本發(fā)明涉及一種高性能鈰鋯固溶體的制備方法，具體而言是利用超聲等技術(shù)制備的一種高比表面積鈰鋯固溶體。
背景技術(shù)：
近些年來，隨著汽車保有量的增加，汽車尾氣成為環(huán)境污染的一大元兇。為了凈化汽車尾氣，減少有害氣體的排放，有必要使用一種有效的方法來除去汽車尾氣中的有害氣體。目前，最有效的凈化汽車尾氣的方法就是通過三效催化劑催化轉(zhuǎn)化HC、CO和NOx三種有毒氣體，減少汽車尾氣中有毒氣體的含量。
研究發(fā)現(xiàn)，二氧化鈰(CeO2)具有優(yōu)異的儲放氧的能力，可以促進活性組分的分散，提高載體的熱穩(wěn)定性，防止催化劑中毒等。但是CeO2經(jīng)高溫老化后會發(fā)生嚴(yán)重?zé)Y(jié)，比表面積急劇下降，導(dǎo)致儲氧/釋氧性能和催化性能明顯降低。在CeO2中引入Zr4+可以改善CeO2的熱穩(wěn)定性，形成的鈰鋯固溶體具有更高的儲氧能力和更強的熱穩(wěn)定性，更適合在三效催化劑中使用，因此鈰鋯固溶體在汽車尾氣凈化催化劑中得到了廣泛的應(yīng)用。
目前制備鈰鋯固溶體的方法有很多，主要有共沉淀法、凝膠-溶膠法、氧化物高能球磨法以及表面活性劑模板法等。從目前的研究來看，共沉淀法工藝簡單，條件容易控制，所得固溶體粒度均勻，且成本低廉，便于工業(yè)化生產(chǎn)，是制備鈰鋯固溶體最常用的方法。中國專利CN104492415A中先采用有機絡(luò)合劑與稀土離子、鋯離子進行絡(luò)合配位，再共沉淀獲得鈰鋯前驅(qū)體，通過醇類溶劑對前驅(qū)體進行表面處理，最后經(jīng)過烘干焙燒獲得鈰鋯固溶體。在中國專利CN102247826A中公開了一種鈰鋯復(fù)合氧化物的制備方法，在鈰鋯復(fù)合氧化物中摻雜稀土元素Pr、Nd和La等制得沉淀前驅(qū)體，經(jīng)過各種復(fù)雜的干燥方法如超臨界干燥法、噴霧干燥法等得到沉淀物，高溫焙燒后獲得鈰鋯固溶體。在專利CN102580718A中，則利用了高速的剪切攪拌促進共沉淀過程的均勻混合。先將無機的鈰鹽和鋯鹽以及金屬硝酸鹽溶于去離子水先配成無機鹽水溶液，再加入堿液和表面活性劑，采用勻質(zhì)乳化機進行高速剪切攪拌，慢慢進行中和沉淀，最后洗滌、離心、烘干、焙燒獲得鈰鋯復(fù)合氧化物。上述方法要么制備工藝復(fù)雜，要么制得的鈰鋯固溶體高溫焙燒后比表面積較低，均不利于工業(yè)生產(chǎn)。而本發(fā)明中，使用最簡單的共沉淀方法，只是將沉淀物母液在超聲波下進行超聲處理，即可獲得具有高的比表面積，高儲氧量和高穩(wěn)定性的鈰鋯固溶體，制備工藝簡單，有利于放大和工業(yè)化生產(chǎn)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、耗時短，且具有較高比表面積的鈰鋯固溶體制備方法。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用共沉淀法得到添加或不添加有稀土元素如鑭、釹、鐠等的鈰鋯前驅(qū)體，再經(jīng)過超聲化學(xué)處理，制備得到鈰鋯固溶體，具體技術(shù)方案如下：
一種耐高溫的過渡金屬氧化物粉體的制法，它包括如下步驟：
步驟1、將無機鈰鹽和鋯鹽、加或不加鑭或釹鹽溶解于去離子水中，經(jīng)電動攪拌器攪動5-30min，得鈰鋯混合溶液，所述的鈰鹽的物質(zhì)的量與鋯鹽、鑭鹽和釹鹽的總物質(zhì)的量之比為1:1，所得混合物的總質(zhì)量濃度為5-30％，；
步驟2、將質(zhì)量濃度為5-50wt％的堿溶液加入到三口燒瓶中，將步驟1中所得的混合溶液一邊攪拌一邊滴加到三口燒瓶中，控制終點pH為9-10，即得沉淀物A；
步驟3、將步驟2所得的沉淀物A和溶液置于超聲波清洗器內(nèi)，在60-120℃下超聲振動1-30min，并在此溫度下反應(yīng)0.5-2h，得到沉淀物B；
步驟4、將步驟3中得到的沉淀物B進行抽濾或離心分離，并用去離子水超聲清洗1-3次，無水乙醇洗滌0-5次，所得沉淀即為鈰鋯前驅(qū)體；
步驟5、將步驟4中所得的鈰鋯前驅(qū)體在70-120℃下干燥2-14h，置于馬弗爐在500-1100℃下焙燒4-6h，即得耐高溫的過渡金屬氧化物粉體。
上述的過渡金屬氧化物粉體的制法，所述的鑭鹽或釹鹽與鈰鹽的物質(zhì)的量之比不大于0.2。
上述的過渡金屬氧化物粉體的制法，步驟1中所述的無機鈰鹽和鋯鹽、加或不加鑭或釹鹽的溶液中添加表面活性劑，其添加量為無機鹽總質(zhì)量的0.003。
上述的過渡金屬氧化物粉體的制法，所述的鈰鹽、鋯鹽、鑭鹽或釹鹽選自水溶性或酸溶性的鈰鹽、鋯鹽、鑭鹽或釹鹽。
上述的過渡金屬氧化物粉體的制法，步驟2所述的堿溶液選自氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸銨或者碳酸氫氨水溶液中的一種。
本發(fā)明制得的過渡金屬氧化物粉體，經(jīng)500℃焙燒的比表面積達到185m2/g以上，經(jīng)1100℃焙燒的比表面積達到58m2/g以上。
本發(fā)明的方法簡單易行，便于推廣。
具體實施方式
以下通過具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明，但本發(fā)明不僅僅限定于所述實施例。
實施例1：將434.1g(1摩爾)的Ce(NO3)4·6H2O和429.3g(1摩爾)的Zr(NO3)4·5H2O溶解于500mL去離子水中，電動攪拌30min使其充分溶解。將10wt％氨水溶液加入三口燒瓶中，在劇烈攪拌的情況下，緩慢滴加鈰鋯硝酸鹽的混合溶液，滴加到終點pH為9.5。滴加完畢后，將沉淀物和母液一同置于超聲波清洗器內(nèi)80℃超聲15min，再離心分離，并用去離子水清洗沉淀物3次，乙醇洗滌1次，得到鈰鋯前驅(qū)體。將前驅(qū)體在110℃下干燥6h，置于馬弗爐中于500℃焙燒6h，得黃色鈰鋯固溶體，經(jīng)氮氣吸附測得比表面積為186m2/g。本方法簡單易行，耗時短。
實施例2：將434.1g(1摩爾)的Ce(NO3)4·6H2O、343.5g(0.8摩爾)的Zr(NO3)4·5H2O以及86.6g(0.2摩爾)的La(NO3)3·6H2O溶解于500mL去離子水中，電動攪拌30min使其充分溶解。將10wt％氨水溶液加入三口燒瓶中，在劇烈攪拌的情況下，緩慢滴加鈰鋯鑭硝酸鹽的混合溶液，滴加到終點pH為9.5。滴加完畢后，將沉淀物和母液一同置于超聲波清洗器內(nèi)80℃超聲15min，沉淀物經(jīng)離心分離后，用去離子水清洗3次，所得前驅(qū)體在110℃下干燥6h，置于馬弗爐中于500℃焙燒6h，得黃色鈰鋯固溶體，經(jīng)氮氣吸附測得比表面積為193m2/g。
實施例3：將434.1g(1摩爾)的Ce(NO3)4·6H2O、343.5g(0.8摩爾)的Zr(NO3)4·5H2O以及86.6g(0.2摩爾)的La(NO3)3·6H2O溶解于500mL去離子水中，電動攪拌30min使其充分溶解。將10wt％氨水溶液加入三口燒瓶中，在劇烈攪拌的情況下，緩慢滴加鈰鋯鑭硝酸鹽的混合溶液，滴加到終點pH為9.5。滴加完畢后，將沉淀物和母液一同置于超聲波清洗器內(nèi)80℃超聲30min，沉淀物離心分離后，用去離子水清洗3次，所得前驅(qū)體在110℃下干燥6h，置于馬弗爐中于1100℃焙燒4h，得黃色鈰鋯固溶體，經(jīng)氮氣吸附測得比表面積為58m2/g。
實施例4：將434.1g(1摩爾)的Ce(NO3)4·6H2O、343.5g(0.8摩爾)的Zr(NO3)4·5H2O以及87.7g(0.2摩爾)的Nd(NO3)3·6H2O溶解于500mL去離子水中，電動攪拌30min使其充分溶解。將10wt％氨水溶液加入三口燒瓶中，在劇烈攪拌的情況下，緩慢滴加鈰鋯釹硝酸鹽的混合溶液，滴加到終點pH為9.5。滴加完畢后，將沉淀物和母液一同置于超聲波清洗器內(nèi)80℃超聲30min，沉淀物離心分離后，用去離子水清洗3次，所得前驅(qū)體在110℃下干燥6h，置于馬弗爐中于1100℃焙燒4h，得黃色鈰鋯固溶體，經(jīng)氮氣吸附測得比表面積為62m2/g。
實施例5：將434.1g(1摩爾)的Ce(NO3)4·6H2O、343.5g(0.8摩爾)的Zr(NO3)4·5H2O、86.6g(0.2摩爾)的La(NO3)3·6H2O以及2.6g(三種鹽總質(zhì)量的0.3wt％)表面活性劑LAB-35溶解于500mL去離子水中，電動攪拌30min使其充分溶解。將10wt％氨水溶液加入三口燒瓶中，在劇烈攪拌的情況下，緩慢滴加鈰鋯鑭硝酸鹽的混合溶液，滴加到終點pH為9.5。滴加完畢后，將沉淀物和母液一同置于超聲波清洗器內(nèi)80℃超聲30min，沉淀物離心分離后，用去離子水清洗3次，所得前驅(qū)體在110℃下干燥6h，置于馬弗爐中于500℃焙燒4h，得黃色鈰鋯固溶體，經(jīng)氮氣吸附測得比表面積為234m2/g。
實施例6：將434.1g(1摩爾)的Ce(NO3)4·6H2O、343.5g(0.8摩爾)的Zr(NO3)4·5H2O、86.6g(0.2摩爾)的La(NO3)3·6H2O以及2.6g(0.3wt％)表面活性劑LAB-35溶解于500mL去離子水中，電動攪拌30min使其充分溶解。將10wt％氨水溶液加入三口燒瓶中，在劇烈攪拌的情況下，緩慢滴加鈰鋯鑭硝酸鹽的混合溶液，滴加到終點pH為9.5。滴加完畢后，將沉淀物和母液一同置于超聲波清洗器內(nèi)100℃超聲30min，沉淀物離心分離后，用去離子水清洗3次，所得前驅(qū)體在110℃下干燥6h，置于馬弗爐中于500℃焙燒4h，得黃色鈰鋯固溶體，經(jīng)氮氣吸附測得比表面積為185m2/g。