[发明专利]一种二氧化铈微球的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种二氧化铈微球的制备方法，具体地说是在气相扩散装置中，利用有机物作为模板调控制备粉体的方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

氧化铈目前已广泛应用于各种领域，CeO₂有氧化还原离子对(Ce³⁺/Ce⁴⁺)，因而具有独特的氧化还原性能，即较高的储存与释放氧能力，被广泛应用于多相催化反应中，特别是以CeO₂为助剂或载体的催化剂，在固体氧化物燃料电池、汽车尾气净化、水气变换、甲烷、甲醛、乙醇及CO完全氧化和醇类重整制氢等反应中显示出了良好的催化性能。

一般来说，小尺寸、大比表面积的CeO₂颗粒表现出了较高的催化活性和选择性，即催化中的纳米粒子效应。然而，近期研究也发现，CeO₂的催化性能不仅与粒子大小有关，而且与形貌密切相关。因此具有高比表面积、热稳定性好且有特殊形貌的氧化铈对催化剂材料的发展具有重要意义。

目前关于制备各种形貌的碳酸钙、碳酸钡的研究报道很多，一般都选用添加有机小分子、聚合物（生物高分子材料、双亲嵌段共聚物、树枝状聚合物及简单的聚合物电解质），做为调控剂制备不同形貌的碳酸钙，碳酸钡。肖宇鹏等报道了以 L-组氨酸为模板仿生合成针状纳米碳酸钙（高等学校化学学报，2009，30（3），530-533）；刘树信等报道了不同晶形超细碳酸钡粒子的制备研究（人工晶体学报，2005，34（3），531-535）。

气相扩散法是在反应容器中加入可溶性金属离子源（如氯化钙、硝酸铈和氯化钡等），然后将反应容器置于干燥器中，干燥器底部放置碳酸氨粉末，通过碳酸氨的缓慢分解提供二氧化碳源，通过扩散作用，使得结晶反应缓慢进行，进而达到控制成核和结晶的目的。

普通的液相共沉淀法反应时间较短，母液中的金属离子和沉淀剂之间的成核速度极快，局部相对过饱和度过大，晶体生长的速度太快来不及进行晶形排列，因此反应生成形貌不规则的晶体粒子。气相扩散法反应历时较长，沉淀剂通过碳酸铵的分解缓慢的渗入到母液中，与金属离子成核，晶核长大较慢，有利于晶形排列，生成形貌规则的晶体粒子，是制备金属碳酸盐的良好选择。

这种气相扩散法用于碳酸钡、碳酸钙的比较多，而气相扩散法用于氧化铈的制备目前还没有报道。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种二氧化铈微球的制备方法，它采用气相扩散法制备碳酸铈和二氧化铈微球，所获得的氧化铈微球具有较大的比表面积。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种二氧化铈微球的制备方法，所述方法为选用聚电解质作为形貌控制剂，采用气相扩散法，制备出球形的碳酸铈，再经过高温热处理后得到具有高比面积的CeO₂微球，其颗粒尺寸为300～500nm，500℃焙烧后，比表面积达到110m²/g以上。

具体步骤如下：

（1）配制浓度280g/L～360g/L的硝酸铈母液，取硝酸铈母液5～55ml于1000ml烧杯中，加水至500ml，搅拌均匀，调pH值为3～5；称取0.1～1g的聚电解质固体粉末，加水500ml，搅拌使其分散均匀；一边搅拌硝酸铈溶液，一边将聚电解质溶液加入到硝酸铈溶液中去，继续搅拌30分钟，使溶液分散均匀，得到硝酸铈浓度为0.01～0.09mol/L和聚电解质浓度为0.1～1g/L的溶液1L，然后用保鲜膜将烧杯口封住，扎几个孔；

（2）称取沉淀剂摩尔量是相应硝酸铈摩尔量的1.2~4倍，称好后，研碎，装入培养皿中，用保鲜膜将烧杯口封住，扎几个孔；

（3）将封好的硝酸铈和聚电解质溶液烧杯，沉淀剂培养皿，放入同一个干燥器中，密封反应14～25天，得球状碳酸铈颗粒；

（4）球状碳酸铈颗粒经过焙烧，得二氧化铈微球。

所述聚电解质为阴离子聚电解质聚苯乙烯磺酸钠、或阳离子聚电解质聚烯丙基氯化铵。

所述的沉淀剂为碳酸铵或碳酸氢铵。

密封反应14～25天后用乙醇和二次蒸馏水交替清洗样品三次，得到含有少量聚电解质的碳酸铈微球。

对所获得的碳酸铈微球高于400℃进行焙烧，升温速度200℃/h，保温时间2h，随炉冷却至室温，得到二氧化铈微球。