一种高比表面耐高温铈锆固溶体的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高比表面耐高温铈锆固溶体的制备方法，所述固溶体主要由氧化铈和氧化锆组成，助剂元素为La、Pr、Y、Al、Hf中的一种或几种，在共沉淀制备过程中以炭黑、活性碳或石墨烯中的一种作为改性剂代替传统的有机高分子模板剂。本发明专利技术的制备方法简单易行，所制备的铈锆固溶体比表面积较大，高温稳定性较好，且对环境友好，容易实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高比表面耐高温铈锆固溶体的制备方法，属于稀土冶金

技术介绍
CeO2所特有的Ce3+/Ce4+氧化还原循环使其成为三效催化剂（TWCs）中一个重要的组成部分。但CeO2由于经历高温会使颗粒本身烧结，而将ZrO2加入CeO2中可以改善其高温稳定性。众所周知，三效催化反应主要发生在催化剂的表面，因此储氧材料铈锆固溶体的高比表面积和良好的热稳定性是其高催化能力的先决条件。专利CN102698731A公开了一种耐高温铈锆固溶体的制备方法，所制备的掺杂La、Y、Pr、Nd的铈锆固溶体高温稳定性较好，但其制备过程中使用的高分子有机改性剂在洗涤过程中会产生大量的废水，或是在高温焙烧过程中燃烧不完全会影响铈锆固溶体的纯度及性能。专利CN103316658A公开了一种纳米复合铈锆固溶体及其制备方法，同样在制备过程中使用了有机结构导向模板剂，如三嵌段共聚物P123、十六烷基三甲基溴化铵等。文献“纳米CeO2粉体的改性沉淀法制备研究”中考察了碳黑添加量、煅烧温度及煅烧时间对CeO2粒径的影响，虽然在共沉淀过程中采用无机物炭黑代替了有机模板剂，但仅限于对CeO2粒径的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种成本低、方法简单、环境友好的高比表面耐高温铈锆固溶体的制备方法。本专利技术所述的高比表面耐高温铈锆固溶体的制备方法包括如下步骤：（1）按照质量比为10-80:3.5-50:0.8-15称量可溶性铈盐、可溶性锆盐及掺杂元素的可溶性盐溶于去离子水中制成溶液；（2）将炭黑、活性碳或石墨烯中的一种作为改性剂加入步骤1的溶液中；（3）待步骤2的溶液充分混合均匀后加入H2O2，H2O2的加入量为可溶性铈盐质量的30%-50%；（4）将步骤3的溶液滴加到含有NH3•H2O或NH4HCO3中一种或两种的沉淀剂中，保持溶液pH=8-10，然后陈化反应4h得到的固液混合物；（5）最后将步骤4所得到的固液混合物抽滤洗涤，对抽滤洗涤得到的滤饼干燥，且在500℃下焙烧2h，650℃下焙烧2h得到所需的铈锆固溶体。步骤1所述的掺杂元素为La、Pr、Y、Al、Hf中的一种或几种；步骤2所述的改性剂的使用量为步骤1的溶液总质量的10%-60%；步骤5中滤饼干燥所用的干燥方法为冷冻干燥。采用上述技术方案，本专利技术的技术效果有：本专利技术的制备方法简单易行，制备过程中不涉及高分子有机物的使用，对环境友好，且容易实现工业化生产。本专利技术所合成的铈锆固溶体具有较高的比表面积及高温稳定性，在500℃焙烧2h，650℃焙烧2h后得到的铈锆固溶体比表面积为70-170m2/g，1000℃下焙烧4h后比表面积>30m2/g。具体实施方式实施例1：称量1.083gLa(NO3)3•6H2O、0.958gY(NO3)3•6H2O、13.024gCe(NO3)3•6H2O、4.834gZrOCl2•8H2O溶于150mL去离子水中，加入18g炭黑于上述溶液中并搅拌2h，待各盐溶液离子充分被炭黑吸附后加入5mLH2O2并继续搅拌1h，将上述配好的盐溶液加入NH4HCO3溶液中，滴加完毕后加入少量NH3•H2O使得溶液pH=9，陈化反应4h，抽滤洗涤，冷冻干燥，500℃下焙烧2h，650℃下焙烧2h得到所需的铈锆固溶体，测试其比表面积为90m2/g，1000℃下焙烧4h后其老化比表面为32m2/g。实施例2：称量1.326gLa(NO3)3•6H2O、7.57gCe(NO3)3•6H2O、15.66gZrOCl2•8H2O、12.21gAl(NO3)3•9H2O溶于100mL去离子水中，加入30g炭黑于上述溶液中并搅拌2h，待各盐溶液离子充分被炭黑吸附后加入3mLH2O2并继续搅拌1h，将上述配好的盐溶液加入NH3•H2O溶液中，并保持pH=9，滴加完毕后陈化反应4h，抽滤洗涤，冷冻干燥，500℃下焙烧2h，650℃下焙烧2h得到所需的铈锆固溶体，测试其比表面积为130m2/g，1000℃下焙烧4h后其老化比表面为38m2/g。实施例3：称量0.744gLa(NO3)3•6H2O、14gCe(NO3)3•6H2O、7.254gZrOCl2•8H2O、1.658gPr(NO3)3•6H2O溶于100mL去离子水中，加入30g活性炭于上述溶液中并搅拌2h，待各盐溶液离子充分被活性炭吸附后加入5mLH2O2并继续搅拌1h，将上述配好的盐溶液加入NH3•H2O溶液中，并保持pH=9，滴加完毕后陈化反应4h，抽滤洗涤，冷冻干燥，500℃下焙烧2h，650℃下焙烧2h得到所需的铈锆固溶体，测试其比表面积为75m2/g，1000℃下焙烧4h后其老化比表面为34m2/g。实施例4：称量0.958gY(NO3)3•6H2O、10.853gCe(NO3)3•6H2O、4.834gZrOCl2•8H2O、1.088gPr(NO3)3•6H2O溶于100mL去离子水中，加入58g炭黑于上述溶液中并搅拌2h，待各盐溶液离子充分被炭黑吸附后加入5mLH2O2并继续搅拌1h，将上述配好的盐溶液加入NH4HCO3溶液中，滴加完毕后加入少量NH3•H2O使得溶液pH=9，滴加完毕后陈化反应4h，抽滤洗涤，冷冻干燥，500℃下焙烧2h，650℃下焙烧2h得到所需的铈锆固溶体，测试其比表面积为82m2/g，1000℃下焙烧4h后其老化比表面为32m2/g。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高比表面耐高温铈锆固溶体的制备方法，其特征是：包括如下步骤：（1）按照质量比为10‑80:3.5‑50:0.8‑15称量可溶性铈盐、可溶性锆盐及掺杂元素的可溶性盐溶于去离子水中制成溶液；（2）将炭黑、活性碳或石墨烯中的一种作为改性剂加入步骤1的溶液中；（3）待步骤2的溶液充分混合均匀后加入H2O2，H2O2的加入量为可溶性铈盐质量的30%‑50%；（4）将步骤3的溶液滴加到含有NH3•H2O或NH4HCO3中一种或两种的沉淀剂中，保持溶液pH=8‑10，然后陈化反应4h得到的固液混合物；（5）最后将步骤4所得到的固液混合物抽滤洗涤，对抽滤洗涤得到的滤饼干燥，且在500℃下焙烧2h，650℃下焙烧2h 得到所需的铈锆固溶体。

【技术特征摘要】
1.一种高比表面耐高温铈锆固溶体的制备方法，其特征是：包括如下步骤：（1）按照质量比为10-80:3.5-50:0.8-15称量可溶性铈盐、可溶性锆盐及掺杂元素的可溶性盐溶于去离子水中制成溶液；（2）将炭黑、活性碳或石墨烯中的一种作为改性剂加入步骤1的溶液中；（3）待步骤2的溶液充分混合均匀后加入H2O2，H2O2的加入量为可溶性铈盐质量的30%-50%；（4）将步骤3的溶液滴加到含有NH3•H2O或NH4HCO3中一种或两种的沉淀剂中，保持溶液pH=8-10，然后陈化反应4h得到的固液混合物；（5）最...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳，李兆强，崔建国，马志鸿，赵文怡，张旭霞，张丞，
申请(专利权)人：包头稀土研究院，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15