должно быть таким толстым, чтобы мешать охлаждению стенок двигателя посредством системы охлаждения с рециркуляцией воды.Thus, it may be advantageous to form a ceramic oxide coating on the outer surfaces of the cylinders of an In situ diesel engine. Potential benefits of this coating include additional thermal protection for the engine; for example, CeO 2 melts at 2600 ° C, while cast iron, a common material used in diesel engines, melts at about 1200-1450 ° C. Even 5 nm particles of cerium oxide showed the ability to protect steel from oxidation for 24 hours at 1000 ° C; therefore, it is not expected that phenomena depending on the melting size will lower the melting point of the cerium dioxide nanoparticles of this invention below the combustion temperatures found in the engine. See, for example, Patil et al., Journal of Nanoparticle Research, vol 4, pp 433-438 (2002). An engine protected in this way may be able to operate at higher temperatures and compression ratios, resulting in greater thermodynamic efficiency. A diesel engine having cylinder walls coated with cerium dioxide will be resistant to further oxidation (CeO 2 is already fully oxidized), thereby preventing the engine from “rusting”. This is important because certain additives used to reduce carbon emissions or improve fuel economy, such as, for example, MTBE oxygenates, ethanol and other cetane number improvers, such as peroxides, also increase corrosion when introduced into the combustion chamber, which can lead to rust and engine life and performance degradation. This coating should not be so thick as to interfere with the cooling of the engine walls by means of a cooling system with water recirculation.
В одном варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает кристаллические наночастицы диоксида церия, содержащие переходные металлы, имеющие средний гидродинамический диаметр меньше чем приблизительно 10 нм, предпочтительно меньше чем приблизительно 8 нм, более предпочтительно 6 нм или еще меньше, которые применимы в качестве топливной добавки для дизельных двигателей. Поверхности наночастиц диоксида церия могут быть модифицированы, чтобы облегчить их присоединение к поверхности железа, и желательно, когда они включены в композицию топливной добавки, быстро образуют керамическое оксидное покрытие на поверхности цилиндров дизельного двигателя.In one embodiment, the present invention provides crystalline cerium dioxide nanoparticles containing transition metals having an average hydrodynamic diameter of less than about 10 nm, preferably less than about 8 nm, more preferably 6 nm or even less, which are useful as a fuel additive for diesel engines . The surfaces of cerium dioxide nanoparticles can be modified to facilitate their attachment to the iron surface, and preferably, when incorporated into the fuel additive composition, quickly form a ceramic oxide coating on the surface of the cylinders of a diesel engine.
В одном варианте осуществления переходный металл, имеющий сродство к связи с железом, внедряют в поверхность наночастиц диоксида церия. Примеры железных поверхностей включают поверхности, которые существуют во многих внутренних частях двигателей. Подходящие переходные металлы включают Mn, Fe, Ni, Cr, W, Co, V, Cu, Zr и Y. Ион переходного металла, который внедряется в наночастицы диоксида церия, занимая место иона церия в решетке в кристалле, может вводиться во время более поздних стадий осаждения диоксида церия. Ион переходного металла может добавляться в комбинации с ионом Се3+, например, в виде единственной струи, в которой и ион Се3+, и ион переходного металла вводятся вместе в реактор, содержащий гидроксид аммония. Альтернативно, ионы Се3+ и переходного металла могут добавляться вместе при одновременном добавлении гидроксид иона. Частицы, содержащие переходные металлы, также могут быть образованы в реакции с двумя струями из иона Се3+ с растворенными ионами переходного металла, титрованными относительно потока гидроксида аммония, одновременно вводимого посредством второй струи. Важно понимать, что достаточное количество стабилизатора наночастиц присутствует, чтобы предотвращать агломерацию рождающихся частиц.In one embodiment, a transition metal having an affinity for binding to iron is embedded in the surface of cerium dioxide nanoparticles. Examples of iron surfaces include surfaces that exist in many internal parts of engines. Suitable transition metals include Mn, Fe, Ni, Cr, W, Co, V, Cu, Zr, and Y. A transition metal ion, which is incorporated into cerium dioxide nanoparticles, taking the place of the cerium ion in the lattice in the crystal, can be introduced during later cerium dioxide precipitation steps. The transition metal ion can be added in combination with a Ce 3+ ion, for example, as a single jet in which both Ce 3+ ion and a transition metal ion are introduced together into a reactor containing ammonium hydroxide. Alternatively, Ce 3+ and transition metal ions can be added together while the hydroxide ion is added. Particles containing transition metals can also be formed in reaction with two jets of Ce 3+ ion with dissolved transition metal ions titrated with respect to a stream of ammonium hydroxide introduced simultaneously by a second jet. It is important to understand that a sufficient amount of nanoparticle stabilizer is present to prevent agglomeration of the resulting particles.
Комбинация поверхностно-активное вещество/стабилизатор может иметь дополнительное преимущество оказания помощи процессу замены растворителя от водной полярной среды к неполярной маслянистой среде. В комбинации заряженного и незаряженного поверхностно-активного вещества заряженное поверхностно-активное вещество играет доминирующую роль в водном окружении. Однако когда происходит замена растворителя, заряженное соединение, вероятно, растворяется в водной фазе и вымывается, а незаряженное соединение становится более важным в стабилизации эмульсии с обратными мицеллами.A surfactant / stabilizer combination may have the added benefit of assisting in the process of replacing a solvent from an aqueous polar medium to a non-polar oily medium. In a combination of a charged and an uncharged surfactant, a charged surfactant plays a dominant role in the aqueous environment. However, when solvent replacement occurs, the charged compound is likely to dissolve in the aqueous phase and wash out, and the uncharged compound becomes more important in stabilizing the emulsion with reverse micelles.
Дикарбоновые кислоты и их производные, так называемые "сдвоенные карбоксилаты", где карбоксильные группы разделены, самое большее, двумя метиленовыми группами, также являются пригодными стабилизаторами наночастиц диоксида церия. Кроме того, С2-С8 алкил-, алкокси- и полиалкоксизамещенные дикарбоновые кислоты являются преимущественными стабилизаторами.Dicarboxylic acids and their derivatives, the so-called "double carboxylates", where the carboxyl groups are separated by at most two methylene groups, are also suitable stabilizers of cerium dioxide nanoparticles. In addition, C 2 -C 8 alkyl, alkoxy and polyalkoxy substituted dicarboxylic acids are preferred stabilizers.
Согласно данному изобретению, стабилизаторы наночастиц предпочтительно содержат органические карбоновые кислоты, такие как, например, 2-[2-(2-метоксиэтокси)этокси]уксусная кислота (МЕЕА) и этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА), молочная кислота, глюконовая кислота, винная кислота, лимонная кислота и их смеси.According to the invention, the nanoparticle stabilizers preferably contain organic carboxylic acids, such as, for example, 2- [2- (2-methoxyethoxy) ethoxy] acetic acid (MEAA) and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), lactic acid, gluconic acid, tartaric acid, citric acid and mixtures thereof.
Моторное масло используется в качестве смазочного масла в различных типах двигателей внутреннего сгорания в автомобилях и других транспортных средствах, судах, газонокосилках, поездах, самолетах и т.д. Двигатели содержат контактирующие части, которые движутся относительно друг друга с высокими скоростями, часто в течение длительных периодов времени. Такое движение вызывает трение, образующее временное соединение, останавливающее движущиеся части. Разрыв этого временного соединения поглощает полезную мощность, производимую мотором, и превращает энергию в бесполезное тепло. Трение также изнашивает контактирующие поверхности этих частей, что может приводить к увеличенному расходу топлива и снижению эффективности и параметров мотора. В одном аспекте данного изобретения моторное масло включает смазочное масло, кристаллические наночастицы диоксида церия, содержащие переходные металлы, желательно имеющие средний диаметр меньше чем приблизительно 10 нм, более предпочтительно приблизительно 5 нм и, возможно, адсорбированный на поверхности стабилизирующий агент.Motor oil is used as lubricating oil in various types of internal combustion engines in cars and other vehicles, ships, lawn mowers, trains, airplanes, etc. Engines contain contacting parts that move relative to each other at high speeds, often over extended periods of time. This movement causes friction, forming a temporary connection, stopping the moving parts. The rupture of this temporary connection absorbs the useful power produced by the motor, and turns the energy into useless heat. Friction also wears out the contact surfaces of these parts, which can lead to increased fuel consumption and reduced efficiency and motor parameters. In one aspect of the invention, motor oil comprises a lubricating oil, crystalline cerium dioxide nanoparticles containing transition metals, preferably having an average diameter of less than about 10 nm, more preferably about 5 nm, and possibly a surface-stabilizing agent.
Дизельные смазочные масла, по существу, свободны от воды (предпочтительно меньше чем 300 ч/млн), но могут быть модифицированы желательным образом путем добавления композиции диоксида церия, в которой диоксид церия был подвергнут смене растворителя из его водного окружения в органическое или неполярное окружение. Композиции диоксида церия включают наночастицы, имеющие средний диаметр меньше чем приблизительно 10 нм, более предпочтительно приблизительно 5 нм, как уже описано. Дизельный двигатель, работающий с модифицированным дизельным топливом и модифицированным смазочным маслом, обеспечивает большую эффективность и может, в частности, обеспечивать улучшенный расход топлива на милю, уменьшенное истирание двигателя или уменьшенное загрязнение, или комбинацию этих признаков.Diesel lubricating oils are substantially free of water (preferably less than 300 ppm), but can be modified in a desirable manner by adding a cerium dioxide composition in which cerium dioxide has been changed solvent from its aqueous environment to an organic or non-polar environment. Cerium dioxide compositions include nanoparticles having an average diameter of less than about 10 nm, more preferably about 5 nm, as already described. A diesel engine operating with a modified diesel fuel and a modified lubricating oil provides greater efficiency and may, in particular, provide improved fuel consumption per mile, reduced engine abrasion or reduced pollution, or a combination of these features.
Полировка металла, также называемая шлифовкой, представляет собой процесс сглаживания металлов и сплавов и полировки до яркого, гладкого, зеркального состояния. Полировку металлов часто используют для улучшения автомобилей, мотоциклов, антикварных вещей и т.д. Многие медицинские инструменты также полируют, чтобы предотвратить засорение в нерегулярностях металлической поверхности. Полирующие агенты также используют, чтобы полировать оптические элементы, такие как линзы и зеркала, до гладкости поверхности порядка долей длины волны света, с которым они работают. Гладкие, округлые, однородные частицы диоксида церия настоящего изобретения могут преимущественно применяться в качестве полирующих агентов, и могут дополнительно применяться для планаризации (исполнения гладкости поверхности на атомном уровне) полупроводниковых подложек для последующего получения интегральных микросхем. Также гомогенную дисперсию, содержащую стабилизированные кристаллические наночастицы диоксида церия, содержащие переходный металл, образованную по настоящему изобретению можно использовать для получения катализатора, эффективного для реакции восстановления или реакции окисления, то есть в качестве катализаторов подобных тому, как они испльзуются в уровне техники, о чем речь шла в описании на с.5, первый абзац (красная строка).Metal polishing, also called grinding, is the process of smoothing metals and alloys and polishing to a bright, smooth, mirror state. Metal polishing is often used to improve automobiles, motorcycles, antiques, etc. Many medical instruments are also polished to prevent clogging in irregularities of the metal surface. Polishing agents are also used to polish optical elements, such as lenses and mirrors, to a smooth surface of the order of a fraction of the wavelength of light with which they work. The smooth, rounded, homogeneous particles of cerium dioxide of the present invention can mainly be used as polishing agents, and can be additionally used for planarization (execution of surface smoothness at the atomic level) of semiconductor substrates for the subsequent production of integrated circuits. Also, a homogeneous dispersion containing stabilized crystalline cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal formed according to the present invention can be used to obtain a catalyst effective for the reduction reaction or oxidation reaction, that is, as catalysts similar to how they are used in the prior art, about which it was discussed in the description on p.5, the first paragraph (red line).
Данное изобретение дополнительно иллюстрируется с помощью следующих примеров, которые не предназначены ограничивать изобретение каким-либо образом.The invention is further illustrated by the following examples, which are not intended to limit the invention in any way.
Пример 1. Получение наночастиц диоксида церия путем добавления единственной струи.Example 1. Obtaining cerium dioxide nanoparticles by adding a single jet.
В 3-литровый круглодонный реакционный сосуд из нержавеющей стали добавляли 1,267 литров дистиллированной воды, затем 100 мл раствора Се(NO3)3·6H2O (600 гм/литр Се(NO3)3·6Н2О). Раствор был прозрачным и имел рН 4,2 при 20°С. Затем 30,5 гм 2-[2-(2-метоксиэтокси)этокси]уксусной кислоты (МЕЕД) добавляли в сосуд. Раствор оставался прозрачным, и рН был 2,8 при 20°С. Высокоскоростной смеситель, коллоидную мельницу производства Silverson Machines, Inc., которую модифицировали, чтобы позволить непосредственно вводить реагенты на лопасти смесителя посредством перистальтического трубчатого насоса, опускали в реакционный сосуд, причем смеситель располагали немного выше дна реакционного сосуда. Смеситель устанавливали на 5000 об/мин, и 8 гм 30% H2O2 добавляли в реакционный сосуд. Затем 16 мл 28%-30% NH4OH, разбавленного до 40 мл, нагнетали в реакционный сосуд посредством головки смесителя за приблизительно 12 секунд. Исходно прозрачный раствор превращался в оранжево-коричневый по цвету. Высокоскоростной смеситель удаляли, и реакционный сосуд перемещали в водяную рубашку с регулируемой температурой, где смеситель с пропеллером R-100 использовали для перемешивания раствора при 450 об/мин. рН был 3,9 при 25°С при 3 минутах после закачивания NH4OH в реактор. Температуру реакционного сосуда повышали до 70°С в течение следующих 25 минут, в течение которых рН составлял 3,9. Температуру раствора поддерживали при 70°С в течение 20 минут, во время чего цвет раствора менялся от оранжево-коричневого до прозрачного темно-желтого. рН был 3,6 при 70°С. Температуру снижали до 25°С в течение следующих 25 минут, когда рН был 4,2 при 25°С. Анализ размера частиц с помощью динамического рассеяния света показывал гидродинамический диаметр взвешенного диоксида церия 6 нм. Дисперсию затем подвергали диафильтрации до проводимости 3 мСм/см и концентрировали, приблизительно в 10 раз, до номинально 1 М частиц CeO2.1.267 liters of distilled water was added to a 3-liter round-bottom stainless steel reaction vessel, followed by 100 ml of Ce (NO 3 ) 3 · 6H 2 O solution (600 gm / liter Ce (NO 3 ) 3 · 6Н 2 О). The solution was clear and had a pH of 4.2 at 20 ° C. Then 30.5 gm of 2- [2- (2-methoxyethoxy) ethoxy] acetic acid (MEED) was added to the vessel. The solution remained clear and the pH was 2.8 at 20 ° C. A high speed mixer, a colloidal mill manufactured by Silverson Machines, Inc., which was modified to allow direct reagents to be introduced into the mixer blades by means of a peristaltic tube pump, was lowered into the reaction vessel, the mixer being positioned slightly above the bottom of the reaction vessel. The mixer was set at 5000 rpm, and 8 gm of 30% H 2 O 2 was added to the reaction vessel. Then 16 ml of 28% -30% NH 4 OH diluted to 40 ml was pumped into the reaction vessel by means of a mixer head in approximately 12 seconds. The initially clear solution turned orange-brown in color. The high speed mixer was removed and the reaction vessel was transferred to a temperature controlled water jacket, where an R-100 mixer was used to stir the solution at 450 rpm. The pH was 3.9 at 25 ° C. at 3 minutes after the NH 4 OH was pumped into the reactor. The temperature of the reaction vessel was raised to 70 ° C. over the next 25 minutes, during which the pH was 3.9. The temperature of the solution was maintained at 70 ° C for 20 minutes, during which time the color of the solution changed from orange-brown to transparent dark yellow. The pH was 3.6 at 70 ° C. The temperature was lowered to 25 ° C. over the next 25 minutes when the pH was 4.2 at 25 ° C. Particle size analysis using dynamic light scattering showed a hydrodynamic diameter of suspended cerium dioxide of 6 nm. The dispersion was then diafiltered to a conductivity of 3 mS / cm and concentrated, approximately 10 times, to nominally 1 M CeO 2 particles.
Частицы диоксида церия собирали, избыточный растворитель испаряли и определяли массовый выход 62,9%, исправленный на массу МЕЕА.Cerium dioxide particles were collected, the excess solvent was evaporated and the mass yield of 62.9%, corrected for the mass of MEEA, was determined.
Просвечивающий электронный микроскоп (ТЕМ) использовали, чтобы анализировать частицы диоксида церия. 9-микролитровый раствор (0,26 М) сушили на решетке и получали изображение, показанное на фиг.1. Частицы не показывали признаков агломерации, даже в этом высушенном состоянии. Ожидали, что в растворе частицы будут показывать еще меньшую склонность к агломерации. Частотное распределение размера частиц диоксида церия (отложенное на фиг.1), определенное с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ), давало геометрический диаметр приблизительно 2,6 нм. Кроме того, распределение размера было, по существу, мономодальным, т.е. только один максимум, и однородным, 19% COV, причем большинство частиц попадало в диапазон от 2 нм до 4 нм.A transmission electron microscope (TEM) was used to analyze cerium dioxide particles. A 9 microliter solution (0.26 M) was dried on a grate and the image shown in FIG. 1 was obtained. The particles showed no signs of agglomeration, even in this dried state. Particles were expected to show an even lower tendency to agglomerate in solution. The frequency distribution of particle size of cerium dioxide (delayed in figure 1), determined using transmission electron microscopy (TEM), gave a geometric diameter of approximately 2.6 nm. In addition, the size distribution was essentially monomodal, i.e. only one maximum, and uniform, 19% COV, with most particles falling in the range from 2 nm to 4 nm.
Фиг.2 показывает рентгеновскую дифрактограмму 70 образца высушенных наночастиц диоксида церия вместе со спектром сравнения 71 диоксида церия, который был предоставлен библиотекой NIST (национальный институт стандартов и технологии). Положения линий в спектре образца соответствуют линиям стандартного спектра. Два-тета-ширины пиков были очень широки в спектре образца, что отвечает малому размеру первичных кристаллитов и размеру частиц. Из рентгеновских данных (CuK альфа линия приблизительно при 8047 эв) и формулы Шерера (d=0,9*лямбда/дельта*cos (тета), где лямбда обозначает рентгеновскую длину волны, дельта обозначает ширину на половине максимума, а тета обозначает угол рассеяния, соответствующий данному рентгеновскому пику), вычисляли размер первичных кристаллитов 2,5±0,5 нм (95% доверие по 5 повторам). Так как сама частица имеет размер этого кристаллита, присутствует только один кристалл на частицу, поэтому авторы называют эту композицию кристаллический диоксид церия, чтобы отличить ее от предшествующего уровня техники, где наночастицы были образованы из агломератов кристаллитов разного размера.Figure 2 shows an X-ray diffraction pattern of a 70 sample of dried cerium dioxide nanoparticles together with a
Пример 2. Осаждение ~1,5 нм наночастиц CeO2.Example 2. The deposition of ~ 1.5 nm nanoparticles of CeO 2 .
Это осаждение следует примеру 1, за исключением того, что комбинацию стабилизаторов ЭДТА и молочной кислоты в отношении 20:80 и в количестве 76,4 гм двунатриевой соли ЭДТА и 74,0 гм 85% молочной кислоты использовали вместо стабилизатора МЕЕА. Фиг.3А представляет собой ТЕМ высокого увеличения, показывающий размер зерен существенно меньше чем 5 нм и вычисленный 1,1+/-0,3 нм. Фиг.3В представляет собой изображение электронной дифракции типичного образца осадка. Фиг.3С содержит таблицу 1, в которой интенсивности разных дифракционных колец {311}, {220}, {200} и {111} анализировали в структуре: кубического CeO2, кубического и гексагонального Ce2O3 и Се(ОН)3. Ясно, что процентные отклонения анализируемой интенсивности колец от формы кристаллизации минимальны для кубической флюоритной структуры CeO2, доказывая, таким образом, существование этой полиморфной модификации вплоть до этого диаметра зерен.This deposition follows Example 1, except that a combination of 20:80 EDTA and lactic acid stabilizers and 76.4 gm of disodium EDTA disodium salt and 74.0 gm of 85% lactic acid were used instead of the MEEEA stabilizer. Fig. 3A is a high magnification TEM showing grain sizes substantially less than 5 nm and calculated 1.1 +/- 0.3 nm. 3B is an electron diffraction image of a typical precipitate sample. Fig. 3C contains table 1, in which the intensities of different diffraction rings {311}, {220}, {200} and {111} were analyzed in the structure: cubic CeO 2 , cubic and hexagonal Ce 2 O 3 and Ce (OH) 3 . It is clear that the percentage deviations of the analyzed ring intensity from the crystallization form are minimal for the cubic fluorite structure of CeO 2 , thus proving the existence of this polymorphic modification up to this grain diameter.
Пример 3. Получение наночастиц CeO2 путем изотермического двухструйного осаждения CeO2 Example 3. Obtaining CeO 2 nanoparticles by isothermal double-jet deposition of CeO 2
В 3-литровый круглодонный реакционный сосуд из нержавеющей стали добавляли 1117 грамм дистиллированной воды. Стандартный пропеллер Rv 100 опускали в реакционный сосуд, и головку смесителя располагали немного выше дна реакционного сосуда. Смеситель устанавливали на 700 об/мин, и реактор доводили до температуры приблизительно 70°С. Затем 59,8 грамм (98%) метоксиуксусной кислоты добавляли в реактор. Двухструйное осаждение проводили на протяжении периода пять минут путем закачивания 250 мл раствора, содержащего 120,0 грамм Се(NO3)3·6H2O, в реактор одновременно с раствором, содержащим 69,5 грамм (28-30%) гидроксида аммония. Подача дистиллированной воды в реактор очищала линии реагентов от остаточных материалов. Затем 10,2 грамм 50% нестабилизированного пероксида водорода добавляли в реактор и его содержимое в течение периода 40 секунд. Исходно реакционная смесь представляла собой непрозрачную темную оранжево-коричневатую жидкость в диапазоне рН от 6 до 7. Реакционную смесь нагревали в течение дополнительных 60 минут, во время которых рН по каплям доводили до 4,25 (состояние с освобождением ионов гидроксония по реакциям (3а) и (3b)), и смесь становилась прозрачного желто-оранжевого цвета. Реакцию охлаждали до 20°С и подвергали диафильтрации до проводимости 3 мСм/см, чтобы удалить избыточную воду и непрореагировавшие материалы. Это приводило к концентрированию дисперсии приблизительно в 10 раз, или номинально 1 М частиц CeO2. Частотный анализ размера частиц с помощью просвечивающей электронной микроскопии (фиг.4) давал средний размер частиц 2,2 нм при частотном распределении размера, имеющем коэффициент вариации COV (стандартное отклонение, деленное на средний диаметр) 23%. Вычисленный выход был 62,9%.1117 grams of distilled water was added to a 3 liter round bottom stainless steel reaction vessel. The
Пример 4. Медьсодержащие CeO2 наночастицы Се0,9Cu0,1O1,95 Example 4. Copper-containing CeO 2 nanoparticles Ce 0.9 Cu 0.1 O 1.95
Условия примера 3 повторяли за исключением того, что раствор нитрата церия содержал 108,0 грамм гексагидрата нитрата церия и 6,42 грамм Се(NO3)3·2,5H2O. Соли этих металлов растворяли отдельно и затем объединяли, образуя 250 мл раствора. Реакция протекала, как описано в примере 3, за исключением того, что пероксид водорода добавляли в течение периода 40 секунд после того, как добавляли церий и аммиак. Частотный анализ размера частиц с помощью просвечивающей электронной микроскопии (фиг.5) давал средний размер частиц 2,5 нм при частотном распределении размера, имеющем коэффициент вариации COV (стандартное отклонение, деленное на средний диаметр) 25%. Заметим отсутствие бимодального распределения; вторичный пик был бы указанием того, что Си не внедрилась в решетку CeO2, но вместо этого существует как отдельная популяция Cu2O3.The conditions of Example 3 were repeated except that the cerium nitrate solution contained 108.0 grams of cerium nitrate hexahydrate and 6.42 grams of Ce (NO 3 ) 3 · 2.5H 2 O. The salts of these metals were dissolved separately and then combined to form 250 ml solution. The reaction proceeded as described in Example 3, except that hydrogen peroxide was added over a period of 40 seconds after cerium and ammonia were added. A frequency analysis of particle size using transmission electron microscopy (FIG. 5) gave an average particle size of 2.5 nm with a frequency distribution of size having a coefficient of variation of COV (standard deviation divided by mean diameter) of 25%. Note the absence of a bimodal distribution; a secondary peak would be an indication that Cu did not enter the CeO 2 lattice, but instead exists as a separate population of Cu 2 O 3 .
Пример 5. Железосодержащие CeO2 наночастицы Ce0,9Fe0,1O1,95 (СеО-255)Example 5. Iron-containing CeO 2 nanoparticles Ce 0.9 Fe 0.1 O 1.95 (CeO-255)
Условия примера 4 повторяли за исключением того, что раствор солей металлов содержал 108,0 грамм гексагидрата нитрата церия и 11,16 грамм Fe(NO3)3·9H2O. Соли этих металлов растворяли отдельно и затем объединяли, образуя 250 мл раствора. Реакция протекала, как описано в примере 4. ТЕМ осажденных частиц (фиг.6А) и частотный анализ размера частиц с помощью просвечивающей электронной микроскопии (фиг.6В) давали средний размер частиц 2,2+/-0,7 нм при частотном распределении размера, имеющем коэффициент вариации COV (стандартное отклонение, деленное на средний диаметр) 32%. Вычисленный выход был 55,1%.The conditions of Example 4 were repeated except that the metal salt solution contained 108.0 grams of cerium nitrate hexahydrate and 11.16 grams of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O. The salts of these metals were dissolved separately and then combined to form 250 ml of solution. The reaction proceeded as described in Example 4. TEM of the deposited particles (Fig. 6A) and frequency analysis of particle size using transmission electron microscopy (Fig. 6B) gave an average particle size of 2.2 +/- 0.7 nm with a frequency distribution of size having a coefficient of variation of COV (standard deviation divided by mean diameter) 32%. The calculated yield was 55.1%.
Пример 6. Цирконийсодержащие CeO2 наночастицы Ce0,9Zr0,15O2 (СеО-257)Example 6. Zirconium-containing CeO 2 nanoparticles Ce 0.9 Zr 0.15 O 2 (CeO-257)
Условия примера 4 повторяли за исключением того, что раствор солей металлов содержал 101,89 грамм гексагидрата нитрата церия и 9,57 грамм ZrO(NO3)2·6H2O. Соли этих металлов растворяли отдельно и затем объединяли, образуя 250 мл раствора. Реакция протекала, как описано в примере 4 за исключением того, что температуру реакции поддерживали при 85°С. Частотный анализ размера частиц с помощью просвечивающей электронной микроскопии (фиг.7А) давал средний размер частиц 2,4+/-0,7 нм при частотном распределении размера, имеющем коэффициент вариации COV (стандартное отклонение, деленное на средний диаметр) 29%. Атомная эмиссионная спектроскопия индуктивно связанной плазмы давала стехиометрию Ce0,82Zr0,18O1,91, что означало относительную нерастворимость ZrO2 в CeO2, принимая во внимание увеличенное содержание Zr (18% вместо 15%).The conditions of Example 4 were repeated except that the metal salt solution contained 101.89 grams of cerium nitrate hexahydrate and 9.57 grams of ZrO (NO 3 ) 2 · 6H 2 O. The salts of these metals were dissolved separately and then combined to form 250 ml of solution. The reaction proceeded as described in example 4 except that the reaction temperature was maintained at 85 ° C. Frequency analysis of particle size using transmission electron microscopy (Fig. 7A) gave an average particle size of 2.4 +/- 0.7 nm with a frequency distribution of size having a coefficient of variation of COV (standard deviation divided by mean diameter) of 29%. Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy gave a stoichiometry of Ce 0.82 Zr 0.18 O 1.91 , which meant the relative insolubility of ZrO 2 in CeO 2 , taking into account the increased Zr content (18% instead of 15%).
Пример 7а. Цирконий- и железо-содержащие CeO2 наночастицы Ce0,9Zr0,15Fe0,1O1,95 (CeO-270)Example 7a Zirconium and iron-containing CeO 2 nanoparticles Ce 0.9 Zr 0.15 Fe 0.1 O 1.95 (CeO-270)
Условия примера 4 повторяли за исключением того, что раствор солей металлов содержал 84,0 грамм гексагидрата нитрата церия, 11,16 грамм Fe(NO3)3·9H2O и 12,76 грамм ZrO(NO3)2·6H2O. Соли этих металлов растворяли отдельно и затем объединяли, образуя 250 мл раствора. Реакция протекала, как описано в примере 4, за исключением того, что температуру реакции поддерживали при 85°С, и раствор пероксида водорода (50%) повышали до 20,4 гм и добавляли в течение периода десять минут. ТЕМ частиц (фиг.8А) и частотный анализ размера частиц с помощью просвечивающей электронной микроскопии (фиг.8В) давали средний размер частиц 2,2+/-0,6 нм при частотном распределении размера, имеющем коэффициент вариации COV (стандартное отклонение, деленное на средний диаметр) 27%. Снова монодисперсное унимодальное распределение поддерживало идею совместного внедрения в противоположность отдельным популяциям зародившихся зерен ZrO2 и Fe2O3. Вычисленный выход был 78%. Атомная эмиссионная спектроскопия индуктивно связанной плазмы давала стехиометрию Се0,69Fe0,14Zr0,17O1,915. Снова, сравнительно более концентрированные Fe и Zr относительно номинальных количеств отражают большую нерастворимость предшественников их гидроксидов по сравнению с предшественником гидроксида церия. Также на фиг.8С присутствует рентгеновская дифрактограмма этого образца (верхняя кривая) по сравнению с CeO2, свободным от переходного металла. Отсутствие пика (обозначенного стрелкой) при 32 град два тета означает, что нет свободного ZrO2, т.е. все внедрено в решетку церия. Также, отсутствие пиков 50 и 52 градусов два тета указывает на отсутствие отдельной популяции Fe2O3 (т.е. внедрение Fe в решетку церия). Заметим сдвиг с увеличением на 2 тета при большом угле два тета рассеяния, что указывает на искажение или сжатие решетки (nλ/2d=sinθ), которое отвечает меньшим ионным радиусам Fe3+ (0,78Å) и Zr4+ (0,84Å) относительно Се4+ (0,97Å), который замещается. Таким образом, авторы заключили, что переходные металла внедрялись в решетку CeO2 и не представляли отдельной популяции явных наночастиц ZrO2 и Fe2O3. Унимодальное частотное распределение размера также подтверждает этот вывод.The conditions of Example 4 were repeated except that the metal salt solution contained 84.0 grams of cerium nitrate hexahydrate, 11.16 grams of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O and 12.76 grams of ZrO (NO 3 ) 2 · 6H 2 O The salts of these metals were dissolved separately and then combined to form 250 ml of solution. The reaction proceeded as described in example 4, except that the reaction temperature was maintained at 85 ° C and the hydrogen peroxide solution (50%) was raised to 20.4 gm and added over a period of ten minutes. Particle TEM (Fig. 8A) and particle size analysis by transmission electron microscopy (Fig. 8B) gave an average particle size of 2.2 +/- 0.6 nm with a frequency distribution of size having a coefficient of variation of COV (standard deviation divided by on average diameter) 27%. Once again, the monodisperse unimodal distribution supported the idea of joint introduction, in contrast to individual populations of the nucleated grains of ZrO 2 and Fe 2 O 3 . The calculated yield was 78%. Atomic emission spectroscopy of inductively coupled plasma gave a stoichiometry of Ce 0.69 Fe 0.14 Zr 0.17 O 1.915 . Again, the relatively more concentrated Fe and Zr relative to the nominal amounts reflect the greater insolubility of their hydroxide precursors compared to the cerium hydroxide precursor. Also shown in FIG. 8C is an X-ray diffraction pattern of this sample (upper curve) compared to a transition metal free CeO 2 . The absence of a peak (indicated by an arrow) at 32 degrees two theta means that there is no free ZrO 2 , i.e. everything is embedded in the cerium lattice. Also, the absence of peaks of 50 and 52 degrees two theta indicates the absence of a separate population of Fe 2 O 3 (i.e., the incorporation of Fe into the cerium lattice). We note a shift with an increase of 2 theta at a large angle of two theta of scattering, which indicates distortion or compression of the lattice (nλ / 2d = sinθ), which corresponds to smaller ionic radii of Fe 3+ (0.78 Å) and Zr 4+ (0.84 Å) ) relative to Ce 4+ (0.97 Å), which is replaced. Thus, the authors concluded that the transition metals were embedded in the CeO 2 lattice and did not represent a separate population of explicit ZrO 2 and Fe 2 O 3 nanoparticles. The unimodal frequency distribution of size also confirms this conclusion.
Примеры 7b-f. Цирконий- и железо-содержащие CeO2 наночастицы с систематически меняющимся количеством железа (15%, 20%, 25%, 30%) при 15% циркония и 20% железа при 20% циркония.Examples 7b-f. Zirconium and iron-containing CeO 2 nanoparticles with a systematically changing amount of iron (15%, 20%, 25%, 30%) at 15% zirconium and 20% iron at 20% zirconium.
Следовали условиям примера 7а; однако количество железа или циркония изменяли, чтобы получать указанные номинальные стехиометрии, используя соответствующий раствор металлсодержащей соли, тогда как гексагидрат нитрата церия уменьшали, чтобы приспособиться к увеличенной концентрации железа или циркония.Followed the conditions of example 7a; however, the amount of iron or zirconium was varied to obtain the indicated nominal stoichiometries using an appropriate metal salt solution, while cerium nitrate hexahydrate was reduced to accommodate the increased concentration of iron or zirconium.
Фиг.9 представляет собой автоэмиссионное ТЭМ изображение решетки частиц, полученных в примере 1. Две из частиц обведены кругами для ясности. Отметим малое число плоскостей решетки, которые задают монокристалл, имеющий диаметр меньше чем 5 нм. Водные золи различных материалов нагревали в течение 30 минут в муфельной печи при 1000°С. Эти тщательно высушенные образцы измеряли на OSC и кинетику, с которой они достигали их максимума OSC, используя термогравиметрическую технологию, как описано Sarkas et al., "Nanocrystalline Mixed Metal Oxides-Nonel Oxygen Storage Materials', Mat. Res. Soc. Symp.Proc. Vol.788, L4.8.1 (2004). Обычно наблюдали очень быструю начальную скорость восстановления в газообразном азоте, содержащем 5% водорода, с последующей второй, более медленной скоростью.Fig.9 is a TEM field emission image of a particle lattice obtained in Example 1. Two of the particles are circled for clarity. Note the small number of lattice planes that define a single crystal having a diameter of less than 5 nm. Water sols of various materials were heated for 30 minutes in a muffle furnace at 1000 ° C. These carefully dried samples were measured for OSC and the kinetics with which they reached their OSC maximum using thermogravimetric technology, as described by Sarkas et al., "Nanocrystalline Mixed Metal Oxides-Nonel Oxygen Storage Materials', Mat. Res. Soc. Symp.Proc Vol.788, L4.8.1 (2004) A very fast initial reduction rate in gaseous nitrogen containing 5% hydrogen was usually observed, followed by a second, slower rate.
Сопровождающая таблица 2 содержит емкости сохранения кислорода (1 сигма воспроизводимость в скобках) и константы быстрой (k1) и медленной (k2) скоростей (1 стандартное отклонение в скобках) для восстановления различных наночастиц оксида церия с заданной решеткой (все 2 нм за исключением Sigma Aldrich контроля) в газообразном азоте, содержащем 5% Н2, при 700°С. Эти величины перепроверяли на втором приборе TGA (средняя разница 2,6%), в отношении различий потока газа (среднее отклонение 1%) и повторного получения образцов при 1000°С в течение 30 минут (среднее отклонение 1,54%). Из данных в таблице 2 авторы видят, что OSC частиц диоксида церия не зависит от размера в диапазоне приблизительно 2 нм - 20 мкм. Это может быть следствием спекания в большие частицы. Заметим, что OSC увеличивается приблизительно на 50% при добавлении циркония и сопровождается 10 х увеличением скорости. Кроме того, добавление железа к Zr-содержащему материалу дает увеличение OSC приблизительно в три раза при 10-кратной скорости по сравнению с частицами диоксида церия, не содержащими ионов переходных металлов. Эти величины больше, чем в три раза больше величин в цитированной ссылке. Преимущественное действие лимонной кислоты на константы скорости восстановления, по-видимому, подтверждает, что стабилизатор может оказывать влияние на площадь поверхности частиц или морфологию даже после его пиролиза.The accompanying table 2 contains oxygen storage capacities (1 sigma reproducibility in brackets) and fast (k1) and slow (k2) speed constants (1 standard deviation in brackets) for the reduction of various cerium oxide nanoparticles with a given lattice (all 2 nm except Sigma Aldrich control) in gaseous nitrogen containing 5% H 2 at 700 ° C. These values were rechecked on a second TGA instrument (average difference of 2.6%), with respect to differences in gas flow (average deviation of 1%) and repeated sampling at 1000 ° C for 30 minutes (average deviation of 1.54%). From the data in Table 2, the authors see that the OSC of cerium dioxide particles is independent of size in the range of about 2 nm to 20 μm. This may be due to sintering into large particles. Note that the OSC increases by approximately 50% with the addition of zirconium and is accompanied by a 10 x increase in speed. In addition, the addition of iron to the Zr-containing material gives an approximately three-fold increase in OSC at a 10-fold speed compared to cerium dioxide particles not containing transition metal ions. These values are more than three times the values in the cited reference. The predominant effect of citric acid on the rate constant of recovery, apparently, confirms that the stabilizer can affect the surface area of particles or morphology even after its pyrolysis.
Хотя данное изобретение было описано со ссылкой на различные конкретные варианты осуществления, следует понимать, что многочисленные изменения могут быть сделаны внутри сущности и объема описанных предлагаемых концепций. Соответственно, предполагается, что данное изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления, но будет иметь полный объем, заданный языком следующей формулы изобретения.Although the present invention has been described with reference to various specific embodiments, it should be understood that numerous changes can be made within the spirit and scope of the described proposed concepts. Accordingly, it is intended that the invention is not limited to the described embodiments, but will have the full scope defined by the language of the following claims.
Claims (44)
(a) получают водную реакционную смесь, содержащую источник ионов церия Се3+, источник ионов одного или нескольких переходных металлов (М), источник гидроксид-ионов, по меньшей мере, один стабилизатор наночастиц и окислитель, приводящий к окислению иона Се3+ в ион Се4+ при исходной температуре в диапазоне от приблизительно 20°С до приблизительно 95°С;
(b) осуществляют механический сдвиг данной смеси и ее пропускания сквозь перфорированное сито, образуя гомогенно распределенную суспензию наночастиц гидроксида церия; и
(c) создают температурные условия, эффективные для проведения окисления иона Се3+ в ион Се4+ с образованием потока продукта, содержащего наночастицы диоксида церия, содержащего переходный металл, Ce1-xMxO2, где х имеет значение от приблизительно 0,3 до приблизительно 0,8, упомянутые наночастицы имеют кубическую структуру флюорита, средний гидродинамический диаметр в диапазоне от приблизительно 1 нм до приблизительно 10 нм и геометрический диаметр от приблизительно 1 нм до приблизительно 4 нм, причем стабилизатор наночастиц является водорастворимым и имеет величину Log КВС в интервале от 1 до 14, где КВС обозначает константу связывания стабилизатора наночастиц с ионом церия в воде, и упомянутые температурные условия, эффективные для проведения окисления иона Се3+ в ион Се4+, включают температуру от приблизительно 50°С до приблизительно 100°С.1. The method of producing cerium dioxide nanoparticles with a given lattice containing at least one transition metal (M), in which:
(a) an aqueous reaction mixture is obtained containing a source of cerium ions Ce 3+ , a source of ions of one or more transition metals (M), a source of hydroxide ions, at least one stabilizer of nanoparticles and an oxidizing agent leading to the oxidation of Ce 3+ ion to Ce 4+ ion at an initial temperature in the range of from about 20 ° C to about 95 ° C;
(b) carry out a mechanical shift of this mixture and its transmission through a perforated sieve, forming a homogeneously distributed suspension of cerium hydroxide nanoparticles; and
(c) create temperature conditions effective to oxidize the Ce 3+ ion to the Ce 4+ ion to form a product stream containing cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal, Ce 1-x M x O 2 , where x has a value of from about 0 , 3 to about 0.8, said nanoparticles have a cubic fluorite structure, an average hydrodynamic diameter in the range of from about 1 nm to about 10 nm, and a geometric diameter of from about 1 nm to about 4 nm, the nanoparticle stabilizer being water It has a value of Log K BC in the range from 1 to 14, where K VS is the binding constant of the nanoparticle stabilizer with cerium ion in water, and the mentioned temperature conditions effective for oxidizing the Ce 3+ ion to Ce 4+ ion include a temperature from approximately 50 ° C to approximately 100 ° C.
(d) концентрируют упомянутый поток продукта в суспензию, имеющую плотность, не превышающую приблизительно 35% (мас. тв. веществ/мас. суспензии), и проводимость, не превышающую приблизительно 5 мСм/см.23. The method according to claim 1, where additionally:
(d) concentrating said product stream into a suspension having a density not exceeding about 35% (wt.% solids / wt. suspension) and a conductivity not exceeding about 5 mS / cm.
(a) получают водную смесь, которая включает стабилизированные наночастицы диоксида церия, содержащие переходный металл, Се1-xMxO2, имеющие кубическую структуру флюорита, причем упомянутые наночастицы имеют средний гидродинамический диаметр в диапазоне от приблизительно 1 нм до приблизительно 10 нм и геометрический диаметр меньше, чем приблизительно 4 нм;
(b) концентрируют упомянутую водную смесь, которая включает упомянутые стабилизированные наночастицы диоксида церия, содержащие переходный металл, образуя водный концентрат;
(c) удаляют, по существу, всю воду из упомянутого водного концентрата, образуя, по существу, свободный от воды концентрат упомянутых стабилизированных наночастиц диоксида церия, содержащих переходный металл;
(d) добавляют органический разбавитель к упомянутому, по существу, свободному от воды концентрату, образуя органический концентрат упомянутых стабилизированных наночастиц диоксида церия, содержащих переходный металл; и
(е) объединяют упомянутый органический концентрат с поверхностно-активным веществом в присутствии неполярной среды, образуя упомянутую гомогенную дисперсию, содержащую стабилизированные кристаллические наночастицы диоксида церия, содержащие переходный металл, Ce1-xMxO2, где М и х имеют указанные выше значения.25. A method of obtaining a homogeneous dispersion containing stabilized crystalline cerium dioxide nanoparticles with a given lattice, containing a transition metal, Ce 1-x M x O 2 , where M represents at least one transition metal and x has a value of from about 0.3 to approximately 0.8:
(a) an aqueous mixture is obtained which comprises stabilized cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal, Ce 1-x M x O 2 having a cubic fluorite structure, said nanoparticles having an average hydrodynamic diameter in the range of from about 1 nm to about 10 nm, and geometric diameter less than about 4 nm;
(b) concentrating said aqueous mixture, which comprises said stabilized cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal to form an aqueous concentrate;
(c) substantially all of the water is removed from said aqueous concentrate to form a substantially water-free concentrate of said stabilized cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal;
(d) adding an organic diluent to said substantially water-free concentrate, forming an organic concentrate of said stabilized cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal; and
(f) combining said organic concentrate with a surfactant in the presence of a non-polar medium to form said homogeneous dispersion containing stabilized crystalline cerium dioxide nanoparticles containing a transition metal, Ce 1-x M x O 2 , where M and x are as defined above .
(f) разбавляют одну часть упомянутой гомогенной дисперсии, по меньшей мере, приблизительно 100 ч. углеводородного топлива.42. The method according A.25, where additionally:
(f) diluting one part of said homogeneous dispersion of at least about 100 parts of hydrocarbon fuel.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/US2008/087133 WO2010071641A1 (en) | 2008-12-17 | 2008-12-17 | Fuel additive containing lattice engineered cerium dioxide nanoparticles |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011129305A RU2011129305A (en) | 2013-01-27 |
RU2487753C2 true RU2487753C2 (en) | 2013-07-20 |
Family
ID=42269082
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011129305/04A RU2487753C2 (en) | 2008-12-17 | 2008-12-17 | Fuel additive containing cerium dioxide nanoparticles with altered structure |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2379221A4 (en) |
JP (1) | JP5438772B2 (en) |
KR (1) | KR101605465B1 (en) |
CN (1) | CN102281945A (en) |
AU (1) | AU2008365234B2 (en) |
BR (1) | BRPI0823310B1 (en) |
CA (1) | CA2747547C (en) |
MX (1) | MX2011006461A (en) |
RU (1) | RU2487753C2 (en) |
WO (1) | WO2010071641A1 (en) |
Families Citing this family (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8980202B2 (en) * | 2010-11-12 | 2015-03-17 | Peter Jerome COWDERY-CORVAN | Cerium containing nanoparticles prepared in non-polar solvent |
CN102559138B (en) * | 2010-12-23 | 2014-01-08 | 有研稀土新材料股份有限公司 | Fluorine ion and metal ion-doped cerium oxide-based nanometer ultraviolet shielding material and preparation method thereof |
US10000714B2 (en) * | 2012-05-25 | 2018-06-19 | Cerion Llc | Iron oxide nanoparticle dispersions and fuel additives for soot combustion |
JP6174692B2 (en) | 2012-06-13 | 2017-08-02 | セリオン エンタープライジズ リミテッド ライアビリティ カンパニー | Nanoceria for the treatment of oxidative stress |
KR20150067253A (en) * | 2012-10-08 | 2015-06-17 | 가부시키가이샤 산도쿠 | Method for producing composite oxide and composite oxide catalyst |
WO2014084547A1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-06-05 | (주)라미나 | Reaction device for mixing and manufacturing method using the reaction device |
JP6442816B2 (en) * | 2013-03-27 | 2018-12-26 | 正邦 小澤 | Metal oxide containing cerium and zirconium and method for producing the same |
JP6042783B2 (en) * | 2013-10-10 | 2016-12-14 | トヨタ自動車株式会社 | Method for producing cocatalyst for exhaust gas purification |
CN103484174B (en) * | 2013-10-15 | 2015-08-12 | 仁寿县驰骋油业有限公司 | A kind of Novel clean diesel oil based on GB diesel oil |
US9283548B2 (en) | 2013-11-19 | 2016-03-15 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Ceria-supported metal catalysts for the selective reduction of NOx |
JP2015160801A (en) * | 2014-02-27 | 2015-09-07 | ラミナ カンパニー リミテッド | Method for producing metal oxide using continuous reactor |
US10329656B2 (en) | 2014-09-18 | 2019-06-25 | Oerlikon Metco (Us) Inc. | Pre-formulated powder feedstock |
EP3184206A1 (en) | 2015-12-23 | 2017-06-28 | Solvay SA | Dispersions of metals and/or metal compounds |
US9969621B2 (en) * | 2016-05-04 | 2018-05-15 | Saudi Arabian Oil Company | Methods for processing fumed metallic oxides |
JP6780847B2 (en) * | 2016-09-01 | 2020-11-04 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 | Hydrogen iodide decomposition catalyst and hydrogen production method |
CN106930829B (en) * | 2017-03-06 | 2019-03-05 | 桂林航天工业学院 | Bio-ethanol dynamical system and its control method |
US10768485B2 (en) * | 2017-07-05 | 2020-09-08 | Nanoco Technologies Ltd. | Quantum dot architectures for color filter applications |
CN107552059B (en) * | 2017-10-12 | 2020-05-12 | 浙江树人学院 | Preparation method of iron-doped cerium-based solid solution flue gas denitration catalyst |
GB2607851A (en) * | 2018-06-15 | 2022-12-21 | Seren Tech Limited | Rare earth metal oxide preparation |
GB201904694D0 (en) * | 2019-04-03 | 2019-05-15 | Johnson Matthey Plc | Ceria-containingmixed oxides for oxygen storage |
KR102372139B1 (en) * | 2019-05-09 | 2022-03-08 | 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 | Optical property controlling by the engineering of the electronic band structure of oxide nanoparticles |
US20230030648A1 (en) * | 2019-12-26 | 2023-02-02 | Toray Industries, Inc. | Cerium oxide nanoparticle, dispersion body, oxidant, antioxidant, and method of producing cerium oxide nanoparticle |
US11603503B2 (en) | 2021-05-20 | 2023-03-14 | Indian Oil Corporation Limited | Additive composition as a combustion improver for liquid and gaseous fuels |
WO2023167287A1 (en) * | 2022-03-03 | 2023-09-07 | 積水化学工業株式会社 | Reducing agent, and gas production method |
CN116099354A (en) * | 2023-02-10 | 2023-05-12 | 昆明理工大学 | Application of spherical cerium oxide catalyst in low-temperature catalytic hydrolysis of organic pollutants |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050066571A1 (en) * | 2001-11-06 | 2005-03-31 | Gareth Wakefield | Cerium oxide nanoparticles |
RU2252913C1 (en) * | 2003-10-13 | 2005-05-27 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | A synthesis gas production method |
US20050165139A1 (en) * | 2002-06-17 | 2005-07-28 | Sanyo Chemical Industries, Ltd | Resin particle and method for prepartion thereof |
US20050227864A1 (en) * | 2002-02-19 | 2005-10-13 | Tal Materials | Mixed-metal oxide particles by liquid feed flame spray pyrolysis of oxide precursors in oxygenated solvents |
US20070056601A1 (en) * | 2004-10-25 | 2007-03-15 | Philip Morris Usa Inc. | Gold-ceria catalyst for oxidation of carbon monoxide |
US20070224092A1 (en) * | 2006-03-24 | 2007-09-27 | Ngk Insulators, Ltd. | Catalytic converter and a method for producing the catalytic converter |
CN101113010A (en) * | 2007-07-04 | 2008-01-30 | 北京化工大学 | Method for preparing cerium oxide nano particle by auxiliary microwave |
WO2008025753A2 (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-06 | Rhodia Operations | Composition with high reducibility made of a nanometric cerium oxide on a support, method of preparation and use as catalyst |
WO2008030815A2 (en) * | 2006-09-05 | 2008-03-13 | Cerion Technology, Inc. | Method of preparing cerium dioxide nanoparticles |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5945925A (en) * | 1982-06-11 | 1984-03-15 | ロ−ヌ−プ−ラン・スペシアリテ・シミ−ク | Manufacture of complex of colloidal cesium oxide and free organic acid of same |
FR2741281B1 (en) * | 1995-11-22 | 1998-02-13 | Rhone Poulenc Chimie | ORGANIC SOIL COMPRISING AT LEAST ONE RARE EARTH (S) OXYGEN COMPOUND, METHOD FOR THE SYNTHESIS OF SAID SOIL AND USE OF SAID SOIL FOR CATALYSIS |
US6133194A (en) * | 1997-04-21 | 2000-10-17 | Rhodia Rare Earths Inc. | Cerium oxides, zirconium oxides, Ce/Zr mixed oxides and Ce/Zr solid solutions having improved thermal stability and oxygen storage capacity |
FR2789601B1 (en) * | 1999-02-17 | 2001-05-11 | Rhodia Chimie Sa | ORGANIC SOL AND SOLID COMPOUND BASED ON CERIUM OXIDE AND AN AMPHIPHILIC COMPOUND AND METHODS OF PREPARATION |
CA2413744C (en) * | 2000-06-29 | 2012-01-03 | Neuftec Limited | A fuel additive |
WO2002090260A1 (en) * | 2001-05-07 | 2002-11-14 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Apparatus and method for preparing cerium oxide nanoparticles |
US7025943B2 (en) * | 2002-05-15 | 2006-04-11 | The Curators Of The University Of Missouri | Method for preparation of nanometer cerium-based oxide particles |
FR2884732B1 (en) * | 2005-04-20 | 2007-08-24 | Rhodia Chimie Sa | COLLOIDAL DISPERSION OF A CERIUM COMPOUND AND ANOTHER ELEMENT SELECTED FROM ZIRCONIUM, RARE EARTHS, TITANIUM AND TIN, DISPERSIBLE SOLID BASED ON THIS COMPOUND AND METHODS OF PREPARATION |
JP5099316B2 (en) * | 2007-04-27 | 2012-12-19 | 株式会社豊田中央研究所 | Ceria-zirconia composite oxide and method for producing the same |
-
2008
- 2008-12-17 KR KR1020117016496A patent/KR101605465B1/en active IP Right Grant
- 2008-12-17 CN CN2008801326631A patent/CN102281945A/en active Pending
- 2008-12-17 RU RU2011129305/04A patent/RU2487753C2/en active IP Right Revival
- 2008-12-17 CA CA2747547A patent/CA2747547C/en active Active
- 2008-12-17 MX MX2011006461A patent/MX2011006461A/en active IP Right Grant
- 2008-12-17 BR BRPI0823310-1A patent/BRPI0823310B1/en active IP Right Grant
- 2008-12-17 JP JP2011542092A patent/JP5438772B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2008-12-17 EP EP08879024.1A patent/EP2379221A4/en not_active Withdrawn
- 2008-12-17 WO PCT/US2008/087133 patent/WO2010071641A1/en active Application Filing
- 2008-12-17 AU AU2008365234A patent/AU2008365234B2/en active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050066571A1 (en) * | 2001-11-06 | 2005-03-31 | Gareth Wakefield | Cerium oxide nanoparticles |
US20050227864A1 (en) * | 2002-02-19 | 2005-10-13 | Tal Materials | Mixed-metal oxide particles by liquid feed flame spray pyrolysis of oxide precursors in oxygenated solvents |
US20050165139A1 (en) * | 2002-06-17 | 2005-07-28 | Sanyo Chemical Industries, Ltd | Resin particle and method for prepartion thereof |
RU2252913C1 (en) * | 2003-10-13 | 2005-05-27 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | A synthesis gas production method |
US20070056601A1 (en) * | 2004-10-25 | 2007-03-15 | Philip Morris Usa Inc. | Gold-ceria catalyst for oxidation of carbon monoxide |
US20070224092A1 (en) * | 2006-03-24 | 2007-09-27 | Ngk Insulators, Ltd. | Catalytic converter and a method for producing the catalytic converter |
WO2008025753A2 (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-06 | Rhodia Operations | Composition with high reducibility made of a nanometric cerium oxide on a support, method of preparation and use as catalyst |
WO2008030815A2 (en) * | 2006-09-05 | 2008-03-13 | Cerion Technology, Inc. | Method of preparing cerium dioxide nanoparticles |
CN101113010A (en) * | 2007-07-04 | 2008-01-30 | 北京化工大学 | Method for preparing cerium oxide nano particle by auxiliary microwave |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Reddy at all, «Surfactant-Controlled and Microwave-Assisted Synthesis of Highly Active CexZr1-xO 2 Nano- Oxides for CO Oxidation» (Springer science + Business Media), Pages 125-133, 02.08.2008. * |
Reddy at all, «Surfactant-Controlled and Microwave-Assisted Synthesis of Highly Active CexZr1-xONano- Oxides for CO Oxidation» (Springer science + Business Media), Pages 125-133, 02.08.2008. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20110106884A (en) | 2011-09-29 |
CN102281945A (en) | 2011-12-14 |
RU2011129305A (en) | 2013-01-27 |
WO2010071641A1 (en) | 2010-06-24 |
BRPI0823310A2 (en) | 2015-06-23 |
KR101605465B1 (en) | 2016-03-22 |
AU2008365234B2 (en) | 2015-05-07 |
JP5438772B2 (en) | 2014-03-12 |
EP2379221A1 (en) | 2011-10-26 |
MX2011006461A (en) | 2011-11-18 |
JP2012512127A (en) | 2012-05-31 |
BRPI0823310A8 (en) | 2015-11-24 |
AU2008365234A1 (en) | 2011-07-07 |
CA2747547C (en) | 2017-10-17 |
CA2747547A1 (en) | 2010-06-24 |
EP2379221A4 (en) | 2013-05-15 |
BRPI0823310B1 (en) | 2018-02-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2487753C2 (en) | Fuel additive containing cerium dioxide nanoparticles with altered structure | |
US10435639B2 (en) | Fuel additive containing lattice engineered cerium dioxide nanoparticles | |
EP2064153B1 (en) | Method of preparing cerium dioxide nanoparticles | |
JP6510403B2 (en) | Fuel Additives for Iron Oxide Nanoparticle Dispersions and Smoke Combustion | |
WO2011142834A1 (en) | Method for producing cerium -containing nanoparticles | |
US20100088949A1 (en) | Method of conditioning an internal combustion engine | |
JP5870081B2 (en) | Lattice engineered cerium dioxide nanoparticles containing fuel additives |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131218 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20141127 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20141204 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |