专利名称：一种粒度可控制备纳米及亚微米CeO<sub>2</sub>的方法
技术领域：
:本发明涉及一种粒度可控制备纳米及亚微米CeO2的方法，属于稀土氧化物纳米粉体制备领域。
背景技术：
:纳米及亚微米CeO2是一种性能优异的功能材料，用途非常广，可用在电子陶瓷、耐辐射玻璃、玻璃抛光、发光材料、高温氧敏感材料、传感材料、固体氧化物燃料电池电极材料；纳米及亚微米CeO2具有优越的储放氧功能及高温快速氧空位扩散能力，用在氧化还原反应中和汽车尾气净化材料；纳米CeO2因其吸收和散射紫外线能力强，用在防晒护肤品、纤维、涂料、塑料、橡胶等领域。目前制备纳米及亚微米CeO2的方法有气相法、固相法和液相法，液相法中的溶胶一凝胶法、化学沉淀法、喷雾反应法、微乳法、水热法是制备纳米及亚微米CeO2的主要方法，其中化学沉淀法工艺设备简单，过程易控制，成本低，适合工业化生产。本发明用化学沉淀法制备纳米及亚微米CeO2能达到粒度可控。中国专利CN1215981C公开了以沉淀法制备纳米CeO2粉末的工艺路线，其制备过程分7步进行，(I)以硝酸铈、二氯化铈或二氧化铈为原料，配制成硝酸铈一乙醇溶液，其中硝酸铈浓度为0.2mol/L 0.4mol/L；(2)沉淀剂为氨水一乙醇溶液，其中氨水浓度为lmol/L 3mol/L ； (3)于25°C 40°C，将硝酸铺一乙醇溶液滴加到沉淀剂中，pH为9 12，形成凝胶；(4)凝胶在母液中陈化12 24小时；(5)过滤，用去离子水洗涤；(6)于80°C 120°C干燥5 10小时；(7)于400°C 550°C焙烧2 5小时，得到纳米Ce02。中国专利CN1607180A采用微乳均相沉淀法，以碳酸铈为原料，经硝酸溶液、过滤，在过滤后的溶液中加入缓释沉 淀剂，经乳均相沉淀，得到前驱体后再加入分散剂，利用超声波震荡，进行微乳超声波洗涤，过滤、烘干得到纳米稀土氧化物。中国专利CN1821314A—种抛光用超细氧化铈的制备方法，制备含有离子的盐溶液，然后在该溶液中加入表面活性剂，与一种碱性物质接触，控制反应悬浮物的PH值，生成沉淀物，用草酸转化，控制PH值，过滤、洗涤、干燥，在600°C 1000°C下灼烧，得到超细氧化铺。中国专利CN1215981C、中国专利CN1821314A和CN1607180A的制备方法中，工艺是沉淀、过滤、洗涤、干燥、灼烧，操作繁琐，成本高，制备的纳米氧化物易团聚，不易控制。而本发明的工艺制备方法是沉淀、过滤、灼烧，省去了洗涤和干燥过程，控制硝酸铈浓度，控制复合分散剂组合和加入量，经过沉淀、过滤、灼烧，制备出的纳米CeO2达到粒度可控
发明内容
:本发明的目的是针对现在制备纳米CeO2粒度不易控制的缺点，提供一种对设备要求低、工艺简单、操作简便、成本低的粒度可控制备纳米及亚微米CeO2的方法,使CeO2的粒度能达到 D50: < 50nm, D50:50nm IOOnm, D50:1OOnm 150nm, D50:150nm 200nm 四个档次的产品。本发明的一种粒度可控制备纳米及亚微米CeO2的方法，采用以下步骤实现:(1)在配制好的浓度为0.lmol/L 2.0 mol/L硝酸铺溶液中按最终制备出的CeO2的重量的0.1% 5%加入复合分散剂，形成A溶液；(2)将沉淀剂溶于水，配制成浓度为2mol/L 3mol/L的B溶液；(3)将A溶液加热至70°C 100°C，再将B溶液滴加入A溶液中进行化学反应，反应时间3分钟 180分钟，控制反应终点pH值为7 10 ;(4)步骤3形成沉淀物后再搅拌10分钟 60分钟；(5)将步骤4的沉淀物过滤出来，该沉淀物为前驱体C ；(6)将前驱体C在400°C 550°C下灼烧2小时 4小时，灼烧过程是以每小时100°C 2000°C的升温速度升温后，保持温度，得到纳米及亚微米CeO2产品。步骤(1)中所述的复合分散剂是两种以上的非离子表面活性剂的混合；所述的非离子表面活性剂为苯乙基苯酚聚氧乙烯醚、聚丙烯酰胺、聚乙二醇或聚乙烯醇；步骤(2)中所述的沉淀剂为碳酸氢铵、碳酸铵中的一种。本发明具有以下优点:本发明是利用化学沉淀法控制硝酸铈的浓度、控制复合分散剂组合和加入量，经过沉淀、过滤、灼烧，制备出的纳米及亚微米CeO2达到粒度可控。此方法的工艺省去了水洗和干燥，制备方法涉及的设备和步骤简单、成本低、能耗低、操作简便，粒度可控。
具体实施方式
:下面结合实施例对本发明做进一部详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1:用硝酸溶解碳酸铈或用水溶解硝酸铈，配制成0.55mol/L硝酸铈溶液，取IOL该浓度的硝酸铈溶液，加入聚丙烯酰胺1.18g、聚乙烯醇1.18g、聚乙二醇1.18g、苯乙基苯酚聚氧乙烯醚1.18g成A溶液，取7.68L2.5mol/L的NH4HCO3溶液成B溶液，把A溶液加热至70°C 100°C，然后将B溶液滴加到A溶液，生成白色沉淀，控制pH值7 10，再搅拌该沉淀10分钟，将沉淀物过滤出来，然后在400°C下灼烧4小时，升温速度100°C /小时，产品为纳米CeO2，其激光粒度仪测试粒度D5tl为9 nm。实施例2:用硝酸溶解碳酸铈或用水溶解硝酸铈，配制成0.85mol/L硝酸铈溶液，取8L该浓度的硝酸铈溶液，加入苯乙基苯酚聚氧乙烯醚3.90g、聚丙烯酰胺3.90g、聚乙二醇3.90g成A溶液，取9.49L2.5mol/L的NH4HCO3溶液成B溶液，把A溶液加热至70 V IOO0C，然后将B溶液滴加到A溶液，生成白色沉淀，控制pH值7 10，再搅拌该沉淀10分钟，将沉淀物过滤，然后在450°C下灼烧4小时，升温速度500°C /小时，产品为纳米CeO2,其激光粒度仪测试粒度D5tl为89 nm。实施例3:用硝酸溶解碳酸铈或用水溶解硝酸铈，配制成1.05mol/L硝酸铈溶液，取6L该浓度的硝酸铈溶液，加入聚乙烯醇8.13g、聚丙烯酰胺8.13g成A溶液，取
8.79L2.5mol/L的NH4HCO3溶液成B溶液，把A溶液加热至70 V 100°C，然后将B溶液滴加到A溶液，生成白色沉淀，控制pH值7 10，再搅拌该沉淀10分钟，将沉淀物过滤，然后在550°C下灼烧2小时，升温速度2000°C /小时，产品为纳米CeO2,其激光粒度仪测试粒度D50 为 102nm。实施例4:用硝酸溶解碳酸铈或用水溶解硝酸铈，配制成1.55mol/L硝酸铈溶液，取4L该浓度的硝酸铈溶液，加入聚乙二醇10.66g、聚乙烯醇10.66g成A溶液，取
8.66L2.5mol/L的NH4HCO3溶液成B溶液，把A溶液加热至70 V 100°C，然后将B溶液滴加到A溶液，生成白色沉淀，控制pH值7 10，再搅拌该沉淀10分钟，将沉淀物过滤，然后在550°C下灼烧4小时，升温速度1000°C /小时，产品为纳米CeO2，其激光粒度仪测试粒度D50 为 179nm。实施例5:用硝酸溶解碳酸铈或用水溶解硝酸铈，配制成0.lmol/L硝酸铈溶液，取50L该浓度的硝酸铈溶液，加入聚丙烯酰胺0.29g、聚乙烯醇0.29g、聚乙二醇0.29成A溶液，取6.98L2.5mol/L的(NH4)2CO3溶液成B溶液，把A溶液加热至70 V 100°C，然后将B溶液滴加到A溶液，生成白色沉淀，控制pH值7 10，再搅拌该沉淀10分钟，将沉淀物过滤出来，然后在400°C下灼烧4小时，升温速度100°C /小时，产品为纳米CeO2，其激光粒度仪测试粒度D5tl为21nm。实施例6:用硝酸溶解碳酸铈或用水溶解硝酸铈，配制成1.0mol/L硝酸铈溶液，取
5.8L该浓度的硝酸铈 溶液，加入苯乙基苯酚聚氧乙烯醚9.98g、聚乙二醇9.98g、聚乙烯醇
9.98g成A溶液，取8.1L2.5mol/L的(NH4)2CO3溶液成B溶液，把A溶液加热至70°C 100°C，然后将B溶液滴加到A溶液，生成白色沉淀，控制pH值7 10，再搅拌该沉淀10分钟，将沉淀物过滤出来，然后在400°C下灼烧4小时，升温速度500°C /小时，产品为纳米CeO2，其激光粒度仪测试粒度D5tl为79 nm。实施例7:用硝酸溶解碳酸铈或用水溶解硝酸铈，配制成1.35mol/L硝酸铈溶液，取4.3L该浓度的硝酸铈溶液，加入聚乙二醇19.97g、苯乙基苯酚聚氧乙烯醚19.97g成A溶液，取8.1L2.5mol/L的(NH4) 2C03溶液成B溶液，把A溶液加热至70°C 100°C，然后将B溶液滴加到A溶液，生成白色沉淀，控制pH值7 10，再搅拌该沉淀10分钟，将沉淀物过滤出来，然后在550°C下灼烧4小时，升温速度1000°C /小时，产品为纳米CeO2,其激光粒度仪测试粒度D5tl为136 nm。实施例8:用硝酸溶解碳酸铈或用水溶解硝酸铈，配制成2.0mol/L硝酸铈溶液，取2.8L该浓度的硝酸铈溶液，加入聚丙烯酰胺24.lg、聚乙二醇24.1g成A溶液，取
7.8L2.5mol/L的(NH4) 2C03溶液成B溶液，把A溶液加热至70°C 100°C，然后将B溶液滴加到A溶液，生成白色沉淀，控制pH值7 10，再搅拌该沉淀10分钟，将沉淀物过滤出来，然后在550°C下灼烧4小时，升温速度2000°C /小时，产品为纳米CeO2,其激光粒度仪测试粒度D50为167 nm。
权利要求
1.一种粒度可控制备纳米及亚微米CeO2的方法，其特征是:制备步骤如下: (1)在配制好的浓度为0.lmol/L 2.0 mol/L硝酸铺溶液中按最终制备出的CeO2的重量的0.1% 5%加入复合分散剂，形成A溶液； (2)将沉淀剂溶于水，配制成浓度为2mol/L 3mol/L的B溶液； (3)将A溶液加热至70°C 100°C，再将B溶液滴加入A溶液中进行化学反应，反应时间3分钟 180分钟，控制反应终点pH值为7 10 ; (4)步骤3形成沉淀物后再搅拌10分钟 60分钟； (5)将步骤4的沉淀物过滤出来，该沉淀物为前驱体C； (6)将前驱体C在400V 550V下灼烧2小时 4小时，灼烧过程是以每小时100°C 2000°C的升温速度升温后，保持温度，得到纳米及亚微米CeO2产品。
2.根据权利要求1所述的粒度可控制备纳米及亚微米CeO2的方法，其特征是:步骤(I)中所述的复合分散剂是两种以上的非离子表面活性剂的混合。
3.根据权利要求2所述的粒度可控制备纳米及亚微米CeO2的方法，其特征是:所述的非离子表面活性剂为苯乙基苯酚聚氧乙烯醚、聚丙烯酰胺、聚乙二醇或聚乙烯醇。
4.根据权利要求1所述的粒度可控制备纳米及亚微米CeO2的方法，其特征是:步骤(2)中所述的沉淀剂为碳酸氢铵 、碳酸铵中的一种。
全文摘要
本发明涉及一种粒度可控制备纳米及亚微米CeO2的方法，其特征是以硝酸铈为溶液，在该溶液中加入高分子表面复合分散剂，将该溶液加热到70℃～100℃，在该溶液中边搅拌边加入沉淀剂溶液，对沉淀物过滤，然后在400℃～550℃灼烧，可得到不同粒度的CeO2。其优点是利用化学沉淀法控制硝酸铈的浓度、控制复合分散剂组合和加入量，经过沉淀、过滤、灼烧，制备出的纳米及亚微米CeO2达到粒度可控。此方法省去了水洗和干燥，制备方法涉及的设备和步骤简单、成本低、能耗低、操作简便，粒度可控。
文档编号B82Y30/00GK103145168SQ201310063928
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者刘铃声, 许延辉, 曹鸿璋, 贾涛, 崔建国, 于晓丽, 申孟林 申请人:瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心有限公司