[发明专利]一种微米级椭球形氧化铈的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种椭球形二氧化铈的制备方法，具体地说是在气液接触法反应装置中，利用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为形貌控制剂来调控制备粉体的方法，属于微纳米材料技术领域。

背景技术

氧化铈作为一种用途很广的轻稀土氧化物，它具有N型半导体的化学性质。二氧化铈特殊的物理化学性质可能直接影响材料的性能，如向陶瓷中添加二氧化铈，不但能够明显降低陶瓷的烧结温度，而且可以提高陶瓷的密度。由于Ce元素具有变价性，氧化铈在发光材料领域也扮演着重要的作用。氧化铈的吸收波段大部分是在紫外区，被广泛应用于紫外吸收剂、发光材料、玻璃抛光剂、汽车尾气催化剂、电子陶瓷等领域。

随着科学技术的进步，对于氧化铈粉体材料的要求越来越高。在许多应用领域中两个重要的要求就是氧化铈粉体的尺寸、形貌。因此，制备尺寸均匀、形貌重复性好、结晶度高的氧化铈粉体材料，拓宽了氧化铈材料在紫外吸收剂、荧光发光材料等方面的应用。

目前使用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）做模板剂的报道很多，一般都利用水热法来合成介孔分子筛、介孔材料等。李福祥等以CTAB为模板剂、硝酸锆为原料，在无水乙醇中成功的制备了介孔氧化锆分子筛(石油化工，2005，34(12)，1129-1133)；赵永杰等以CATB与聚乙二醇混合为模板剂，经过脱洗、焙烧等工艺处理后得到了厚孔壁有序介孔材料（日用化学工业，2010，40(6)，435-438）；王珊珊等以CTAB为模板剂，采用水热法在较短的时间内合成了稳定性较好、有序性较强的分子筛(现代化工，2011，31(2)，75-79)。

气液接触法是指利用碳酸铵、碳酸氢铵等缓慢分解产生的CO₂气体缓慢扩散进入可溶性金属盐溶液中，溶解形成CO₃^2-并与溶液中金属盐离子发生沉淀反应生成前驱体，再经过干燥、焙烧制备出粉体材料。

目前，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂来调控合成特殊形貌及尺寸的CeO₂材料基本上都采用了合成纳米材料最普通的方法液相法。

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，提供一种微米级椭球形氧化铈的制备方法，它选用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为形貌调控剂，采用气液接触法，制备出椭球形的前驱体颗粒，再经过高温热处理后得到分散性较好、粒径均匀的微米级椭球状氧化铈颗粒，所得产品颗粒长轴约为9μm，短轴长约为6μm，轴径比约为1.5。制备的尺寸均匀、形貌重复性好、结晶度高的椭球形氧化铈粉体材料拓宽了氧化铈材料在紫外吸收剂、荧光发光材料等方面的应用。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种微米级椭球形氧化铈的制备方法，所述方法为选用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为形貌调控剂，采用气液接触法，制备出椭球形的前驱体颗粒，再经过热处理后得到分散性较好、粒径均匀的微米级椭球状氧化铈颗粒，所得产品颗粒长轴为7-11μm，短轴长约为4-8μm，轴径比约为1.2-1.6。

具体步骤如下：

（1）配制浓度为220.97g/L的铈盐母液，取该母液7.8ml-62.2ml于烧杯中，加水至500ml，调pH值为4；称取十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)固体粉末，加水500ml，40℃条件下加热1分钟使其充分溶解，搅拌使其分散均匀；

在搅拌铈盐母液的同时，将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液加入到铈盐母液中，继续搅拌20分钟，使混合溶液中的表面活性剂分散均匀，得到浓度为0.01mol/l~0.08 mol/L的铈盐溶液和浓度为0.1 g/L ~3.0 g/L的CTAB溶液的混合溶液1L，调节初始混合溶液的pH值为3~5，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铈盐摩尔量的1.2~3倍，称好后，用研钵研成粉末使其分散均匀，装入培养皿中，同时用保鲜膜将培养皿外口封住，扎几个孔；

（3）将干燥器中的铈盐和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)混合溶液的烧杯和装沉淀剂的培养皿分别放入干燥器中的上下两层，干燥器中反应15~25天，得到椭球形前驱体颗粒；

（4）椭球形前驱体颗粒经过400～1000℃焙烧，得到微米级椭球形的氧化铈颗粒。

本发明中，所用铈盐为可溶于水的铈盐，所述可溶于水的铈盐为硝酸铈、硫酸铈、醋酸铈或氯化铈。