專利名稱：超聲霧化工藝制備納米CeO₂粉體的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及納米粉體制備領域，特指以超聲霧化法制備單分散性好、粒度分布均勻、近 球形納米氧化物粉體的方法。
背景技術：
Ce02作為一種典型的稀土氧化物有著多方面的功能特性，被廣泛應用于電子陶瓷、耐輻 射玻璃、發(fā)光材料、催化材料、化學機械拋光(CMP)磨料、高溫氧敏材料、pH傳感材料、燃 料電池的中間材料、電化學電池中的膜反應器材料、中溫固體氧化物燃料電池(SOFC)用電極 材料等，在現(xiàn)代高新技術領域有著巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ合喾ㄖ苽涑毞垠w具有反應條件溫和、 易控制，制得的超細粉體組成均勻、純度高等優(yōu)點，因而得到廣泛研究和應用。液相法制備 納米Ce02的方法主要包括沉淀法、溶膠一凝膠法、水熱法和微乳液法等。
但傳統(tǒng)的液相法制備納米粉體普遍存在問題是顆粒團聚嚴重、粒度分布不均勻、單分散 性差，從而嚴重影響了粉體的使用性能。梅燕等利用十六烷基三甲基溴化氨+正丁醇/環(huán)己烷 /水溶液組成的水/油型微乳液體系實現(xiàn)微區(qū)反應，制備了單分散的納米Ce02粒子，但該制備 過程過于復雜，且制備成本高；張嘉琪等將反應液超聲霧化以后進行熱解，制備了性能較好 的Ti02粉體。目前，尚未發(fā)現(xiàn)利用超聲霧化實現(xiàn)微區(qū)反應制備納米Ce02粉體的相關報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以鈰鹽為原料，釆用超聲霧化工藝合成單分散性好、粒度分布均勻、近球形納米 Ce02粉體。通過優(yōu)化鈰鹽濃度、鈰鹽與沉淀劑濃度比，煅燒條件等工藝參數(shù)來控制納米Ce02 粉體的形貌及粒度分布，從而得到單分散性的近球形納米Ce02粉體。
本發(fā)明具體工藝過程是稱取一定量的鈰鹽和沉淀劑分別溶于蒸餾水中制備成一定濃度 的反應液，其中反應液中C^+的濃度范圍為0.1 lmol/L，沉淀劑與鈰鹽濃度摩爾比在2: l 20: 1之間。將兩種反應溶液分別超聲霧化后通入的反應器中混合后反應，并收集反應生成 的懸浮狀沉淀物，再將沉淀物洗滌、干燥，最后經(jīng)過在300。C 80(TC鍛燒0.5 3h，即可得 到淡黃色的納米Ce02粉體。
所述鈰鹽為硝酸鈰、硫酸鈰或碳酸鈰中的任一種；
所述沉淀劑為碳酸氫銨、氫氧化鈉或氨水中任一種。
本發(fā)明采用簡單的化學工藝制備出單分散性很好的納米Ce02粉體，無需復雜的設備， 所需化學原料種類少、價廉、污染少，可重復性好，其顆粒形貌為近球形，粒度為納米級。


圖1為以硝酸鈰和碳酸氫銨為原料，其中其中[C^+;h0.4mo1/1,碳酸氫銨與硝酸鈽濃度摩爾比 為4: 1，采用超聲霧化工藝所制備的納米Ce02粉體TEM照片。
圖2為以硝酸鈰和碳酸氫銨為原料，其中其中[C^+H).lmo1/1,碳酸氫銨與硝酸鈰濃度摩爾比 為20: 1，采用超聲霧化工藝所制備的納米Ce02粉體TEM照片。
圖3為以硝酸鈰和氫氧化鈉為原料，其中其中[Ce^H).4mo1/1,碳酸氫銨與硝酸鈰濃度摩爾比 為3: 1，采用超聲霧化工藝所制備的納米Ce02粉體TEM照片。
圖4為以硝酸鈰和氨水為原料，其中其中[C^+]-0.4mo1/1,氫氧化鈉與硝酸鈰濃度摩爾比為2: 1，采用超聲霧化工藝所制備的納米Ce02粉體TEM照片。
圖5為以硫酸鈰和碳酸氫銨為原料，其中其中[Ce^;h0.5mo1/1，氫氧化鈉與硝酸鈰濃度摩爾比 為4: 1，采用超聲霧化工藝所制備的納米Ce02粉體TEM照片。
圖6為以碳酸鈰和碳酸氫銨為原料，其中其中[C^+;hlmo1/1,氫氧化鈉與硝酸鈰濃度摩爾比為
10: 1，采用超聲霧化工藝所制備的納米Ce02粉體TEM照片。
具體實施例方式
本發(fā)明下面結(jié)合實施例作進一步詳述 實施例1:
配制Ce(NO3)3與碳酸氫銨溶液各200ml，其中[CeS+]-0.4mo1/1，碳酸氫銨與硝酸鈰濃度摩 爾比為4: 1將兩種反應溶液分別置于超聲霧化裝置中霧化，將霧化后的反應液通入反應器中 反應，并將生成的懸浮狀沉淀物引入收集器中收集，得到懸濁液，再通過離心分離得到沉淀 物。將沉淀物用蒸餾水洗滌三遍，無水乙醇洗滌一遍，放入鼓風干燥箱中烘干，再經(jīng)過300 'C煅燒2h，得到納米Ce02粉體。
按實施例l的工藝參數(shù)制得的Ce02粉體樣品的TEM照片如圖l所示，從中可以看出，所制 備Ce02粉體粒徑分布均勻，呈近球狀，粒徑在3 5nm之間，依據(jù)統(tǒng)計結(jié)果計算其總平均值約 為3.8nm。
實施例2:
改變?nèi)芤簠?shù)配制[(^3+]為0.1mol/l，碳酸氫銨與硝酸鈰濃度摩爾比為20: 1。將兩種反應 溶液分別置于超聲霧化裝置中霧化，將霧化后的反應液通入反應器中反應，并將生成的懸浮
狀沉淀物引入收集器中收集，得到懸濁液，再通過離心分離得到沉淀物。將沉淀物用蒸餾水 洗滌三遍，無水乙醇洗滌一遍，放入鼓風干燥箱中烘干，再經(jīng)過30(TC煅燒2h，得到納米Ce02 粉體。
按實施例2的工藝參數(shù)制得的Ce02粉體樣品的TEM照片如圖2所示。 實施例3:
以氫氧化鈉為沉淀劑，改變?nèi)芤簠?shù)[<^3+]為0.4mol/l,氫氧化鈉與硝酸鈽濃度摩爾比為 3: 1。將兩種反應溶液分別置于超聲霧化裝置中霧化，將霧化后的反應液通入反應器中反應， 并將生成的懸浮狀沉淀物引入收集器中收集，得到懸濁液，再通過離心分離得到沉淀物。將 沉淀物用蒸餾水洗滌三遍，無水乙醇洗滌一遍，放入鼓風干燥箱中烘干，再經(jīng)過30(TC煅燒 2h，得到納米Ce02粉體。
按實施例3的工藝參數(shù)制得的Ce02粉體樣品的TEM照片如圖3所示。
實施例4:
以氨水為沉淀劑，改變?nèi)芤簠?shù)[Ce^]為0.4mol/l,氨水與硝酸鈰濃度摩爾比為2: 1。將 兩種反應溶液分別置于超聲霧化裝置中霧化，將霧化后的反應液通入反應器中反應，并將生 成的懸浮狀沉淀物引入收集器中收集，得到懸濁液，再通過離心分離得到沉淀物。將沉淀物 用蒸餾水洗滌三遍，無水乙醇洗滌一遍，放入鼓風干燥箱中烘干，再經(jīng)過30(TC煅燒2h，得 到納米Ce02粉體。
按實施例4的工藝參數(shù)制得的Ce02粉體樣品的TEM照片如圖4所示。
實施例5:
以硫酸鈰為鈰鹽，改變?nèi)芤簠?shù)[CeS+]為0.5mol/l,碳酸氫銨與硫酸鈽濃度摩爾比為4: 1。 將兩種反應溶液分別置于超聲霧化裝置中霧化，將霧化后的反應液通入反應器中反應，并將 生成的懸浮狀沉淀物引入收集器中收集，得到懸濁液，再通過離心分離得到沉淀物。將沉淀 物用蒸餾水洗滌三遍，無水乙醇洗滌一遍，放入鼓風干燥箱中烘干，再經(jīng)過600。C煅燒lh， 得到納米Ce02粉體。
按實施例5的工藝參數(shù)制得的Ce02粉體樣品的TEM照片如圖5所示。
實施例6:
以碳酸鈰為鈰鹽，改變?nèi)芤簠?shù)[Ce"]為lmo1/1,碳酸氫銨與碳酸鈰濃度摩爾比為10: 1。 將兩種反應溶液分別置于超聲霧化裝置中霧化，將霧化后的反應液通入反應器中反應，并將生成的懸浮狀沉淀物引入收集器中收集，得到懸濁液，再通過離心分離得到沉淀物。將沉淀 物用蒸餾水洗漆三遍，無水乙醇洗滌一遍，放入鼓風干燥箱中烘干，再經(jīng)過800。C煅燒0.5h， 得到納米Ce02粉體。
按實施例6的工藝參數(shù)制得的Ce02粉體樣品的TEM照片如圖6所示。
權利要求
1.超聲霧化工藝制備納米CeO2粉體的方法，其特征在于稱取一定量的鈰鹽和沉淀劑分別溶于蒸餾水中制備成一定濃度的反應液，其中反應液中Ce3+的濃度范圍為0.1～1.0mol/L，沉淀劑與鈰鹽濃度摩爾比在21～201之間；將兩種反應溶液分別超聲霧化后通入的反應器中混合后反應，并收集反應生成的懸浮狀沉淀物，再將沉淀物洗滌、干燥，最后經(jīng)過在300℃～800℃鍛燒0.5～3h，即可得到淡黃色的納米CeO2粉體；所述鈰鹽為硝酸鈰、硫酸鈰或碳酸鈰中的任一種；所述沉淀劑為碳酸氫銨、氫氧化鈉或氨水中任一種。
全文摘要
超聲霧化工藝制備納米CeO₂粉體的方法，涉及納米粉體制備領域，其特征是稱取一定量的鈰鹽和沉淀劑分別溶于蒸餾水中制備成一定濃度的反應液，其中反應液中Ce³⁺的濃度范圍為0.1～1mol/L，沉淀劑與鈰鹽濃度摩爾比在2∶1～20∶1之間。將兩種反應溶液分別超聲霧化后通入的反應器中混合后反應，并收集反應生成的懸浮狀沉淀物，再將沉淀物洗滌、干燥，最后經(jīng)過在300℃～800℃鍛燒0.5～3h，即可得到淡黃色的納米CeO₂粉體。本發(fā)明采用簡單的化學工藝制備出單分散性很好的納米CeO₂粉體，無需復雜的設備，所需化學原料種類少、價廉、污染少，可重復性好，其顆粒形貌為近球形，粒度為納米級。
文檔編號C01F17/00GK101372353SQ20081012393
公開日2009年2月25日 申請日期2008年6月12日 優(yōu)先權日2008年6月12日
發(fā)明者猛 付, 強 劉, 李霞章, 趙曉兵, 揚 陳, 陳志剛 申請人:江蘇工業(yè)學院