[發明專利]一種高比表面積稀土氧化物納米多孔氣凝膠的通用制備方法

無效

• 申請號: 201210177112.5
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN102688732A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 杜艾;周斌;朱秀榕;許維維;張志華;高國華;沈軍;倪星元;吳廣明
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于高比表面積多孔材料制備技術領域，具體涉及一種高比表面積稀土氧化物納米多孔氣凝膠的通用制備方法。?

背景技術

稀土元素指的是元素周期表中ⅢB族的鑭系元素加上鈧和釔等17種元素的總稱。其中，鈧與其它稀土元素的性質差異較大，而钷為人工放射性元素，本專利中均未研究和保護。稀土氧化物在高性能熒光粉、冶金添加劑、催化劑、高溫超導、固體激光、高溫熱電和玻璃陶瓷添加劑等方向有廣泛應用。比表面積是衡量固體材料活性大小的重要參數之一，高比表面積的稀土氧化物材料在提高催化、發光、添加劑混合均勻性等性能方面均有明顯的效果，是目前稀土基功能材料研究的熱點方向。?

通常稀土氧化物粉末是通過化合物粉末高溫分解的方法制備而得，其比表面積僅在2-4?m²/g左右。在發明專利“大比表面積稀土氧化物及其制備方法”（ZL?96116316.X）中介紹了采用共沉淀法或混合法制備了含肼稀土草酸鹽，并通過熱分解的方法制備了比表面積高達5-50?m²/g的多種稀土氧化物粉末。?

采用溶膠凝膠法制備的氣凝膠是一種由納米量級超細微?；蚋呔畚锓肿酉嗷ゾ奂瘶嫵杉{米多孔網絡，并在孔隙中充滿氣態分散介質的一種高分散固態材料，其孔隙率可達80~99.8%，孔洞尺寸一般在1-100nm之間，比表面積可高達100-3000?m²/g。因此，氣凝膠材料具有獨特的性能，如楊氏模量和熱導率低、表觀密度小、折射率小以及比表面積高等，可廣泛應用于粒子檢測器、隔熱天窗、高速粒子防護與捕獲、催化劑及催化劑載體、發光、高介電常數材料等方面。?

氣凝膠兼具活性高（比表面積高）和穩定性高（相互貫通的多級分形納米多孔網絡結構）的特點非常適合于高比表面積稀土氧化物材料。然而，通常制備氣凝膠需要采用金屬醇鹽作為前驅體、調節pH值實現凝膠化（傳統溶膠凝膠法）。然而，稀土元素的醇鹽價格昂貴甚至極其難以獲得，不適合工業化生產與應用。美國的A.?E.?Gash和L.?J.?Hope-Weeks等課題組和國內的甘禮華、張林、任洪波以及申請人課題組等報道了采用無機鹽溶液與有機環氧化物反應制備多種氣凝膠的新工藝，拓展了氣凝膠的制備范圍（環氧化物法）。申請人周斌、杜艾等采用聚丙烯酸為分散劑和模板劑，結合環氧化物法，解決了多族多周期氧化物基氣凝膠材料的制備問題，進一步拓展了氣凝膠的制備范圍（“過渡金屬基氣凝膠、過渡金屬氧化物氣凝膠、復合過渡金屬氧化物氣凝膠的制備方法”，ZL200810033022.2）。?

然而，高比表面積稀土氧化物氣凝膠在前驅體選擇、成型性提高與微結構調控等方面具有較大的難點，使之不同于普通的三價中、高Z元素，難以直接采用上述方法制備。本專利采用絡合劑限制稀土氧化物膠體成核與生長（提高成型性并調控微結構）結合無機鹽為前驅體、環氧化物為凝膠促進劑的方法制備了多種稀土氧化物氣凝膠。目前還尚未見有其它文獻和專利報道采用絡合劑限制成核生長的方法來合成高比表面積稀土氧化物氣凝膠的方法。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用范圍廣、成本低廉、反應周期較短、可能工業放大的高比表面積稀土氧化物納米多孔氣凝膠的通用制備方法。其基本思路在于通過絡合劑限制稀土氧化物膠體成核與生長（提高成型性并調控微結構）結合低反應速率的溶膠凝膠過程（無機鹽為前驅體、環氧化物為凝膠促進劑）的方法實現對稀土氧化物氣凝膠的制備、成型性提高與微結構調控。顯然，采用類似絡合劑限制成核與生長的思路或采用相關混合溶劑的方式制備單元或者多元稀土氧化物氣凝膠也屬于本發明的保護范圍。具體內容如下：?

本發明提出了一種高比表面積稀土氧化物納米多孔氣凝膠的通用制備方法，采用無機分散溶膠凝膠法，具體步驟如下：?

(1)?將稀土元素氯化物溶于有機溶劑和水組成的混合溶液或直接溶于水中，配制成稀土元素氯化物溶液；?

(2)?向步驟(1)所得的溶液中依次加入絡合劑和環氧化物，攪拌均勻，靜置后得到凝膠；其中，氯化物、有機溶劑、水、絡合劑、環氧化物的添加比例為6mmol:?0~60ml:?0.5~30ml:?0-5ml:?1-10ml；

(3)?將步驟(2)所得凝膠在常溫下老化后干燥，即獲得所需的稀土氧化物氣凝膠材料。

本發明中，步驟(1)中所述的稀土元素氯化物為鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)或釔(Y)氯化物中的任意一種或一種以上的混合物。?