[发明专利]柠檬酸铈凝胶转化制备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。所述方法包括：将柠檬酸铈、六次甲基四胺、尿素混合，以便得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液分散到硅油中，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柠檬酸铈微球强度大，在洗涤过程中不会发生缺损或破碎，溶剂热处理凝胶球保证了凝胶球在焙烧后不发生破碎。

技术领域

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，尤其涉及一种通过柠檬酸铈凝胶转化制备CeO₂陶瓷微球的内凝胶方法。

背景技术

随着核能的发展，乏燃料的累积量将逐渐增多，其中含有大量的U、Pu、次锕系元素和长寿命放射性元素，迫切需要一种合理处置乏燃料的方法。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，需经过衰变几万甚至几十万年，其放射性水平才能降到天然铀矿的水平。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-criticalSystem, 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。

铈(Ce)与Pu有相似的化学性质和热稳定性，二氧化铈(CeO₂)能够很好的模拟氧化钚，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柠檬酸铈凝胶转化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，而且在处理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：

利用溶胶凝胶法制备CeO₂陶瓷微球的相关研究多是通过氢氧化铈凝胶来制备的，通过氢氧化铈凝胶转化制备CeO₂陶瓷微球工艺路线中的洗涤工艺繁琐，需要经过氨水、去离子水和丙二醇甲醚分别洗涤，且在氨水和去离子水洗涤过程中还要有电导率的要求，此过程产生了大量的废液。从而使得整个制备工艺繁琐，而且对环境的破坏性大。

为此，本发明的发明人创造性的发现了一种可以利用柠檬酸铈凝胶转化制备CeO₂陶瓷微球的内凝胶方法。采用本发明的方法所制备得到的凝胶球(即柠檬酸铈微球)的强度大，而且粒径均一，且微球的洗涤过程中没有发生缺损或破碎，而且整个制备工艺仅需要用少量三氯乙烯和丙二醇甲醚洗涤微球，大量的减少了洗涤废液，从而缩短了制备的时间。在此基础上将凝胶球进行焙烧处理，即可以获得二氧化铈微球，应用于核能或者其他领域。

为此，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、尿素混合，以便得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液分散到硅油中，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、六次甲基四胺和尿素混合，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，另一方面将前驱体溶液分散到硅油中，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。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。

根据本发明的实施例，以上制备二氧化铈微球的方法，可以进一步附加如下技术特征：