一種微乳法合成納米鈰鋯固溶體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈰鋯固溶體制備方法，尤其涉及一種微乳法合成納米鈰鋯固溶體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光催化反應(yīng)是光源和物質(zhì)之間相互作用的方式之一，是光反應(yīng)和催化反應(yīng)的結(jié)合，是在光和催化劑同時作用下所進行的化學(xué)反應(yīng)。光催化反應(yīng)機理一般是通過光照，光催化劑表面會產(chǎn)生電子空穴對，空穴進一步和水作用產(chǎn)生活性較強的羥基自由基.0Η，與吸附在催化劑表面的化合物分子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將其降解為無極小分子。當(dāng)前，環(huán)境和能源問題是人類面臨和必須解決的重大瓶頸問題，而光催化氧化技術(shù)由于其清潔和可直接利用太陽能資源等特性，成為理想的治理環(huán)境污染和生產(chǎn)清潔能源的技術(shù)。
[0003]鈰鋯復(fù)合氧化物是一種多功能的新型催化劑，具備如下特性:①具有高的熱穩(wěn)定性以及儲氧能力；②高結(jié)晶度、高均勻性；③低溫還原性高。鈰和鋯在很大配比范圍內(nèi)可復(fù)合，形成穩(wěn)定的鈰鋯復(fù)合固溶體，鈰鋯固溶體具有很高的催化活性，以其獨特的酸性、“準液相”行為、多功能等優(yōu)點在催化領(lǐng)域中受到人們的廣泛關(guān)注。鈰鋯固溶體可以看作是量子級的半導(dǎo)體物質(zhì)，可有效地降解污染物，且毒性低，不污染環(huán)境，活性高，反應(yīng)條件溫和，不腐蝕設(shè)備等特性，被眾多學(xué)者作為光催化劑加以廣泛研究，在水處理和汽車尾氣治理等領(lǐng)域已成為非常富有前途的光催化劑。
[0004]鈰鋯固溶體的制備方法主要有:共沉淀法、溶膠一凝膠法、化學(xué)燃燒法、微乳液法。微乳液法制備鈰鋯固溶體是將兩種互不相溶的反應(yīng)物通過表面活性劑組成宏觀上均一而微觀上不均一的混合物，分散相以微液滴的形式存在其中，兩種分別包有不同反應(yīng)物的微乳液滴發(fā)生碰撞、反應(yīng)從而生成沉淀。微乳液法作為一種新的制備納米催化劑的方法，與其它方法相比較，具有粒徑大小可控、粒度分布均勻、實驗裝置簡單、條件溫和及操作方便等優(yōu)點，選擇適宜的微乳體系并將微乳技術(shù)與其它技術(shù)有機結(jié)合，能有效地控制納米催化粒子的結(jié)構(gòu)、大小及分布。
[0005]中國專利CN 1242844C向硝酸鈰Ce (N03) 3.6H20和硝酸鋯Zr (N03) 4.6H20混合水溶液中加入一定比例陽離子表面活性劑，再在攪拌下將混合液以60滴/分鐘速度滴加到氨水中，使其完全沉淀，然后再采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)沉淀液的PH = 11.5，將沉淀物轉(zhuǎn)入70?80°C油浴中陳化132?144小時，抽濾后，用60?70°C熱蒸餾水洗滌，再用丙酮浸洗，去除溶液，于100?120°C干燥36小時候，再用馬弗爐600?650°C焙燒2小時得到高比表面積鈰鋯固溶體。不足之處是，所采用的滴加方式操作復(fù)雜，且后續(xù)處理過程繁瑣，陳化時間過長，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種微乳法合成納米鈰鋯固溶體的方法，操作簡便，步驟簡單，能在較短時間內(nèi)獲得高比表面積鈰鋯固溶體，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0007]本發(fā)明所述的微乳法制備納米鈰鋯固溶體的具體操作步驟為:
[0008](1)配置十六烷基三甲基溴化銨、正丁醇、和環(huán)己烷的混合溶液，將其平均分成兩份備用；
[0009](2)將一份步驟(1)所得混合溶液加入到硝酸鈰和硝酸氧鋯混合液中配成微乳液A；
[0010](3)將另一份步驟⑴所得混合溶液加入到氨水中配成微乳液B ;
[0011](4)在強烈攪拌下將微乳液A與微乳液B混合，室溫下陳化12小時；
[0012](5)將步驟(4)所得混合物過濾，所得陳化物經(jīng)去離子水洗滌、無水乙醇洗滌后110°C干燥2小時，再500°C焙燒2小時后得納米鈰鋯固溶體。
[0013]硝酸鈰和硝酸氧鋯溶于正丁醇，不溶于正丁烷，將硝酸鈰和硝酸氧鋯混合液加入到十六烷基三甲基溴化銨、正丁醇、和環(huán)己烷的混合溶液中，在陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨的作用下，形成微乳液A。沉淀劑氨水在正丁醇中溶解性良好，而不溶于正丁烷，因此在十六烷基三甲基溴化銨的作用下，形成微乳液B。在強烈的攪拌作用下，微乳液A和B的微液滴發(fā)生碰撞，反應(yīng)，沉淀，從而形成Ce-Zr-Ο沉淀顆粒，并在表面活性劑作用下，Ce-Zr-Ο沉淀顆粒彼此隔開，防止了粒子聚結(jié)，增大了沉淀物比表面積。最后經(jīng)陳化將沉淀物成功分離，并通過離子水洗滌、無水乙醇洗滌去除表面活性劑、正丁醇、正丁烷及未反應(yīng)完全的硝酸鈰和硝酸氧鋯。所得沉淀物經(jīng)500°C焙燒除去結(jié)晶水，并經(jīng)分解生成鈰鋯晶體，即為所需鈰鋯固溶體。
[0014]作為優(yōu)選，步驟⑴所述的十六烷基三甲基溴化氨、正丁醇、和環(huán)己烷的投料摩爾比為 1: 8: 34。
[0015]作為優(yōu)選，步驟(2)所述的硝酸鋪和硝酸氧錯的摩爾比為67: 33。不同的Ce/Zr摩爾比能使Ce-Zr-Ο具有不同的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明選用Ce/Zr摩爾比為67: 33.
[0016]本發(fā)明的有益效果為:
[0017]1、通過陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化氨，將反應(yīng)體系變?yōu)槲⑷橐?，生成的沉淀顆粒微小，且不易聚結(jié)，因此能獲得高比表面積的納米鈰鋯固溶體。
[0018]2、僅通過強烈攪拌制備固溶體，相比滴加法，操作更為簡便，同時陳化時間短，后處理簡單，易于工業(yè)化生成。
【附圖說明】
[0019]圖1為鈰鋯固溶體的X射線衍射圖。
[0020]圖2為鈰鋯固溶體的熱重-差熱(TG-DTA)圖。
【具體實施方式】
[0021]下面以具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明，但本發(fā)明的保護范圍不限于此:
[0022]實施例1
[0023]先配置摩爾比為1: 8: 34的十六烷基三甲基溴化氨(CTAB)、正丁醇、和環(huán)己烷的混合溶液，將其分成兩份備用。其中一份加入計量比的硝酸鈰和硝酸氧鋯(摩爾比Ce: Zr = 67: 33)混合液配成微乳液，另一份加入氨水配成微乳液。在強烈攪拌下將兩種微乳液混合，室溫下陳化12h。經(jīng)過濾和去離子水充分洗滌后，再用無水乙醇洗沉淀。之后于干燥箱內(nèi)110°C干燥2小時，再500°C焙燒2小時。
[0024]鈰鋯固溶體的X射線衍射圖見圖1。樣品的X射線(XRD)分析采用德國Bruker公司生產(chǎn)的Bruker AXD D8advance型X射線衍射儀進行測定，使用CuKa射線，電壓40kV，電流 40mA，掃描范圍 2 Θ =20。?80。。從圖 1 可見，XRD 圖中 2 Θ =29。，35°，48°，58°時出現(xiàn)了 4個特征衍射峰，該衍射峰歸屬于Ce02的典型立方螢石結(jié)構(gòu)，另外，樣品中沒有檢測到單一的Zr(Vf#征衍射峰M。說明Zr4+已進入CeO 2的晶格，形成了 Ce a67ZrQ.3302立方相固溶體。
[0025]樣品比表面的測定在美國micromeritics公司生產(chǎn)的Geminiv全自動比表面積和孔隙度分析儀上進行。各樣品經(jīng)常溫脫氣15min，20(TC脫氣30min，以隊為吸附質(zhì)，測定樣品在液氮下的吸附性能，由BET方程計算樣品比表面積。用表面分析儀測得樣品的比表面積為114.2m2/g，該數(shù)據(jù)表明用微乳液法制得的催化劑具有較大的比表面積，催化劑應(yīng)該有較好的催化活性。
[0026]熱重-差熱測試在美國TA公司生產(chǎn)的SDTQ600差熱熱重同步熱分析儀上進行，以隊作為保護氣，升溫時間設(shè)為20°C/min。鈰鋯固溶體的熱重-差熱圖見圖2。從圖2可知:第一階段，在100°C附近為樣品失去表面吸附水分的階段；第二階段，在190°C左右有一個放熱峰，這為硝酸鹽分解的峰，另外在100?500°C的失重還包括樣品中結(jié)合水的去除。500°C時樣品基本完全分解，此時鈰鋯形成晶體。從而確定鈰鋯固溶體的最低焙燒溫度為500。。。
[0027]本實施例中鈰鋯固溶體的制備方法操作簡便，能在較短時間內(nèi)獲得高比表面積納米鈰鋯固溶體，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。雖然本發(fā)明已以實施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明的保護范圍，任何熟悉該項技術(shù)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)所作的更動與潤飾，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種微乳法合成納米鈰鋯固溶體的方法，其特征在于，所述方法包含以下步驟: (1)配置十六烷基三甲基溴化銨、正丁醇、和環(huán)己烷的混合溶液，將其平均分成兩份備用；(2)將一份步驟(1)所得混合溶液加入到硝酸鈰和硝酸氧鋯混合液中配成微乳液A; (3)將另一份步驟(1)所得混合溶液加入到氨水中配成微乳液B; (4)在強烈攪拌下將微乳液A與微乳液B混合，室溫下陳化12小時； (5)將步驟(4)所得混合物過濾，所得陳化物經(jīng)去離子水洗滌、無水乙醇洗滌后110°C干燥2小時，再500°C焙燒2小時后得納米鈰鋯固溶體。2.—種微乳法合成納米鈰鋯固溶體的方法，其特征在于，步驟(1)所述的十六烷基三甲基溴化氨、正丁醇、和環(huán)己烷的投料摩爾比為1: 8: 34。3.—種微乳法合成納米鈰鋯固溶體的方法，其特征在于，步驟(2)所述的硝酸鈰和硝酸氧鋯的摩爾比為67: 33。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微乳法合成納米鈰鋯固溶體的方法。其具體操作步驟為：(1)配置十六烷基三甲基溴化銨、正丁醇、和環(huán)己烷的混合溶液，將其平均分成兩份備用；(2)將一份步驟(1)所得混合溶液加入到硝酸鈰和硝酸氧鋯混合液中配成微乳液A；(3)將另一份步驟(1)所得混合溶液加入到氨水中配成微乳液B；(4)在強烈攪拌下將微乳液A與微乳液B混合，室溫下陳化12小時；(5)將步驟(4)所得混合物過濾，所得陳化物經(jīng)去離子水洗滌、無水乙醇洗滌后110℃干燥2小時，再500℃焙燒2小時后得納米鈰鋯固溶體。本發(fā)明操作簡便，步驟簡單，能在較短時間內(nèi)獲得高比表面積鈰鋯固溶體，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】B01J37/04, B01J35/10, B01J23/10
【公開號】CN105344346
【申請?zhí)枴緾N201510760773
【發(fā)明人】劉義林
【申請人】劉義林
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月10日