[發(fā)明專利]一種片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料及其制備和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611132090.5
• 申請(qǐng)日: 2016-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106745170B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊衛(wèi)春;柴立元;李超芳;劉恢;王海鷹;唐崇儉;楊志輝;廖騏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C01F17/00
• 分類號(hào): C01F17/00;B82Y40/00;B01J23/83;B01J35/10;B01D53/86;B01D53/64
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所43114
• 代理人: 袁靖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)的領(lǐng)域，具體涉及一種片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料及其制備方法和在脫汞方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)

氧化鈰是一種用途極廣的稀土氧化物，具有可快速轉(zhuǎn)換的Ce³⁺/Ce⁴⁺、優(yōu)越的儲(chǔ)放氧功能、高溫快速氧空位擴(kuò)散能力，被廣泛應(yīng)用于催化領(lǐng)域。當(dāng)將材料尺寸控制在納米尺寸時(shí)，呈現(xiàn)出獨(dú)特的物理化學(xué)性能，有利于提升其催化活性。而且不同形貌結(jié)構(gòu)的氧化鈰納米材料在催化性能也存在很大的差異。近年來(lái)，研究獲得了棒狀、花狀、球狀、纖維狀、片狀等多種形貌的氧化鈰材料，其中分散性好、規(guī)則有序、比表面積大的片狀納米氧化鈰材料在催化領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

而氧化鈰摻雜其他外來(lái)金屬離子后，離子尺寸不同引起的晶格結(jié)構(gòu)的扭曲形變，或摻雜離子價(jià)態(tài)的改變打破離子價(jià)態(tài)平衡，這些都可以導(dǎo)致晶格內(nèi)出現(xiàn)更多的晶格缺陷和氧空位，從而進(jìn)一步增加儲(chǔ)氧能力和氧化還原能力，進(jìn)而提高催化活性。因此研發(fā)新型的片狀金屬摻雜氧化鈰納米材料是重點(diǎn)發(fā)展方向之一。

目前氧化鈰納米材料的合成方法大多原料復(fù)雜、步驟復(fù)雜，周期長(zhǎng)，且不夠清潔節(jié)能，不易推廣應(yīng)用，且材料在催化應(yīng)用方面存在一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。本發(fā)明的目的在于提供一種比表面積更大的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料及其制備和應(yīng)用。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單、制備周期短、清潔、重復(fù)性。制備的鈷摻雜氧化鈰納米材料比表面積大，儲(chǔ)氧能力強(qiáng)，脫汞效果好，應(yīng)用簡(jiǎn)單，使用方便。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的。

一種片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，包括如下步驟：將硝酸鈰、鈷鹽、聚乙烯吡咯烷酮、尿素混合經(jīng)水熱反應(yīng)后，再經(jīng)過(guò)煅燒，獲得片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料。

所述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，鈷鹽包括氯化鈷、硝酸鈷、醋酸鈷中的一種或幾種。

所述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，鈰與鈷的摩爾比：1:(0.02～0.2)。

所述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，所采用的硝酸鈰、聚乙烯吡咯烷酮和尿素投加的質(zhì)量比為：1:(0.5～2):(2～6)。

所述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，水熱反應(yīng)溫度130℃-170℃，時(shí)間10-12小時(shí)。

所述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，煅燒溫度450-600℃，煅燒2-4h。

所述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，將硝酸鈰和鈷鹽及聚乙烯吡咯烷酮加入到去離子水中，磁力攪拌5-30分鐘，加入一定量的尿素混合水解反應(yīng)20-60分鐘，得到的混合物再進(jìn)行水熱反應(yīng)。

所述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物水洗三次，乙醇洗兩次，抽濾后，將其60℃干燥8小時(shí)以上，再進(jìn)行煅燒。

上述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料用于催化脫汞。具體的方法為：

反應(yīng)溫度為150℃-250℃，氣態(tài)Hg⁰的濃度為50-100μg/m³，載氣為N₂，空速為150000h^-1，所述材料在載氣或含有4％以下O₂的載氣條件下進(jìn)行脫汞。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)本發(fā)明提供了一種片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，制備過(guò)程簡(jiǎn)單清潔可控，原料簡(jiǎn)單易得，同時(shí)，目前許多效果較好的脫汞催化劑中含有Au、Pd等貴金屬，成本較高，本方法制備原料價(jià)格相對(duì)較低。

(2)本發(fā)明提供的鈷摻雜氧化鈰呈現(xiàn)形貌規(guī)則、尺寸均一的片狀結(jié)構(gòu)，晶粒有序堆疊，使材料結(jié)構(gòu)表面呈凹凸不平狀，有利于增加反應(yīng)位點(diǎn)和活性，同時(shí)與純二氧化鈰相比，材料表面氧含量及儲(chǔ)氧能力具有大幅度提升。

(3)本發(fā)明的鈷摻雜氧化鈰的納米材料，脫汞效果好，處理濃度為75μg/m³的Hg⁰蒸氣，在無(wú)氧或通入4％氧氣后，脫汞效果均可達(dá)到97％，而一般的催化劑往往還需要通入HCl才能進(jìn)行脫汞。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法所制備的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的SEM圖和TEM圖；

圖2為本發(fā)明方法所制備的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的XRD圖譜；

圖3為實(shí)施例1中獲得的鈷摻雜氧化鈰脫汞效果圖；

圖4為實(shí)施例2中獲得的鈷摻雜氧化鈰脫汞效果圖。

具體實(shí)施方式