[发明专利]一种制备钙锆复合氧化物的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，尤其涉及一种钙锆复合氧化物的制备方法，具体来说是一种采用硝酸盐-尿素燃烧法制备钙锆复合氧化物的方法。 

背景技术

与化石燃料相比生物柴油具有无毒、可生物降解、可再生等优点，在能源和环境问题日益严峻的形势下，生物柴油的研究和生产倍受关注。工业上一般采用NaOH、KOH等均相催化剂催化植物油和甲醇发生酯交换反应来生产生物柴油。该途径具有工艺简单和反应条件温和等特点，但反应产物与催化剂分离过程复杂，需要经过中和、洗涤、静置等系列步骤，且产品洗涤过程中会产生大量的废液。固体碱催化剂不仅保留了均相碱的优点，而且产物与催化剂易于分离，是酯交换反应催化剂的发展趋势。钙基固体碱具有价廉、无毒性、催化酯交换反应效率高的优点，是一类极具应用前景的、生产生物柴油的固体碱催化剂。 

当前常采用共沉淀法（文献：Applied Catalysis A: General, 2013, 466: 272– 281）、浸渍法（文献：Applied Catalysis A: General, 2013, 452: 189-202）来制备钙基固体碱催化剂。也有采用水热法（文献：Catalysis Communications, 2011, 12: 1005–1008）和溶胶-凝胶法（文献：Catalysis communications, 2011, 12: 606-610）制备钙基固体碱的报道。然而，这些制备方法还存在一些不足， 如共沉淀法要求严格的pH值控制，且洗涤过程长、组分易偏离原料配比，溶胶-凝胶法通常需要昂贵的金属有机试剂。 

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种制备钙锆复合氧化物的方法，即采用硝酸盐-尿素燃烧法制备CaO-ZrO₂复合氧化物，相对于共沉淀法而言，该方法具有简单、快速的优点，制备的CaO-ZrO₂复合氧化物用于催化酯交换反应制生物柴油具有良好的效果。 

本发明一种制备钙锆复合氧化物的方法，包括以下步骤： 

（1）按照质量配比称取硝酸钙、硝酸锆和尿素，硝酸锆和硝酸钙的摩尔比为0.11~0.67，尿素的摩尔数为硝酸钙、硝酸锆总摩尔数的1.8~3.5倍，然后将硝酸钙、硝酸锆和尿素混合，加入去离子水，在超声器中超声20-60 min，形成一浆状混合物；

（2）将上述混合物加入已预热到300~500 ℃的马弗炉中，得到膨松的白色固体，将白色固体在550~800 ℃下焙烧，焙烧时间为2-8 小时。

具体的，混合物在马弗炉中经水分蒸发、起泡、膨胀后燃烧，得到膨松的白色固体。 

具体的，焙烧是为了除去残留的硝酸盐。 

进一步的，所述的硝酸锆和硝酸钙的摩尔比为0.25。 

进一步的，所述的尿素的摩尔数为硝酸钙、硝酸锆总摩尔数的2.0倍。 

进一步的，所述的加入去离子水的量为硝酸钙、硝酸锆总摩尔数的20-35倍。 

进一步的，所述的马弗炉的温度为450 ℃。 

进一步的，所述的焙烧温度为600 ℃。 

进一步的，所述的焙烧时间为4小时。 

硝酸盐与尿素之间的燃烧反应本质上是一个氧化还原反应，硝酸根是氧化剂，尿素是还原剂。反应是一个放热反应，同时生成大量气体。当硝酸锆和硝酸钙的摩尔比为0.25，尿素的摩尔数为硝酸钙、硝酸锆总摩尔数的2.0倍时，反应方程式如下： 

0.8 Ca(NO₃)₂·4H₂O + 0.2 Zr(NO₃)₄·5H₂O + 2 CO(NH₂)₂         0.8 CaO + 0.2 ZrO₂ + 3.2 N₂ + 2 CO₂ + 8.2 H₂O

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明采用硝酸盐-尿素燃烧法，制备过程简单、快速，避免了传统共沉淀方法需要严格控制pH值，洗涤过程长、组分易偏离原料配比的缺点。本方法制备的CaO-ZrO₂用于催化酯交换反应制生物柴油具有较高的活性。本发明的制备方法简单快速、易于控制。

  

附图说明

图1是采用本发明获得的钙锆复合氧化物的XRD图。