[发明专利]共聚合辅助内凝胶法制备CeO2

说明书

本发明涉及陶瓷成型工艺领域，具体涉及一种二氧化铈微球及其制备方法和用途。包括：将柠檬酸铈、六次甲基四胺、尿素、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸和过硫酸铵混合，以便得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液分散到硅油当中，以便得到凝胶球；将所述凝胶球进行焙烧处理，以便得到二氧化铈微球。通过本发明的方法制备得到的二氧化铈陶瓷微球强度大，在洗涤过程中不会发生缺损或破碎，而且工艺简单，对环境的破坏性小。

技术领域

本发明属于陶瓷成型工艺领域，具体涉及一种二氧化铈陶瓷微球及其制备方法和用途，尤其涉及一种通过共聚合辅助内凝胶法制备二氧化铈微球的方法，以及通过该方法制备得到的二氧化铈微球和用途。

背景技术

随着我国核能技术的发展，乏燃料的累积量将会逐渐增多，其中包含可循环使用的²³⁵U、²³⁸U、Pu、中短寿命的裂变产物、次锕系元素和长寿命裂变产物。对乏燃料的潜在危害性分析表明，其远期风险主要来自于Np、Am、Cm等次锕系元素和长寿命裂变产物，需要经过几万甚至几十万年其放射水平才能降到天然铀矿的水平，这就需要一种高效处理次锕系元素和长寿命裂变产物的方法。自二十世纪九十年代初以来，一些先进核能国家已经对加速器驱动的次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)开展了深入的研究，其安全性和嬗变核废料的能力已经获得广泛的国际认可。研究表明，在含有U的次临界系统的反应堆堆芯中，U通过中子俘获反应以及衰变过程会转换成次锕系元素等，进而影响系统的嬗变效率。因此，为了提高系统的嬗变效率，无铀的核燃料是核废料嬗变系统的理想核燃料，这种核燃料使用时需要相应的惰性基质作为支撑材料。

Ce与Pu有相似的化学形式和热稳定性，二氧化铈(CeO₂)能够很好的模拟氧化钚，且其中子俘获截面低，辐射条件下稳定，使得二氧化铈成为含Pu嬗变核燃料的惰性基质的最佳材料之一。然而二氧化铈微球材料的制备还需要进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种通过共聚合辅助内凝胶法制备二氧化铈微球的方法，由该方法制备得到的二氧化铈微球的强度大，而且在制备过程中不会发生缺损或者破碎，具有良好的性能，可以应用于核能领域中。

本发明的发明人在研究过程中发现，在制备获得二氧化铈陶瓷微球的过程中，常常面临着繁琐的洗涤工艺，在这个过程中会产生大量的无机废液和有机废液。为此，本发明的发明人创造性的发现了一种可以利用共聚合辅助内凝胶法制备二氧化铈陶瓷微球的方法，该方法在制备过程中加入聚合单体丙烯酸，对内凝胶法中产生的脲醛树脂进行改性，减缓了脲醛树脂在热处理过程中的分解速率。前驱体溶液在凝胶成球后，凝胶球只需依次用三氯乙烯和丙二醇甲醚洗涤微球即可，明显地减少了洗涤废液的产生。而且微球中没有被洗掉的有机物将通过两步热处理(先在Ar气中热处理，然后在空气气氛中热处理)去除。

具体而言，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种制备二氧化铈微球的方法，包括：将柠檬酸铈、六次甲基四胺、尿素、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸和过硫酸铵混合，以便得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液分散到硅油当中，以便得到凝胶球；将所述凝胶球进行焙烧处理，以便得到二氧化铈微球。

本发明通过将柠檬酸铈、六次甲基四胺、尿素以及N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸和过硫酸铵混合，一方面六次甲基四胺和尿素可以作为沉淀剂，可以使得柠檬酸铈均匀凝胶，另一方面当其分散到硅油中时，六次甲基四胺能快速水解生成氨和甲醛，甲醛和尿素发生缩合反应，生成脲醛树脂，使得凝胶球的粘合性更强，并起到支撑作用，避免了微球之间碰撞导致的球形度变差，再者丙烯酸在高温下可以发生自聚，通过与脲醛树脂发生交联来改性脲醛树脂在制备过程中加入聚合单体丙烯酸，对内凝胶法中产生的脲醛树脂进行改性，减缓了脲醛树脂在热处理过程中的分解速率。通过本发明的方法制备得到的二氧化铈微球强度大，粒径均一，具有良好的性能。而且该方法工艺简单，大量减少了洗涤废液的使用，降低了对于环境的破坏性。