[发明专利]一种纳米二氧化铈水相分散体的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种纳米二氧化铈水相分散体的制备方法及应用，所述纳米二氧化铈颗粒表面包覆表面活性剂层，包覆表面活性剂层的纳米二氧化铈颗粒均匀分散于水溶液中形成透明分散体。催化剂透明分散体固含量为1wt％‑50wt％；二氧化铈晶体粒径小，一维尺寸为1‑10nm；具有单分散性，粒度分布均匀，分散性好；该产品透过率高，纯度高，稳定性高，静置≥6个月仍透明无沉降；该方法制得的纳米二氧化铈分散体可用于高效、快速降解农药，且最快可在半个小时内完成残留农药的降解。

技术领域

本发明涉及纳米催化剂技术领域；更具体地，涉及一种纳米二氧化铈水相分散体的制备方法及应用。

背景技术

二氧化铈(CeO₂)是一种廉价、用途极广的轻稀土氧化物，由于其优异的光学性能、抗氧化性、储氧能力而广泛应用于光催化领域。但由于二氧化铈的带隙较宽(Eg＝3.2eV)，光生电子与空穴的复合率高，导致其主要被紫外光所激发，无法充分利用可见光，从而限制了二氧化铈光催化剂在实际中的应用，因此，为了提高纳米CeO₂的催化活性，很多研究者采用不同的方法改进二氧化铈光催化剂性能，如离子掺杂、贵金属沉积、半导体复合以及表面光敏化等。

我国农药的使用量大，造成了严重的环境污染问题，对于已存在于环境中的有毒害农药，其半衰期较长，结构稳定，难以被微生物降解利用，仍能够持久残留在土壤环境中。它们还具有较强的亲脂性，能够沿食物链传递，通过生物放大作用对高营养级的生物产生较大危害，农药的处理问题一直是全世界的研究热点。目前，光催化技术具有成本低，效率高，环保等优势常用于农药的降解。纳米二氧化铈和掺杂纳米二氧化铈作为光催化剂具有很广阔的应用前景，其光催化性能主要取决于粒径大小、分散程度和表面活性位点等，本发明首次将纳米二氧化铈和掺杂纳米二氧化铈应用于农药降解。

催化反应的核心是催化剂，均相催化剂活性中心高度分散且均一，表现出比多相催化剂更高的选择性和活性，但均相催化剂与反应体系处于同一相中，反应结束后难以从反应体系中分离，对产品质量以及反应工艺造成严重影响，在工业催化实际应用过程中难以大面积推广。由活性基团改性的纳米颗粒因其在液相介质中的良好分散性，可设计作为“拟均相”多相催化剂，使催化剂在反应体系中兼具均相催化剂有效催化和多相催化剂简捷分离的特点。

现有技术公开的二氧化铈纳米颗粒制备，例如：中国专利CN102557105公开一种二氧化铈纳米颗粒制备方法，该方法是将铈盐、硝酸盐、分散剂直接水热后洗涤干燥得到二氧化铈粉体。该方法的存在的缺陷是：需要多加一步水热过程才能制备得结晶性良好的二氧化铈纳米晶，不利于工业化生产；颗粒粒径较大，在50～600nm之间；颗粒在分散体中固含量不高，给出的实施例分散液中二氧化铈固含量均小于5wt％；分散液呈半透明状，虽可长时间保持低沉降率，但仍然不能完全稳定分散。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种纳米二氧化铈水相分散体的制备方法。该方法制得的水溶性单分散纳米二氧化铈催化剂，极易分散在水溶剂中，含量为1wt％-20wt％；二氧化铈晶体粒径小，一维颗粒尺寸1-10nm；具有单分散性，粒度分布均匀，分散性好；该产品透过率高，纯度高，稳定性高，静置≥6个月仍透明无沉降。

为解决上述技术问题，发明采用如下的技术方案：

一种纳米二氧化铈水相分散体的制备方法，包括如下步骤：

S1、将铈盐前驱体溶于有机溶剂中，得到料液A；

S2、将有机溶剂与碱溶液混合，得到料液B；

S3、将表面活性剂溶于有机溶剂中，得到料液C

S4、开启超重力反应器；

S5、将料液A和料液B同时泵导入到超重力反应器混合，得到反应液；

S6、将反应液转移至第二反应器中与氧化剂进行氧化反应，直至反应液变为黄色；