專利名稱：溶膠-凝膠結(jié)合微波水熱制備銅酸鑭納米晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于催化劑的制備領(lǐng)域，具體涉及一種溶膠-凝膠結(jié)合微波水熱制備銅酸鑭納米晶的方法。
背景技術(shù)：
天然氣由于其含碳量低，燃燒時(shí)產(chǎn)生的溫室氣體CO2的量較少，成為一種較為理想的燃料。但是，天然氣高溫燃燒產(chǎn)生大量的N0X，排入大氣會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。借助于催化劑的作用，天然氣可在較低溫度下燃燒，從而避免因高溫而使空氣中的N2氧化成N0X，實(shí)現(xiàn)天然氣高效燃燒、超低排放過程，因此，催化氧化是一項(xiàng)環(huán)境友好且具有良好應(yīng)用前景的綠色技術(shù)。用于甲烷氧化的傳統(tǒng)催化劑為負(fù)載型貴金屬，雖具有優(yōu)良的低溫催化活性，但存在價(jià)格昂貴、高溫易燒結(jié)等缺點(diǎn)，因此，研發(fā)價(jià)廉且熱穩(wěn)定性好的新型高性能催化材料具有重要
眉、ο類鈣鈦礦型復(fù)合金屬氧化物L(fēng)a2CuO4,具有良好的催化活性和熱穩(wěn)定性，并且化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，適于作為催化氧化及其母相材料。目前所報(bào)道的制備La2CuO4的方法主要有固態(tài)反應(yīng)法[YANG Dongsheng， WU Baimei，ZHENG ffeihua, et al. THERMAL CONDUCTIVITY OF EXCESS-OXYGEN-DOPED La2CuO4 [J]. CHINESE JOURNAL OF LOW TEMPERATURE PHYSICS, 2001, 23 (1) 44-47],自蔓延燃燒法[WANG Xiaohui, ZHOU Yanchun. Preparation of La2CuO4 precursor powers by self-propagating combustion synthesis and their crystallization[J]. Chinese Juournal of Material Research. 2001,15(4) :387_393·]，水熱法[ZHANG Yue, ZHANG Lei, DENG Jiguang, et al. Hydrothermal fabrication and catalytic performance of single-crystalline La2_xSrxCu04(x = 0,1)with specific morphologies for methane oxidation[J]. Chinese Journal of Catalysis,2009,30(4) 347-354.]等。但這些方法都存在著自身的不足之處，例如，固態(tài)反應(yīng)法為了獲得純度高的目標(biāo)產(chǎn)物，反應(yīng)物顆粒應(yīng)該足夠細(xì)，且需要在高溫下長(zhǎng)時(shí)間焙燒以及多次中間研磨，該方法耗費(fèi)時(shí)間，且在產(chǎn)物中有較多的雜質(zhì)相；對(duì)于自蔓延燃燒法，燃燒反應(yīng)十分劇烈，燃燒溫度較高， 反應(yīng)過程快，不好控制，產(chǎn)品易于燒結(jié)，且產(chǎn)品中極有可能出現(xiàn)非平衡相或亞穩(wěn)相；對(duì)于水熱法，技術(shù)難度大(溫壓控制嚴(yán)格)，設(shè)備要求高(耐高溫高壓的鋼材，耐腐蝕的內(nèi)襯)，安全性能差，反應(yīng)周期長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服水熱容器加熱不均勻的缺點(diǎn)，提供一種溶膠_凝膠結(jié)合微波水熱制備銅酸鑭納米晶的方法。本發(fā)明所制備的La2CuO4結(jié)晶良好，形貌完整，可重復(fù)性好，且反應(yīng)溫度低，大大降低了能耗，節(jié)約了成本，并且操作簡(jiǎn)單，制備周期較短。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)取30ml 70ml蒸餾水加入燒杯中，然后再將分析純的硝酸鑭(La (NO3) 3 ·6Η20)加入燒杯中磁力攪拌制成硝酸鑭(La(NO3)3 ·6Η20)濃度為0. 6mol/L 0. 9mol/L的溶液A ；2)向溶液A中加入分析純的硝酸銅(Cu(NO3)3 · 3H20)攪拌制成硝酸銅濃度為 0. 3mol/L 0. 5mol/L 的溶液 B ；3)按檸檬酸(C6H8O7 · H2O)與金屬陽離子總和為(1. 0 2. 0) 1的摩爾比向溶液B中加入分析純的檸檬酸(C6H8O7 · H2O)攪拌均勻得溶液C ；4)向溶液C中逐滴加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 3%的氨水，調(diào)節(jié)PH為1.5 5，攪拌 15min 150min，得溶液 D ；5)將溶液D置入鼓風(fēng)干燥箱中，于70°C 110°C恒溫干燥得干凝膠；6)將干凝膠取出，用研缽研成粉末，取0. 2g 3. Og的粉末加入30ml 60ml蒸餾水中，磁力攪拌并超聲振蕩，配置成前驅(qū)液E ；7)在微波水熱反應(yīng)罐中加入前驅(qū)液E，將微波水熱反應(yīng)罐密封后，置于微波水熱儀中，在微波反應(yīng)功率為300W 500W，溫度為120°C 220°C下進(jìn)行微波水熱合成反應(yīng) 20min lOOmin，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過蒸餾水反復(fù)洗滌，干燥后得到La2CuO4粉體。溶膠-凝膠法是一種低溫制備工藝，具有制品純度高、化學(xué)均勻性好、顆粒細(xì)、合成溫度低、成分容易控制、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；微波水熱法采用微波場(chǎng)作為熱源進(jìn)行水熱合成，微波加熱反應(yīng)在液相中進(jìn)行，降低了反應(yīng)溫度和壓力，縮短了反應(yīng)時(shí)間。本發(fā)明利用溶膠-凝膠結(jié)合微波水熱法能夠獲得粒徑分布較窄，形貌可控，組分分布均勻的La2CuO4粉體，本發(fā)明綜合了溶膠-凝膠和微波水熱各自的優(yōu)點(diǎn)，凝膠中不同組員分布均勻，達(dá)到分子級(jí)或原子級(jí)，反應(yīng)過程易于控制，可得到比表面積較大的粉體，并且設(shè)備要求低，操作簡(jiǎn)單； 微波水熱法利用微波作為加熱工具，可實(shí)現(xiàn)分子水平上的攪拌，且加熱速度快，加熱均勻無溫度梯度，無滯后效應(yīng)，克服了水熱容器加熱不均勻的缺點(diǎn)，反應(yīng)時(shí)間縮短，提高了工作效率。所制備的La2CuO4在天然氣的催化氧化領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。此外在超導(dǎo)材料、汽車尾氣催化凈化、化學(xué)傳感器等領(lǐng)域也具有良好的發(fā)展前景。


圖1為實(shí)施例1所制備的La2CuO4粉體的X-射線衍射(XRD)圖譜。圖2為實(shí)施例1所制備的La2CuO4粉體的透射電鏡(TEM)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1 1)取40ml蒸餾水加入燒杯中，然后再將分析純的硝酸鑭(La(NO3) 3 ·6Η20)加入燒杯中磁力攪拌制成硝酸鑭(La(NO3)3 · 6Η20)濃度為0. 6mol/L的溶液A ；2)向溶液A中加入分析純的硝酸銅(Cu(NO3)3 · 3H20)攪拌制成硝酸銅濃度為 0. 3mol/L 的溶液 B ；3)按檸檬酸(C6H8O7 · H2O)與金屬陽離子總和為1 1的摩爾比向溶液B中加入分析純的檸檬酸(C6H8O7 · H2O)攪拌均勻得溶液C ；4)向溶液C中逐滴加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%的氨水，調(diào)節(jié)pH為3，攪拌25min，得溶液D ；
5)將溶液D置入鼓風(fēng)干燥箱中，于90°C恒溫干燥得干凝膠；6)將干凝膠取出，用研缽研成粉末，取Ig的粉末加入40ml蒸餾水中，磁力攪拌并超聲振蕩，配置成前驅(qū)液E ；7)在微波水熱反應(yīng)罐中加入前驅(qū)液E，將微波水熱反應(yīng)罐密封后，置于微波水熱儀中，在微波反應(yīng)功率為300W，溫度為200°C下進(jìn)行微波水熱合成反應(yīng)30min，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過蒸餾水反復(fù)洗滌，干燥后得到La2CuO4粉體。由圖1可以看出，產(chǎn)物為純相的正交晶型La2CuO4，由圖2可以看出晶粒尺寸為 IOOnm0實(shí)施例2 1)取30ml蒸餾水加入燒杯中，然后再將分析純的硝酸鑭(La(NO3) 3 ·6Η20)加入燒杯中磁力攪拌制成硝酸鑭(La(NO3)3 · 6Η20)濃度為0. 8mol/L的溶液A ；2)向溶液A中加入分析純的硝酸銅(Cu(NO3)3 · 3H20)攪拌制成硝酸銅濃度為 0. 4mol/L 的溶液 B ；3)按檸檬酸(C6H8O7 · H2O)與金屬陽離子總和為2 1的摩爾比向溶液B中加入分析純的檸檬酸(C6H8O7 · H2O)攪拌均勻得溶液C ；4)向溶液C中逐滴加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為的氨水，調(diào)節(jié)pH為1.5，攪拌15min，得溶液D ；5)將溶液D置入鼓風(fēng)干燥箱中，于70°C恒溫干燥得干凝膠；6)將干凝膠取出，用研缽研成粉末，取0. 2g的粉末加入60ml蒸餾水中，磁力攪拌并超聲振蕩，配置成前驅(qū)液E ；7)在微波水熱反應(yīng)罐中加入前驅(qū)液E，將微波水熱反應(yīng)罐密封后，置于微波水熱儀中，在微波反應(yīng)功率為500W，溫度為120°C下進(jìn)行微波水熱合成反應(yīng)lOOmin，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過蒸餾水反復(fù)洗滌，干燥后得到La2CuO4粉體。實(shí)施例3 1)取50ml蒸餾水加入燒杯中，然后再將分析純的硝酸鑭(La(NO3) 3 ·6Η20)加入燒杯中磁力攪拌制成硝酸鑭(La(NO3)3 · 6Η20)濃度為0. 9mol/L的溶液A ；2)向溶液A中加入分析純的硝酸銅(Cu(NO3)3 · 3H20)攪拌制成硝酸銅濃度為 0. 5mol/L 的溶液 B ；3)按檸檬酸(C6H8O7 · H2O)與金屬陽離子總和為1. 3 1的摩爾比向溶液B中加入分析純的檸檬酸(C6H8O7 · H2O)攪拌均勻得溶液C ；4)向溶液C中逐滴加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3%的氨水，調(diào)節(jié)pH為4，攪拌lOOmin，得溶液D ；5)將溶液D置入鼓風(fēng)干燥箱中，于110°C恒溫干燥得干凝膠；6)將干凝膠取出，用研缽研成粉末，取2g的粉末加入50ml蒸餾水中，磁力攪拌并超聲振蕩，配置成前驅(qū)液E ；7)在微波水熱反應(yīng)罐中加入前驅(qū)液E，將微波水熱反應(yīng)罐密封后，置于微波水熱儀中，在微波反應(yīng)功率為400W，溫度為220°C下進(jìn)行微波水熱合成反應(yīng)20min，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過蒸餾水反復(fù)洗滌，干燥后得到La2CuO4粉體。實(shí)施例4
1)取70ml蒸餾水加入燒杯中，然后再將分析純的硝酸鑭(La(NO3) 3 ·6Η20)加入燒杯中磁力攪拌制成硝酸鑭(La(NO3)3 · 6Η20)濃度為0. 7mol/L的溶液A ；2)向溶液A中加入分析純的硝酸銅(Cu(NO3)3 · 3H20)攪拌制成硝酸銅濃度為 0. 4mol/L 的溶液 B ；3)按檸檬酸(C6H807 *H20)與金屬陽離子總和為1.6 1的摩爾比向溶液B中加入分析純的檸檬酸(C6H8O7 · H2O)攪拌均勻得溶液C ；4)向溶液C中逐滴加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%的氨水，調(diào)節(jié)pH為5，攪拌150min，得溶液D ；5)將溶液D置入鼓風(fēng)干燥箱中，于80°C恒溫干燥得干凝膠；6)將干凝膠取出，用研缽研成粉末，取3g的粉末加入30ml蒸餾水中，磁力攪拌并超聲振蕩，配置成前驅(qū)液E ；7)在微波水熱反應(yīng)罐中加入前驅(qū)液E，將微波水熱反應(yīng)罐密封后，置于微波水熱儀中，在微波反應(yīng)功率為500W，溫度為160°C下進(jìn)行微波水熱合成反應(yīng)80min，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過蒸餾水反復(fù)洗滌，干燥后得到La2CuO4粉體。
權(quán)利要求
1. 一種溶膠-凝膠結(jié)合微波水熱制備銅酸鑭納米晶的方法，其特征在于1)取30ml 70ml蒸餾水加入燒杯中，然后再將分析純的硝酸鑭(La(NO3)3· 6H20)加入燒杯中磁力攪拌制成硝酸鑭(La(NO3)3 · 6H20)濃度為0. 6mol/L 0. 9mol/L的溶液A ；2)向溶液A中加入分析純的硝酸銅(Cu(NO3) 3·3Η20)攪拌制成硝酸銅濃度為0. 3mol/ L 0. 5mol/L的溶液B ；3)按檸檬酸(C6H8O7*H2O)與金屬陽離子總和為(1.0 2.0) 1的摩爾比向溶液B 中加入分析純的檸檬酸(C6H8O7 · H2O)攪拌均勻得溶液C ；4)向溶液C中逐滴加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1<% 3%的氨水，調(diào)節(jié)？!1為1.5 5，攪拌 15min 150min，得溶液 D ；5)將溶液D置入鼓風(fēng)干燥箱中，于70°C 110°C恒溫干燥得干凝膠；6)將干凝膠取出，用研缽研成粉末，取0.2g 3. Og的粉末加入30ml 60ml蒸餾水中，磁力攪拌并超聲振蕩，配置成前驅(qū)液E ；7)在微波水熱反應(yīng)罐中加入前驅(qū)液E，將微波水熱反應(yīng)罐密封后，置于微波水熱儀中， 在微波反應(yīng)功率為300W 500W，溫度為120°C 220°C下進(jìn)行微波水熱合成反應(yīng)20min IOOmin,反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過蒸餾水反復(fù)洗滌，干燥后得到La2CuO4粉體。
全文摘要
一種溶膠-凝膠結(jié)合微波水熱制備銅酸鑭納米晶的方法，將硝酸鑭加入蒸餾水中得溶液A，向溶液A中加入硝酸銅得溶液B；向溶液B中加入檸檬酸得溶液C；調(diào)節(jié)溶液C的pH為1.5～5得溶液D；將溶液D干燥得干凝膠；將干凝膠研成粉末后加入到蒸餾水中得前驅(qū)液E；在微波水熱反應(yīng)罐中加入前驅(qū)液E，將微波水熱反應(yīng)罐密封后置于微波水熱儀中進(jìn)行微波水熱合成反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過蒸餾水反復(fù)洗滌，干燥后得到La2CuO4粉體。本發(fā)明利用溶膠-凝膠結(jié)合微波水熱法能夠獲得粒徑分布較窄，形貌可控，組分分布均勻的La2CuO4粉體，克服了水熱容器加熱不均勻的缺點(diǎn)，反應(yīng)時(shí)間縮短，提高了工作效率。
文檔編號(hào)C01G3/00GK102491401SQ201110374898
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者侯艷超, 吳建鵬, 曹麗云, 李意峰, 黃劍鋒 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)