一种纳米CEOHSUB3/SUB粉末的制备方法.pdf

本发明涉及一种高比表面积纳米氢氧化铈的制备方法，用25公斤真空感应炉熔炼89～93％的金属铈和11～7％的石墨(质量百分比)，选用石墨坩埚，熔化后浇铸得到脆性碳化铈合金，将粒径小于0.15mm的碳化铈合金粉末与去离子水按质量比1∶20～1∶40配制成悬浮液用于水解反应。经18～72小时，10～40℃恒温搅拌反应，通过过滤和烘干得到比表面积为66～69m2/g的纳米Ce(OH)3粉末。该方法操作简单，绿色环保，易于实现工业化生产。

1.  一种纳米Ce(OH)₃粉末的制备方法，其特征在于该方法具有以下的工艺过程和步骤：
a.以质量百分比计，将89～93％金属铈和11～7％石墨用真空感应炉熔炼，选用石墨坩埚，熔化后浇铸得到碳化铈合金；
b.将碳化铈合金破碎成粒径小于0.15mm粉末，将该粉末与去离子水按质量比1∶20～1∶40配制成悬浮液，经18～72小时，10～40℃恒温搅拌反应，过滤和烘干得到纳米Ce(OH)₃粉末。

一种纳米Ce(OH)₃粉末的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米氢氧化铈粉末的制备方法，属无机材料技术领域。
背景技术
我国是世界第一稀土大国，已探明工业储量为世界第一，稀土元素具有独特的4f电子，并具有独特的光、电和磁性质，被誉为新材料的宝库。稀土氢氧化物和稀土氧化物是稀土工业中应用最广泛的品种，其中氢氧化铈可用作制备CeO₂的良好前驱物。CeO₂是高效优质抛光粉，国内生产的优质抛光粉中含有70～80％CeO₂。防紫外线材料有氧化钛和氧化锌，但这些材料有较高的折射率，用在人皮肤上有苍白感，而且防紫外线效果不是很好。CeO₂不仅具有紫外线遮蔽效果，而且对可见光无特征吸收，作为遮光剂用在人皮肤上呈现自然白，可用于防紫外线的化妆品和涂料等，不远的将来CeO₂防护用品有可能发展成一个新兴市场。由于铈的变价特性，产生独特的储氧/放氧性能，从而成为汽车尾气三效催化剂中最重要的助剂。铈的变价性，对发光材料也有重要意义。我国包头稀土矿中CeO₂含量占50％，但都以初级产品出口，如何提高它的附加值成为一个重要课题。
制备氢氧化铈方法的主要有传统方法和碱转化法，均以碳酸铈为主要原料。传统方法缺点资源消耗大，产生硝酸雾、二氧化氮和硝酸铵废液等排放污染。碱转化法缺点反应速度较慢，能耗较高，产品的均匀性较差，而且产生碳酸钠-氢氧化钠混合废液排放污染。
纳米CeO₂粉末已用于液晶显示和硅单晶片等高科技产品的抛光，纳米CeO₂粉末可以提高催化剂的催化活性，加入纳米CeO₂粉末不仅可以降低陶瓷的烧结温度，还可增加陶瓷的密度。近年来，人们对纳米Ce(OH)₃和CeO₂粉末的制备进行了大量的研究，但由于生产成本原因，都停留在实验室阶段，限制了纳米Ce(OH)₃和CeO₂产品的应用和发展。
发明内容
本发明目的是提供一种纳米Ce(OH)₃粉末的制备方法，该工艺操作简单，便于工业化生产。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案，
a)以质量百分比用89～93％金属铈、11～7％石墨用25公斤真空感应炉熔炼，选用石墨坩埚，熔化后浇铸得到脆性碳化铈合金。
b)将脆性碳化铈合金破碎至粒径小于0.15mm粉末，合金粉末与去离子水按质量比1∶20～1∶40配制，将其缓慢倒入盛有去离子水的烧杯中，并放置于磁力搅拌器上进行搅拌，调节温度使其稳定在10～40℃，合金粉末刚倒入去离子水中即与水发生水解反应，立刻有小气泡出现，并放出热量，经18～72小时搅拌反应得到灰色悬浮液。抽滤除水，空气中80℃烘箱烘干得到灰色纳米Ce(OH)₃粉末，图1是实施例2纳米Ce(OH)₃粉末X射线衍射图谱，从中可以得出灰色粉末是纳米Ce(OH)₃粉末，根据谢乐公式可估算出Ce(OH)₃粉末的粒径约为13纳米。图2是实施例2纳米Ce(OH)₃粉末的透射电镜照片，从图中可以看到粒径为10～20纳米，长为100纳米的纳米棒以及团聚在一起几纳米的小颗粒。
附图说明
图1为本发明制备的纳米氢氧化铈粉末的X射线衍射图谱。
图2为本发明制备的纳米氢氧化铈粉末的透射电镜照片。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
用25公斤真空感应炉熔炼91.5％的金属铈和8.5％的石墨，选用石墨坩埚，熔化后浇铸得到脆性碳化铈合金。将碳化铈合金破碎并研磨成粒径小于0.15mm粉末，取120ml去离子水于200ml的烧杯中，将其置于磁力搅拌器上进行搅拌，调节温度使其稳定在20℃，取合金粉6g，将其缓慢倒入去离子水中，经24小时反应后停止搅拌得到灰色悬浮液，将其静置一定时间后，抽滤掉水，空气中80℃烘箱烘干得到灰色纳米Ce(OH)₃粉末。BET测得其比表面66m²/g。
实施例2
用25公斤真空感应炉熔炼91.5％的金属铈和8.5％的石墨，选用石墨坩埚，熔化后浇铸得到脆性碳化铈合金。将碳化铈合金破碎并研磨成粒径小于0.15mm粉末，取120ml去离子水于200ml的烧杯中，将其置于磁力搅拌器上进行搅拌，调节温度使其稳定在30℃，取合金粉3g，将其缓慢倒入去离子水中，经24小时反应后停止搅拌得到灰色悬浮液，将其静置一定时间后，抽滤掉水，空气中80℃烘箱烘干得到灰色纳米Ce(OH)₃粉末。BET测得其比表面积为67m²/g。
实施例3
用25公斤真空感应炉熔炼90％的金属铈和10％的石墨，选用石墨坩埚，熔化后浇铸得到脆性碳化铈合金。将碳化铈合金破碎并研磨成粒径小于0.15mm粉末，取80ml去离子水于200ml的烧杯中，将其置于磁力搅拌器上进行搅拌，调节温度使其稳定在20℃，取合金粉2g，将其缓慢倒入去离子水中，经36小时反应后停止搅拌得到灰色悬浮液，将其静置一定时间后，抽滤掉水，空气中80℃烘箱烘干得到灰色纳米Ce(OH)₃粉末。BET测得其比表面积为69m²/g。