專利名稱：錳摻雜CeO₂納米粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種錳摻雜( 納米粉的制備方法，屬無機材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
稀土金屬具有較強的儲氧功能，而且熱穩(wěn)定性好。稀土氧化物和過渡金屬氧化物混合可大大提高催化劑的活性和壽命。CeO2通過Ce4+和Ce3+之間的高效氧化還原循環(huán)具有儲氧和釋放氧的能力，已經(jīng)被應用于燃燒催化劑的添加劑、汽車尾氣凈化、流化催化裂化脫硫、廢水處理和一氧化碳低溫催化氧化等方面。但純( 結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性差，氧化活性較差， 易燒結(jié)，使其儲氧性能下降，限制了( 的應用。通過與其它金屬氧化物混合可以提高其催化活性。由于錳存在多種價態(tài)的氧化物，因此常被用作多相催化劑的結(jié)構(gòu)和電子助劑，尤其是Mn的氧化物與( 混合形成鈰錳復合氧化物對一些反應表現(xiàn)出較好的催化活性。鈰錳復合氧化物能有效地催化氧化(有毒)有機化合物以及液相和氣相污染物的消除，提高一氧化碳低溫催化氧化，有良好的甲烷催化燃燒性能，可以作為乙醇催化氧化發(fā)光的催化劑等，在催化方面有很大的應用前景。超微粒由于其粒徑小，與普通粉體相比，其比表面積增大，表面活性點更多，使其催化活性得以提高。因此開發(fā)出低成本和易于工業(yè)化生產(chǎn)的鈰錳復合氧化物的新方法對于擴大其催化用途有著重要的意義。目前制備錳摻雜( 納米粉的主要方法有水熱法和沉淀法等，但是這些方法都存在一些缺點。水熱法是以鈰、錳的鹽和堿為反應物，在其它添加劑的條件下，在較高的溫度下反應十幾個小時以上。水熱法不僅需要較長的時間，而且需要較高的溫度和壓力，危險性較大，能量消耗也較大，并且由于存在添加劑，不但成本高，而且制得的納米鈰錳復合氧化物雜質(zhì)含量較高，因此，水熱制備法不易在工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)。沉淀法是在鈰和錳的鹽溶液中加適量的蒸餾水加熱得到一定濃度的溶液，然后加入濃NH3 · H2O調(diào)節(jié)該溶液的pH值，再將過濾得到的沉淀物在較高的溫度下焙燒一定時間。 沉淀法工藝雖然簡單，但是需要在高溫下焙燒，易于使納米粒子團聚，這對需要高比表面積的納米粒子是非常不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種錳摻雜( 納米粉的制備方法，該工藝操作簡單，便于工業(yè)化生產(chǎn)。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，
一種錳摻雜碳化鈰合金制備( 納米粉的方法，該方法具有以下的工藝步驟 a)以質(zhì)量百分比用45. 5 91%金屬鈰 3 45. 5%電解錳 6 9%石墨
用25公斤真空感應爐熔煉，選用石墨坩堝，溶化后澆鑄得到脆性碳化鈰錳合金。
b)將脆性碳化鈰錳合金破碎至粒徑小于0. 15mm粉末，合金粉末與去離子水按質(zhì)量比1:10 1:40配制，將其緩慢倒入盛有去離子水的燒杯中，并放置于磁力攪拌器上進行攪拌，調(diào)節(jié)溫度使其穩(wěn)定在10 50°C，合金粉末剛倒入去離子水中即與水發(fā)生水解反應， 立刻有小氣泡出現(xiàn)，并放出熱量，經(jīng)18 36小時攪拌反應倒掉上層液，再加入去離子水攪拌洗滌，如此反復幾遍，空氣中50 80°C烘箱烘干得到復合鈰錳納米粉，圖1是實施例1復合鈰錳納米粉透射電鏡照片，圖中有不規(guī)則粒徑團聚在一起的小顆粒，還有直徑十納米，長一百到幾百納米的納米棒，該復合鈰錳納米粉的比表面積為142m2/g。圖2是實施例3復合鈰錳納米粉透射電鏡照片，圖中有不規(guī)則粒徑團聚在一起的小顆粒，還有直徑十納米，長幾十到幾百納米的納米棒，另外還有少量幾十納米四方形大顆粒，該復合鈰錳納米粉的比表面積為118m2/g。c)將復合鈰錳納米粉經(jīng)600 800°C /2h熱處理，得到主相是( 的納米粉，圖3 是實施例1(圖中)和實施例3(圖上)復合鈰錳納米粉經(jīng)600°C / 熱處理樣品的X射線衍射圖譜，為比較錳摻雜( 納米粉的熱穩(wěn)定性，用同種方法制備的純( 納米粉經(jīng)600°C /2h 熱處理樣品的X射線衍射圖譜也一并放入圖中(圖下)，由圖3可以看出，經(jīng)600°C/ai熱處理的錳摻雜( 納米粉的衍射峰半高寬較純( 納米粉的要寬，這說明錳摻雜( 納米粉的熱穩(wěn)定性好，其中實施例1錳摻雜CeA納米粉的熱穩(wěn)定性最好。本工藝操作簡單，反應溫度低，機械攪拌在敞開式容器中進行，由于不用催化劑、 酸和堿等化學試劑，是一種名符其實的綠色工藝，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1 實施例1碳化鈰錳攪拌反應后樣品的透射電鏡照片圖2 實施例3碳化鈰錳攪拌反應后樣品的透射電鏡照片
圖3 實施例1和實施例3經(jīng)600°C /2h熱處理錳摻雜( 納米粉的X射線衍射圖譜。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例1
用25公斤真空感應爐熔煉64. 4%的金屬鈰，27. 6%的電解錳和8%的石墨(質(zhì)量百分比)，選用石墨坩堝，充分溶化后澆鑄得到碳化鈰錳合金。將碳化鈰錳合金破碎成粒徑小于 0. 15mm粉末，取IOOml去離子水于200ml的燒杯中，將其置于磁力攪拌器上，調(diào)節(jié)溫度使其穩(wěn)定在30°C，取碳化鈰錳合金粉末5 g，將其緩慢倒入去離子水中，經(jīng)18小時攪拌反應得到棕色懸浮液。倒掉上層液，再加入去離子水攪拌洗滌，如此反復幾遍，空氣中80°C烘箱烘干得到棕色復合鈰錳納米粉，該納米粉的比表面積為142m2/g。復合鈰錳納米粉經(jīng)600°C/ 熱處理，得到主相為( 的納米粉。實施例2
用25公斤真空感應爐熔煉78. 2的金屬鈰，13. 8%的電解錳和8%的石墨(質(zhì)量百分比)，選用石墨坩堝，充分溶化后澆鑄得到碳化鈰錳合金。將碳化鈰錳合金破碎成粒徑小于 0. 15mm粉末，取150ml去離子水于200ml的燒杯中，將其置于磁力攪拌器上，調(diào)節(jié)溫度使其穩(wěn)定在20°C，取碳化鈰錳合金粉末5 g，將其緩慢倒入去離子水中，經(jīng)M小時攪拌反應得到棕色懸浮液。倒掉上層液，再加入去離子水攪拌洗滌，如此反復幾遍，空氣中50°C烘箱烘干得到棕色復合鈰錳納米粉，該納米粉的比表面積為121m2/g。將復合鈰錳納米粉經(jīng)800°C/2h 熱處理，得到主相為( 的納米粉。
實施例3
用25公斤真空感應爐熔煉45. 5%金屬鈰，45. 5%的電解錳和9%的石墨，選用石墨坩堝， 充分溶化后澆鑄得到碳化鈰錳合金。將碳化鈰錳合金破碎成粒徑小于0. 3mm粉末，取IOOml 去離子水于200ml的燒杯中，將其置于磁力攪拌器上進行攪拌，調(diào)節(jié)溫度使其穩(wěn)定在40°C， 取碳化鈰錳合金粉末5 g，將其緩慢倒入去離子水中，經(jīng)30小時攪拌反應得到棕色懸浮液。 倒掉上層液，再加入去離子水攪拌洗滌，如此反復幾遍，空氣中60°C烘箱烘干得到棕色復合鈰錳納米粉，該納米粉的比表面積為118m2/g。將復合鈰錳納米粉經(jīng)600°C / 熱處理，得到主相為( 的納米粉。
權(quán)利要求
1. 一種錳摻雜( 納米粉的制備方法，其特征在于該方法具有以下工藝步驟a.以質(zhì)量百分比計，將45.5 91%金屬鈰，3 45. 5%電解錳和6 9%石墨用真空感應爐熔煉，選用石墨坩堝，熔化后澆鑄得到碳化鈰錳合金；b.碳化鈰錳合金破碎成粒徑小于0.15mm粉末，將該粉末與去離子水按質(zhì)量比1 10 1:40配制，經(jīng)18 36小時，10 50°C恒溫攪拌反應，烘干后得到復合鈰錳納米粉；c.將復合鈰錳納米粉經(jīng)600°C/2h熱處理，得到錳摻雜( 納米粉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳化鈰錳制備CeO2納米粉的方法，用25公斤真空感應爐熔煉45.5～91％金屬鈰，3～45.5％電解錳和6～9％的石墨(質(zhì)量百分比)，選用石墨坩堝，熔化后澆鑄得到碳化鈰錳合金，將粒徑小于0.15mm的碳化鈰錳合金粉與去離子水按質(zhì)量比1:10～1:40配制，經(jīng)18～36小時，10～50℃恒溫攪拌反應，通過洗滌和烘干得到比表面積為118～142m2/g的復合鈰錳納米粉。將復合鈰錳納米粉經(jīng)600～800℃/2h熱處理，得到主相為CeO2的納米粉，而且錳摻雜CeO2納米粉的熱穩(wěn)定性好。該方法操作簡單，綠色環(huán)保，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號B82Y40/00GK102275972SQ20111015017
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者倪建森, 吳移清, 李其亭, 杜亞男 申請人:上海大學