[發明專利]一種二氧化鈰多孔微球的制備方法

有效

• 申請號: 201410374724.2
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN104176761A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 于文生;馬千里;董相廷;王進賢;王成輝;劉桂霞
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: C01F17/00
• 分類號: C01F17/00;B01J23/10;C02F1/28;C02F1/32;C02F103/30
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及新材料制備研究領域，具體說涉及二氧化鈰多孔微球的制備方法。

背景技術

二氧化鈰(分子式為CeO₂)具有非常廣泛的應用，例如，可用于汽車尾氣三元凈化催化劑，具有活性高、價格低、壽命長等優點，并代替了大部分貴金屬，每年用量數千噸；CeO₂可用于電子陶瓷和固體電解質；CeO₂粉末對紫外線有極強的吸收性能，可用于制備紫外吸收材料，如用于吸收熒光燈管中的185nm短波紫外線，以提高燈管壽命，也用于防曬化妝品，防曬纖維，汽車玻璃等；塑料制品在紫外線作用下容易老化變脆，在其表面涂上含有氧化鈰微粒涂層(它對陽光是透明的)可防止塑料老化；坦克、汽車、艦船、貯油罐等表面上都需涂上樹脂和橡膠類油漆，而這些油漆由于受陽光紫外線的照射而極易老化變脆，將氧化鈰粉末加入其中制成的防紫外線涂料，其抗老化性明顯提高；CeO₂也是一種良好的玻璃拋光劑；CeO₂是一種良好的紫外光催化材料，可以降解環境中的有機污染物?？傊?，CeO₂應用面廣，潛力巨大，附加值高，商業前景十分看好。

CeO₂粉體主要采用高溫固相分解法制備，通常采用草酸鈰、碳酸鈰或硝酸鈰為原料，經過高溫熱處理，得到形貌不規則的大顆粒CeO₂粉末，直徑一般大于5μm，粉體的比表面積一般較小。

隨著納米科技的迅速發展，制備納米纖維的靜電紡絲技術引起了人們的濃厚興趣。在電紡絲過程中，人們向聚合物溶液或熔體施加幾千至上萬伏的高壓靜電，使電荷在聚合物溶液內大量聚集，當電荷聚集到一定程度，電荷之間的排斥力克服了溶液表面張力后，液體就會形成細流噴射出去。由于高分子帶有相同電荷，相互排斥，細流發生劈裂，隨溶劑蒸發而固化，形成納米纖維，最終落在帶有相反電極的接收裝置上。然而，人們在實驗中發現，在同樣條件下，通過降低聚合物濃度，納米纖維會轉變成膠體粒子。這種依靠帶電離子的相互排斥而產生的微/納米粒子的技術被稱為電噴離子化技術(Electrospray?Ionization，簡稱ESI)。電噴離子化技術與傳統的噴涂技術有所不同，它使用的液體是非牛頓液體，電極直接與液體接觸，并與接受板之間構成電回路，在噴射過程中，由于電荷的排斥，較大的液滴產生爆炸，分裂成納米級的微小液滴，每一個帶電荷的微小液滴都可以看成為一個離子。電噴離子化技術廣泛應用于制備高分子和無機金屬氧化物微/納米粒子，例如，PVP微球，PMMA微球，ZnO納米粒子，TiO₂微球，SiO₂微球等。目前未見有電噴離子化技術制備具有特殊形貌的CeO₂多孔微球的相關報道。

利用電噴離子化技術制備微/納米材料時，原料的種類、高分子模板劑的分子量、電噴溶液的組成、電噴參數和熱處理工藝對最終產品的形貌和尺寸都有重要影響。本發明采用電噴離子化技術，以硝酸鈰(Ce(NO₃)₃·6H₂O)為原料，聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分子量為10000)作為高分子模板劑，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，在最佳的實驗條件下，制備出PVP/Ce(NO₃)₃復合微球，再經過高溫處理后得到CeO₂多孔微球。

發明內容

在背景技術中的制備CeO₂大顆粒，采用高溫固相分解法。背景技術中的使用電噴離子化技術制備了高分子和無機金屬氧化物微球或納米粒子。所使用的原料、模板劑和溶劑與本發明的方法不同。本發明使用電噴離子化技術制備了CeO₂多孔微球，直徑為1～2μm。

本發明是這樣實現的，首先制備出用于電噴離子化技術的具有一定粘度的電噴溶液，應用電噴離子化技術進行電噴過程，在最佳的實驗條件下，制備出PVP/Ce(NO₃)₃復合微球，再經過高溫熱處理后得到CeO₂多孔微球。

其步驟為：

(1)配制電噴溶液

電噴溶液中鈰源使用的是硝酸鈰，高分子模板劑采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分子量為10000)，溶劑采用DMF。稱取1.3gCe(NO₃)₃·6H₂O和5gPVP加入到10gDMF中，于室溫下磁力攪拌24h，制得電噴溶液。