[发明专利]一种纳米结构氧化铈及其应用

说明书

技术领域：

本发明涉及一种纳米结构氧化铈及其应用，属于无机纳米材料与应用技术领域。

背景技术：

稀土元素独特的4f电子构型使其具有特殊的光、声、电、磁学性质，被誉为新材料的宝库。CeO₂是一种重要的廉价而用途广泛的稀土氧化物，二氧化铈纳米化后，在原有的基础上表现出更多的性质，如小尺寸效应、高比表面效应、量子效应、极强的光、电、磁性质、超导性、及高化学活性，使其在光学材料、发光材料、磁性材料、电池材料、电化学及催化剂的高科技领域有着重要的应用。氧化铈(CeO₂)是一种重要的稀土氧化物，其纳米化后在声、光、磁、热、催化及化学活性等方面具有异常优良的物理化学性能，并被广泛应用于汽车尾气净化催化材料、光催化剂、防腐涂层、气体传感器、燃料电池、离子薄膜、及抛光材料方面。近年来，纳米结构的氧化铈在印染废水治理方面崭露头角。然而，目前制备CeO₂纳米颗粒的比较常用的方法(主要有沉淀法、微乳液法、热分解法、燃烧合成法、sol-gel法、电化学法、水热法等)还存在颗粒团聚严重、粒径分布不均匀、单分散性差、性能不稳定等问题，从而严重影响CeO₂材料的性能和应用。同时，有些制备方法还需要专用设备，有些原料成本高，工艺复杂，有些污染严重不宜推广。因此，找到一种反应条件简单，反应过程易于控制，反应均匀、廉价的且易合成CeO₂纳米结构的方法，对于有效利用CeO₂处理染料废水具有重要的科学意义和应用价值。

染料废水COD浓度高，色度大且含有有毒有害物质。刚果红作为染料中的一种，在生产和使用过程中流失率高，废水有明显的色度，易进入水体，如不经过处理直接排放，对环境的危害作用很大。传统的处理方法得到的效果很不理想，因此研究其有效的处理方法具有重要的现实意义。目前，处理印染废水的方法主要有两大类：物理化学方法和生物方法。但是这些处理方法存在工艺复杂、降解条件要求苛刻、处理效果不明显、成本较高、存在二次污染等问题，很难实现工业化。探索一种简单易行，操作简单的染料催化剂得到越来越多的重视。

发明内容：

本发明旨在提供一种纳米结构氧化铈及其应用，解决降解刚果红染料废水的催化剂工艺复杂、降解条件要求苛刻、处理效果不明显、成本较高、存在二次污染等问题。

本发明的技术方案是首先采用化学共沉淀法在室温下制备得到纳米结构氧化铈，然

后将纳米结构氧化铈投入刚果红印染废水中，降解刚果红印染废水。

本发明的具体步骤如下：

①配制表面活性剂澄清溶液：取一定量的十六烷基三甲基溴化铵，即分析纯CTAB，使其完全溶解于40ml去离子水中得到透明澄清溶液CTAB溶液；CTAB溶液浓度为0.1-0.6mol/L；

②配制铈盐溶液：取一定量的分析纯CeCl₃或Ce(NO₃)₃置于100ml烧杯中，往其中加入50ml去离子水300转/分钟磁力搅拌，直至完全溶解呈透明澄清溶液，氯化物溶液的浓度为0.1mol/L；

③向铈盐溶液中滴加CTAB溶液40ml并300转/分钟磁力搅拌30分钟后得到均匀透明的CTAB和铈盐混合溶液；然后300转/分钟磁力搅拌，并将配置好的25wt％的氨水溶液缓慢滴加到CTAB和铈盐的混合溶液中；将烧杯封好，继续在300转/分钟磁力搅拌2小时后室温陈化30min-10天；

④陈化结束后对沉淀进行过滤、用蒸馏水离心洗涤5次去除CTAB，再在室温下经干燥后得到形貌为颗粒、棒、颗粒与棒混合的纳米结构氧化铈。

将上述步骤得到的纳米结构氧化铈，作为降解偶氮染料刚果红废水的应用。

本发明中所用的水为去离子水或是蒸馏水，优选去离子水。

本发明的优点在于：

1、制备条件简单，反应过程易于控制，设备要求低，反应均匀，无需煅烧，产品廉价且纯度高。

2、降解在常温常压下进行，操作工艺简单，降解速度快，条件容易控制，节能廉价。

附图说明：

图1为实例1中降解刚果红溶液前后氧化铈纳米颗粒的X射线粉末衍射图。

图2为实例1中降解刚果红溶液前氧化铈纳米颗粒的高分辨透射电子显微镜图。

图3为实例1中氧化铈纳米颗粒对刚果红染料溶液降解前后的紫外吸收图。

图4为实例2中降解刚果红溶液前后氧化铈纳米棒的X射线粉末衍射图。

图5为实例2中降解刚果红溶液前氧化铈纳米棒的扫描电子显微镜图。