一种氧化铈水凝胶微球、其制备方法及其应用与流程

本发明涉及稀土元素加工新材料，尤其涉及一种氧化铈水凝胶微球、其制备方法及其应用。

背景技术：

1、光催化是一种绿色技术，具有实施方便、能耗低、反应条件温和以及无二次污染等优点。近年来，光催化氧化技术作为一种新技术被用于废水处理，相比于传统的水处理工艺，对于印染废水中的难降解有机物、水体中微生物污染等固废，光催化技术具有显著优势，因此光催化氧化技术成为一种极具应用前景的新型水处理技术。

2、ceo2因具有独特的物理和化学性质，极适用于光催化剂领域。例如大量的氧空位、高储氧能力、高氧离子传导性、ce3+和ce4+之间的快速氧化还原能力以及强烈的金属载体相互作用效应等使其具备优异的降解能力。因此，ceo2在光氧化还原反应，特别是光降解有机污染物、光催化选择性氧化和光催化分解水制氢中肩负着重要作用。现有研究多致力于增大比表面积来提高催化效率，但由于纳米二氧化铈颗粒在制备过程易发生团聚问题，导致其催化效率较低。因此，如何制备出分布均匀的纳米氧化铈材料，已成为现如今急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题在于提供一种氧化铈水凝胶微球，本申请提供的氧化铈水凝胶微球具有纳米氧化铈的均匀分布的特点，避免了纳米氧化铈的团聚；本申请还提供了氧化铈水凝胶微球的制备方法，该制备方法可以实现纳米氧化铈的均匀分布，避免纳米氧化铈的团聚。

2、有鉴于此，本申请提供了一种氧化铈水凝胶微球，由高分子聚合物聚乙烯吡咯烷酮形成的多孔、三维网络水凝胶微球和纳米氧化铈组成，所述纳米氧化铈分布于所述水凝胶微球的孔隙和或表面。

3、优选的，所述氧化铈水凝胶微球的半径为20～60nm，比表面积为100～140m2/g。

4、本申请还提供了一种氧化铈水凝胶微球的制备方法，包括以下步骤：

5、将聚乙烯吡咯烷酮、铈盐和水混合，得到混合溶液；所述混合溶液中聚乙烯吡咯烷酮的浓度为1～5g/l；

6、将所述混合溶液进行高能射线辐照，得到氧化铈水凝胶微球。

7、优选的，所述高能射线辐照之后还包括：

8、将高能射线辐照得到的微球过滤后冷冻干燥。

9、优选的，所述铈盐的浓度为5～30mmol/l。

10、优选的，所述铈盐选自硝酸铈和醋酸铈中的一种或两种。

11、优选的，所述高能射线为电子束。

12、优选的，所述辐照的电子束能量为1～10mev，剂量为30～50kgy。

13、优选的，所述过滤采用10～120nm孔径的过滤器过滤。

14、本申请还提供了所述的氧化铈水凝胶微球或所述的制备方法所制备的氧化铈水凝胶微球作为光催化氧化技术的催化剂的应用。

15、本申请提供了一种氧化铈水凝胶微球，其由高分子聚合物聚乙烯吡咯烷酮形成的多孔、三维网状水凝胶微球和纳米氧化铈组成，其中，纳米氧化铈均匀分布于所述水凝胶微球的孔隙和或表面，不发生团聚。

16、本申请提供了一种氧化铈水凝胶微球的制备方法，其是将聚乙烯吡咯烷酮、铈盐和水混合，得到混合溶液，再将混合溶液进行高能射线辐照，即得到了氧化铈水凝胶微球；在制备氧化铈水凝胶微球的过程中，混合溶液中的铈盐在高能射线辐照条件下被水辐解产生的羟基自由基攻击，形成纳米氧化铈，同时高分子聚合物在临界浓度以下(1～5g/l)通过高能射线辐照，在高分子链上形成多个初始链自由基，由于聚合物浓度在其临界浓度以下，分子链间距离较远，从而形成分子内交联结构，即多孔微凝胶；在聚合物分子内交联的过程中，通过分子链的相互缠结及水凝胶微球的吸附作用，将同步合成的纳米氧化铈包裹于水凝胶微球的三维网络中和或吸附于水凝胶微球表面，形成高负载纳米氧化铈的微凝胶；同时溶液中的高分子聚合物也作为体系内的表面活性剂，稳定反应中生成的纳米氧化铈，使其均匀分散，避免了纳米氧化铈的团聚，使其均匀分布于水凝胶微球的孔隙和或表面。

17、因此，本申请提供的制备方法由于聚乙烯吡咯烷酮的分子内交联作用，形成了纳米级多孔结构，且氧化铈分散效果更好，无团聚及沉淀现象，同时通过物理吸附作用，增大了氧化铈的负载率，提高了氧化铈的催化效率；本申请制备的氧化铈水凝胶微球，无需加入添加剂以及后处理助剂，生物安全性高，制备工艺简单，成本低，可实现规模化生产。

技术特征：

1.一种氧化铈水凝胶微球，由高分子聚合物聚乙烯吡咯烷酮形成的多孔、三维网络水凝胶微球和纳米氧化铈组成，所述纳米氧化铈分布于所述水凝胶微球的孔隙和或表面。

2.根据权利要求1所述的氧化铈水凝胶微球，其特征在于，所述氧化铈水凝胶微球的半径为20～60nm，比表面积为100～140m2/g。

3.一种氧化铈水凝胶微球的制备方法，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高能射线辐照之后还包括：

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述铈盐的浓度为5～30mmol/l。

6.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述铈盐选自硝酸铈和醋酸铈中的一种或两种。

7.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述高能射线为电子束。

8.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述辐照的电子束能量为1～10mev，剂量为30～50kgy。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述过滤采用10～120nm孔径的过滤器过滤。

10.权利要求1～2任一项所述的氧化铈水凝胶微球或权利要求3～9任一项所述的制备方法所制备的氧化铈水凝胶微球作为光催化氧化技术的催化剂的应用。

技术总结
本发明提供了一种氧化铈水凝胶微球，由高分子聚合物聚乙烯吡咯烷酮形成的多孔、三维网络水凝胶微球和纳米氧化铈组成，所述纳米氧化铈分布于所述水凝胶微球的孔隙和或表面。本申请还提供了一种氧化铈水凝胶微球的制备方法和应用。本申请提供的氧化铈水凝胶微球是以聚乙烯吡咯烷酮作为微球主体支架、内部和或表面负载纳米氧化铈所形成的三维网状结构。本发明提供的氧化铈水凝胶微球中的纳米氧化铈分布均匀，无团聚，催化效率高，应用前景广阔。

技术研发人员：何婉莹,苗冲,于春暖,赵鹤桐,楚明华,杜婧,祝丽丹,徐鹏飞,郭书茵
受保护的技术使用者：长春吉原生物科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12