一种均匀分散的梭形碳酸铈粒子的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种均匀分散的梭形碳酸铈粒子的制备方法，所述方法为在模拟生物矿化环境的液相沉淀体系中，利用非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚作为模板剂，可溶性铈盐作为原料，加入含碳酸根的沉淀剂，经过陈化、过滤、烘干，制备出均匀分散的梭形状碳酸铈粒子，该梭形面长轴为5～8μm，短轴为1.5～3.5μm，厚度为2～5μm。本发明利用烷基酚类聚氧乙烯醚的乙氧基长链，通过晶格匹配和立体化学结构互补具有空间定位和空间约束的作用，控制成核过程和晶体生长，使得碳酸铈晶体的大小、形貌、结构都得到控制和调节。本发明原料价格低廉，方法及设备简单、操作方便，易实现工业化生产。
【专利说明】一种均匀分散的梭形碳酸铈粒子的制备方法
[0001]
【技术领域】[0002]本发明属于粉体材料的制备领域，涉及一种利用非离子表面活性剂模板调控合成梭形碳酸铈粒子的方法。具体的说，在模拟生物矿化环境的液相沉淀体系中，利用非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚作为模板剂，可溶性铈盐作为原料，加入含碳酸根的沉淀剂，经过陈化、过滤、烘干，制备出均匀分散的梭形状碳酸铈粒子，该梭形面长轴为5~SMffl，短轴为1.5~3.5Mm,厚度为2~5Mm。
【背景技术】
[0003]包头稀土资源丰富，而且包头稀土资源的特点是以轻稀土占主导地位，其中铈含量占50%，因此开发铈资源优势尤为重要。
[0004]氧化铈独特的储放氧功能及高温快速氧空位扩散能力，被广泛应用于电子陶瓷、玻璃抛光、发光材料、汽车尾气处理、催化等领域，在现代高新【技术领域】有巨大的发展潜力。
[0005]合成形态、大小及结构受到人为调控的无机材料是现代材料科学的一个重要研究方向。
[0006]将生物矿化的方法引入到材料合成中，在各类有机添加剂及模板的调控下有望实现对无机物形貌与结构的有效调节，制备具有独特显微结构特点和性能的材料。由于焙烧后，晶体形貌具有遗传性，将前驱体的形貌控制好，产物氧化铈的形貌就得以控制。
[0007]目前，各种形貌和性能的氧化铈材料均有研究报道，如氧化铈孔径材料、自组装材料、功能材料、纳米管、纳米棒等。虽然制备氧化铈的方法很多，但目前还没有适合大规模工业生产的方法。
[0008]形貌受控的氧化铈的研究大都采用水热法，而利用非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚作为模板剂，合成梭形碳酸铈还未见报道。
【发明内容】
[0009]本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种均匀分散的梭形碳酸铈粒子的制备方法，它利用非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚乙氧基长链吸附在碳酸铈晶体表面，通过晶格匹配和立体化学结构互补具有空间定位和空间约束的作用，控制碳酸铈成核过程和晶体生长等，使得前驱体碳酸铈晶体的大小、形貌、结构都得到控制和调节，得到颗粒尺寸均匀、形貌规则的梭形状碳酸铈粒子。
[0010]为解决上述问题，本发明采用如下技术方案:
本发明提供了一种均匀分散的梭形碳酸铈粒子的制备方法，所述方法为在模拟生物矿化环境的液相沉淀体系中，利用非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚作为模板剂，可溶性铈盐作为原料，加入含碳酸根的沉淀剂，经过陈化、过滤、烘干，制备出均匀分散的梭形状碳酸铺粒子，该梭形面长轴为5~8Mm,短轴为1.5~3.5Mm,厚度为2~5Mm。[0011]具体地，所述方法包括如下步骤:
(1)配制浓度为1.55mol/L的铈盐溶液，调pH值为5~12，取该溶液1.5~16.5ml于烧杯中，加水至133ml ;称取非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚液体，加水100ml溶解；将非离子表面活性剂溶液搅拌加入铈盐溶液至均匀，得混合液，使得[Ce3+]为0.01~
0.llmol/L，剂烷基酚类聚氧乙烯醚浓度为0.3~1.2g/L ；
(2)称取沉淀剂，使得沉淀剂与氧化铈的质量比比值为I~2，加水溶解，使沉淀剂的浓度为0.01~0.10mol/L,搅拌混合均匀；
(3)将步骤(2)制备的沉淀剂溶液加入步骤(1)制备的混合液中，加料时间为0.1~2h,沉淀剂溶液加完后继续搅拌0.5h，陈化0.1~48h，过滤，洗涤，烘干后，得到梭形碳酸铈颗粒。
[0012]本发明中，所述铈盐为可溶于水的铈盐，所述可溶于水的铈盐为硝酸铈、氯化铈、醋酸铺或硫酸铺。
[0013]本发明中，所述的沉淀剂为含碳酸根的可溶性碳酸盐；所述含碳酸根的可溶性碳酸盐为碳酸铵、碳酸氢铵或碳酸钠。
[0014]本发明中，所述的非离子表面活性剂为烷基酚类聚氧乙烯醚，所述烷基酚类聚氧乙烯醚包括壬基酚聚氧乙烯醚(ΝΡΕ0)、辛基酚聚氧乙烯醚(0ΡΕ0)、十二烷基聚氧乙烯醚(DPEO)或二壬基酚聚 氧乙烯醚(DNPEO)。
[0015]本发明中，过滤后的滤饼用去离子水水洗3次，醇洗2次，60°C烘干2h，得到均匀分散的梭形碳酸铈粒子。
[0016]本发明选用非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚作为模板剂，模拟生物矿化环境的液相沉淀体系，制备出均匀分散的梭形状碳酸铈颗粒，该梭形面长轴为5~SMffl，短轴为1.5~3.5Mm,厚度为2~5Mm。
[0017]本发明的优点:
本发明模拟生物矿化环境的液相沉淀体系制备梭形碳酸铈粒子，整个反应过程在室温下进行，反应条件温和，方法简单，易于控制。
[0018]本发明首次用非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚作为模板剂调控碳酸铈的形貌，方法简单、易于控制，制备出梭形碳酸铈颗粒。该非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚乙氧基长链吸附在碳酸铈晶体表面，通过晶格匹配和立体化学结构互补具有空间定位和空间约束的作用，控制成核过程和晶体生长等，使得碳酸铈晶体的大小、形貌、结构都得到控制和调节。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1 [Ce3+]为 0.05mol/L, [ΝΡΕ0]为 Og/L 合成的碳酸铈的 SEM 图片。
[0020]图2 [Ce3+]为 0.05mol/L, [ΝΡΕ0]为 0.6g/L 合成的碳酸铈的 SEM 图片。
[0021]图3 [Ce3+]为 0.05mol/L, [0ΡΕ0]为 0.9g/L 合成的碳酸铈的 SEM 图片。
[0022]图4 [Ce3+]为 0.05mol/L, [DPE0]为 1.2g/L 合成的碳酸铈的 SEM 图片。
[0023]图5 [Ce3+]为 0.05mol/L, [DNPE0]为 1.5g/L 合成的碳酸铈的 SEM 图片。
[0024]图6[Ce3+]为 0.llmol/L, [ΝΡΕ0]为 0.6g/L，pH 为 5 合成的碳酸铈的 SEM 图片。
[0025]图7[Ce3+]为 0.llmol/L, [ΝΡΕ0]为 0.6g/L，pH 为 7 合成的碳酸铈的 SEM 图片。[0026]图8[Ce3+]为 0.llmol/L, [ΝΡΕ0]为 0.6g/L，pH 为 9 合成的碳酸铈的 SEM 图片。
[0027]图9[Ce3+]为 0.llmol/L, [ΝΡΕ0]为 0.6g/L，pH 为 11 合成的碳酸铈的 SEM 图片。
【具体实施方式】
[0028]本发明【具体实施方式】中所用的(NH4)2C03、NH4HCO3为天津试剂三厂，烷基酚类聚氧乙烯醚为天津市华东试剂厂，乙醇为分析纯产品。
[0029]实施例1
未添加烷基酚类聚氧乙烯醚合成碳酸铈粒子，作为对比实验:
Cl)配制浓度为1.55mol/L的硝酸铈溶液，调pH值为5，取该溶液7.5ml于1000ml烧杯中，加水至233ml，使得[Ce3+]为0.05mol/L ；
(2)称取沉淀剂碳酸铵3g，加水625mL溶解，搅拌混合均匀；
(3)用蠕动泵将沉淀剂溶液加入到铈盐溶液中，加料时间为lh，加料完成后继续搅拌
0.5h，陈化4h，抽滤，烘干，得到无规则片状的碳酸铈颗粒，如图1所示。
[0030]实施例2
Cl)配制浓度为1.55mol/L的硝酸铈溶液，调pH值为5，取该溶液7.5ml于1000ml烧杯中，加水至133ml ;称取非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚液体，加水100ml溶解；将非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚溶液搅拌加入铈盐溶液至均匀，使得[Ce3+]为0.05mol/L, [ΝΡΕ0]为 0.6g/L ；
(2)称取沉淀剂碳酸铵`3g，加水625mL溶解，搅拌混合均匀；
(3)用蠕动泵将沉淀剂溶液加入到硝酸铈和非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚的混合溶液中，加料时间为lh，加料完成后继续搅拌0.5h，陈化4h，抽滤，烘干，得到梭形碳酸铺颗粒，如图2所示。
[0031]实施例3
Cl)配制浓度为1.55mol/L的硝酸铈溶液，调pH值为5，取该溶液7.5ml于1000ml烧杯中，加水至133ml ;称取非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚液体，加水100ml溶解；将非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚溶液搅拌加入铈盐溶液至均匀，使得[Ce3+]为0.05mol/L, [0ΡΕ0]为 0.9g/L，或者[DPE0]为 1.2g/L，或者[DNPE0]为 1.5g/L ；
(2)称取沉淀剂碳酸铵3g，加水625mL溶解，搅拌混合均匀；
(3)用蠕动泵将沉淀剂溶液加入到硝酸铈和非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚的混合溶液中，加料时间为lh，加料完成后继续搅拌0.5h，陈化4h，抽滤，烘干，得到梭形碳酸铈颗粒，如图3、图4和图5所示。
[0032]实施例4
Cl)配制浓度为1.55mol/L的硝酸铈溶液，调pH值为5~12，取该溶液16.5ml于1000ml烧杯中，加水至133ml ;称取非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚液体，加水100ml溶解；将非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚溶液搅拌加入铈盐溶液至均匀，使得[Ce3+]为 0.llmol/L, [ΝΡΕ0]为 0.6g/L ；
(2)称取沉淀剂碳酸铵3g，加水625mL溶解，搅拌混合均匀；
(3)用蠕动泵将沉淀剂溶液加入到硝酸铈和阳离子聚电解质的混合溶液中，加料时间为lh，加料完成后继续搅拌0.5h，陈化4h，抽滤，烘干，得到梭形碳酸铈颗粒，如图6、图7、图8和图9所示。
[0033]最后应说明的是:显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化 或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种均匀分散的梭形碳酸铈粒子的制备方法，其特征在于:所述方法为在模拟生物矿化环境的液相沉淀体系中，利用非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚作为模板剂，可溶性铈盐作为原料，加入含碳酸根的沉淀剂，经过陈化、过滤、烘干，制备出均匀分散的梭形状碳酸铺粒子，该梭形面长轴为5~8Mm,短轴为1.5~3.5Mm,厚度为2~5Mm。
2.如权利要求1所述的均匀分散的梭形碳酸铈粒子的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: Cl)配制浓度为1.55mol/L的铈盐溶液，调pH值为5~12，取该溶液1.5~16.5ml于烧杯中，加水至133ml ;称取非离子表面活性剂烷基酚类聚氧乙烯醚液体，加水100ml溶解；将非离子表面活性剂溶液搅拌加入铈盐溶液至均匀，得混合液，使得[Ce3+]为0.01~0.llmol/L，剂烷基酚类聚氧乙烯醚浓度为0.3~1.2g/L ； (2)称取沉淀剂，使得沉淀剂与氧化铈的质量比比值为I~2，加水溶解，使沉淀剂的浓度为0.01~0.10mol/L,搅拌混合均匀； (3)将步骤(2)制备的沉淀剂溶液加入步骤(1)制备的混合液中，加料时间为0.1~2h,沉淀剂溶液加完后继续搅拌0.5h，陈化0.1~48h，过滤，洗涤，烘干后，得到梭形碳酸铈颗粒。
3.如权利要求2所述的均匀分散的梭形碳酸铈粒子的制备方法，其特征在于，所述铈盐为可溶于水的铈盐，所述可溶于水的铈盐为硝酸铈、氯化铈、醋酸铈或硫酸铈。
4.如权利要 求3所述的均匀分散的梭形碳酸铈粒子的制备方法，其特征在于:所述的沉淀剂为含碳酸根的可溶性碳酸盐；所述含碳酸根的可溶性碳酸盐为碳酸铵、碳酸氢铵或碳酸钠。
5.如权利要求4所述的均匀分散的梭形碳酸铈粒子的制备方法，其特征在于:所述的非离子表面活性剂为烷基酚类聚氧乙烯醚，所述烷基酚类聚氧乙烯醚包括壬基酚聚氧乙烯醚(NPE0)、辛基酚聚氧乙烯醚(0ΡΕ0)、十二烷基聚氧乙烯醚(DPEO)或二壬基酚聚氧乙烯醚(DNPEO)0
6.如权利要求5所述的均匀分散的梭形碳酸铈粒子的制备方法，其特征在于:过滤后的滤饼用去离子水水洗3次，醇洗2次，60°C烘干2h，得到均匀分散的梭形碳酸铈粒子。
【文档编号】C01F17/00GK103641146SQ201310640020
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】胡艳宏, 李梅, 柳召刚, 王觅堂, 孙宁宁, 刘翠翠 申请人:内蒙古科技大学