[發明專利]一種炭黑體系制備高度分散納米氧化鑭的方法

無效

• 申請號: 201110148619.3
• 申請日: 2011-06-03
• 公開（公告）號: CN102249283A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 林彥軍;周永山;吳邊;鐘凱;韋強;王桂榮;段雪
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C01F17/00
• 分類號: C01F17/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 張水俤

技術領域：

本發明屬于無機非金屬材料的制備技術領域，特別涉及一種炭黑體系制備高度分散的納米氧化鑭粉體的可控制備方法。

技術背景：

稀土金屬氧化物在各個領域中的應用十分廣泛，納米稀土材料具有化學活性高、氧化還原能力強、配位數多變等特點。氧化鑭是一種重要的稀土氧化物，在催化劑、固體電解質等方面有廣泛的應用。尤其作為堿催化劑在加氫、異構化、脫水、脫氫反應中使用。納米La₂O₃粒子小、比表面積大、活性高，具有微米級La₂O₃不具有的性能，在很多領域如貯氫材料、發光材料、陶瓷材料、磁性材料、催化劑等方面發揮著重要的作用。

成核/晶化隔離法是一種制備納米材料非常實用的方法，目前已成功制備出多種納米材料，例如LDHs、納米BaSO₄、納米ZnO、納米MgO等。它的原理是將鹽溶液和堿溶液在常溫下同時加入到全混反應器中瞬時混合，反應成核，利用反應器的高剪切力使兩漿液發生強烈相互作用，瞬間形成大量微晶粒。然后將剛生成的成核漿液在一定溫度下晶化，最后水洗、干燥得到樣品。由于此方法將成核、晶化兩步分離，先在全混反應器中得到大量同一尺寸的小晶核，然后控制相同的晶化條件，使晶核不斷生長，直到反應結束。這樣制備得到的納米粒子大小可控、粒徑分布窄。

目前文獻中報道的納米La₂O₃的合成方法較多，多數基于實驗室內合成，常見的有溶膠凝膠法、尿素水解法、微乳液法、固相球磨法、水熱法等，這些方法或原料昂貴、成本高，或過程復雜、條件苛刻、不易操作控制，或不宜實現規模化、產業化生產。文獻(Ning?Zhang，Ran?Yi，Libin?Zhou，Guanhua?Gao，Rongrong?Shi，Guanzhou?Qiu，Xiaohe?Liu，Materials?Chemistry?and?Physics.114(2009)160-167)用氧化鑭、硝酸、三乙胺為原料，在160℃下反應24h-48h，離心洗滌后將沉淀在60℃下干燥5h，將粉體在600℃下焙燒2h，得到氧化鑭。張紀光，馬林，徐燕等(稀有金屬材料與工程，2008，38(2)：28-32)以硝酸鑭為原料，用溶膠-凝膠法制備了超細的氧化鑭粉體。由電鏡觀察和XRD數據表明，該氧化鑭粉體的粒徑為50nm，粒徑較為均勻，屬六方晶系。朱文慶，張文釗，蘇飛飛等(高校基礎學報，2010，24(9)：83-86)采用CTAB/正丁醇/正辛烷/La(NO₃)₃水溶液所形成的反相微乳液體系合成納米La(OH)₃，進而得到納米級氧化鑭。

發明內容：

本發明的目的是提供一種工藝成本低、易于操作控制，便于工業化生產納米氧化鑭的制備方法，克服了以往制備方法中原料昂貴、成本高、過程復雜、條件苛刻，不宜實現規模化、產業化且制備的納米氧化鑭粒徑大、分布不均一等缺點。

本發明以可溶性三價鑭鹽、碳酸鹽、硝酸以及炭黑為原料，先制備得到黑色的堿式碳酸鑭前驅體，再經過程序升溫焙燒得到粒徑分布在30～80nm之間的納米氧化鑭粉體。

其具體的制備過程包括下述步驟：

步驟A：取炭黑作為初始分散劑，加入濃度為1mol/L～16mol/L的硝酸作為改性劑，炭黑與硝酸質量比為1∶5～1∶50，加熱到50℃～90℃，恒溫保持3～10h，離心洗滌后于120℃～150℃干燥活化12～24h，得到改性炭黑；

步驟B：將可溶性三價鑭鹽用去離子水配置0.01～1mol/L的溶液，加入步驟A得到的改性炭黑，改性炭黑與可溶性三價鑭鹽的質量比為1∶50～1∶10，超聲分散1～30min；將碳酸鹽配成等體積的濃度為0.03～3mol/L的溶液；其加入量按La³⁺∶CO₃^2-摩爾比例為1∶4～1∶2計算，將二種溶液在室溫下于旋轉液膜成核反應器中充分混合得黑色沉淀；將黑色沉淀轉入三口燒瓶中，在80℃～120℃的條件下晶化生長3～8h，離心洗滌至中性，于60℃～90℃干燥12～24h，即得黑色堿式碳酸鑭前驅體；

步驟C：將步驟B中制備的黑色堿式碳酸鑭前驅體以5～20℃/min的升溫速率升溫至700℃～1000℃后焙燒2～8h，得到粒徑分布在30～80nm之間的納米級氧化鑭的白色粉體。

所述的炭黑的粒徑為≤100nm，具體型號為N330、N550、N660、N772或N770。