[发明专利]一种具有纺锤状大尺度铈基复合氧化物粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于稀土元素氧化物的技术领域，涉及以铈为主体的、稀土元素和碱土金属氧化物为参杂的复合晶体及其制备方法。

背景技术

稀土资源的开发利用在当今经济发展中具有不可估量的作用和特殊的战略地位，在国民经济发展中也发挥着愈来愈重要的作用。我国的稀土资源非常丰富，工业储量为世界第一，为我国稀土工业发展提供了独特的优越条件。其中铈基氧化物材料约占已探明的储量的50％。铈基氧化物粉体材料由于其在催化领域、中温固体氧化物电池领域和化学机械抛光研磨领域有着重要的应用，其产品的研发一直在稀土材料领域备受瞩目。

铈基复合氧化物材料的粒度和形貌与材料的功能特性密切相关，奇特的形貌结构往往具有特殊的功能性。然而目前对于获得奇特结构铈基氧化物制备技术方面主要集中在纳米材料领域，如中国专利CN1899966A通过水热和高温烧结获得具有花瓣结构的纳米氧化铈基复合材料，中国专利CN101168447A通过水热或溶剂热和高温烧结获得具有三维结构的高比表面积的氧化铈。上述技术手段中必须使用高温高压设备和苛刻的反应条件，使其在工业化生产中的应用受到限制。

在微米级大尺度颗粒材料的制备方面，主要采用传统的高温固相合成，除了烧结温度高，烧结时间长等缺点外，产品颗粒度主要通过后续阶段的气流粉碎方法控制，获得具有无规则块状颗粒。另外通过喷雾热解法(徐华蕊，稀土，1999，6，29-31)可获得具有圆球形微米颗粒材料，该方法需要添加有机添加剂，工艺复杂，而且获得的材料在高温处理中容易出现团聚等现象。因此，目前对于铈基复合氧化物微米级大颗粒材料的形貌控制方面的技术仍然十分缺乏。对于具有特殊结构的的微米级大颗粒的铈基复合氧化物的应用有待于进一步开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在温和条件下制备具有纺锤状铈基复合氧化物粉体材料的制备方法。

本发明的技术方案是其具体工艺步骤为：

(1)称取铈基盐溶于去离子水，配制成浓度为0.1-3mol/L的水溶液；称取非铈基盐溶于去离子水，配制成溶液浓度为0.1-3mol/L的水溶液，将上述两种或几种溶液混合均匀；称取沉淀剂溶于去离子水，配制成浓度为0.1-3mol/L的溶液，将上述两种溶液按金属离子与沉淀剂摩尔比为1∶1-3进行混合，20-40℃下搅拌1-2h，调节pH值＜3；

其中：所述铈基盐选自硝酸铈、氯化铈、硫酸铈中的一种或几种；所述非铈基盐选自Sm、Gd、Nd、Y、Zr、La、Ba、Ca、Sr的硝酸盐、氯化物、硫酸盐中的一种或几种形成二元、三元复合盐，铈基盐与非铈基盐的摩尔比为1∶0.1-0.9；所述沉淀剂为柠檬酸、柠檬酸铵、柠檬酸钠、柠檬酸钾中的一种或几种；所述调节pH值的调节剂为浓度0.1～1.0mol/L的硝酸、盐酸、硫酸、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种；

(2)将上述混合液在60-90℃下进行陈化反应6-20h，得到沉淀，沉淀经过过滤、洗涤、再过滤，至滤液呈中性，沉淀在50-120℃鼓风干燥箱中干燥6-20h，得到前躯体粉末；

(3)前躯体粉末在空气条件下，在400-1100℃的烧结炉中煅烧4-20h，得到具有纺锤状铈基复合氧化物粉体材料。

材料的粉体粒径大小为50-400μm，粉体由片状和四方柱状的纤维组装而成，呈纺锤状。

本发明与现有技术相比较，其突出优点是：

1.本发明所制备的微米级大尺度颗粒材料具有纺锤状特殊结构，颗粒由片状和四方柱状纤维组装而成，颗粒大小均匀，分散性良好。

2.本发明方法是一种在温和条件下获得具有纺锤状大尺度铈基复合氧化物粉体的制备方法，通过溶液中的各种不同元素与沉淀剂反应缓慢沉淀出来，利用对反应速度来控制颗粒的生长，从而获得具有分散性良好的各向异性的粉末材料。

3.该方法经济环保，避免了传统湿化学法中的使用的多种复杂的有机试剂和添加剂和水热合成中所需的高温高压设备，而且制备条件温和、工艺路线简单、易于操作，容易实现大规模生产。

附图说明

图1为具有纺锤状钐掺杂氧化铈粉体的X射线衍射(XRD)图。从图中可以看出，材料为单一的萤石结构，不含有其他杂相。

图2为具有纺锤状钐掺杂氧化铈粉体的扫描电镜(SEM)图。从图中可以看出，粉末颗粒由片状和四方柱状的纤维组装而成，纤维长约400-500μm，径向长度约1-10μm，纤维呈纺锤状排列，使得颗粒整体呈显纺锤状。纺锤体颗粒的粒径在轴向上长约400-500μm，径向上约为40-100μm。颗粒大小均匀，分散性良好。

具体实施方式