均匀分散的块状形貌碳酸铈晶体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种块状碳酸铈晶体的制备方法，其是在模拟生物矿化环境体系中，采用乙二胺四乙酸二钠为软模板剂、可溶性铈盐为原料，可溶性碳酸盐为沉淀剂，经过混合、陈化、过滤、洗涤和烘干步骤，制备得到均匀分散的块状形貌的碳酸铈晶体。本发明专利技术利用乙二胺四乙酸二钠的空间络合能力，通过晶格匹配和立体化学互补，对碳酸铈的成核和晶体生长进行调控，得到了粒度、形貌和结构可控的碳酸铈晶体；制备方法具有原料价格低廉、反应条件温和、能耗低等特点，适合工业化生产。

Uniformly dispersed block shape cerium carbonate crystal and preparation method thereof

The invention relates to a preparation method of a bulk cerium carbonate crystal, which is in biomineralization in the environmental system, using two sodium EDTA as soft template agent, soluble cerium salt as raw material, soluble carbonate as precipitating agent, after mixing, Chen Hua, filtering, washing and drying steps, the prepared cerium carbonate crystal block the morphology of the dispersed. The invention uses the space complexing ability of two sodium EDTA, through the lattice matching and stereochemistry complementarity, the cerium carbonate nucleation and crystal growth regulation, cerium carbonate crystal with controllable particle size, morphology and structure were obtained; the preparation method has the advantages of low price of raw materials, mild reaction conditions, low energy consumption, suitable for industrialized production.

【技术实现步骤摘要】
均匀分散的块状形貌碳酸铈晶体及其制备方法
本专利技术涉及粉体材料
，具体涉及一种均匀分散的块状形貌碳酸铈晶体及其制备方法。
技术介绍
包头稀土资源丰富，而且包头稀土资源的特点是以轻稀土占主导地位，其中铈含量占50％，因此开发铈资源优势尤为重要。氧化铈具有N型半导体的性质，有独特的4f电子结构，表现出优异的储放氧能力和电荷交换能力，广泛应用于三效催化剂、燃料电池、光催化、废水废气处理、玻璃抛光剂和电子陶瓷等领域。近年来，国内对特殊形貌氧化铈的需求日益旺盛，氧化铈的应用都要求其粒子具有特殊的物性，如粒子的形貌、尺寸、结构、分散性、表面性能等，这些物化性能决定其应用领域，因此，探寻更加简易可控的制备方法就非常必要。将生物矿化方法引入制备特殊形貌的氧化铈，有望实现氧化铈的形貌、粒度分布和结构的有效控制。由于低温焙烧时二氧化铈的形貌具有遗传性，所以通过合成特殊形貌的碳酸铈就可以控制氧化铈的形貌。模板剂作为合成材料控制剂，直接参与了材料的自组装过程。目前，利用不同的模板剂制备出了球状、棒状和花状等不同形貌的氧化铈，至于块状碳酸铈晶体，还未见报道。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术目的在于提供一种均匀分散的块状形貌碳酸铈晶体及其制备方法，以通过利用乙二胺四乙酸二钠的络合作用和空间结构，通过晶格匹配和立体化学结构互补控制碳酸铈形核过程和晶体生长，得到颗粒尺寸均匀、形貌规则的块状状碳酸铈晶体；整个反应过程在室温下进行，反应条件温和，方法简单，易于控制。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：第一方面，本专利技术提供了一种块状碳酸铈晶体的制备方法，包括如下步骤：S1：在铈盐溶液中加入模板剂，混合均匀，调节pH值至3～5，得到混合液；S2：在混合液中加入沉淀剂的水溶液，搅拌后进行陈化；S3：将陈化得到的产物依次进行过滤、洗涤和烘干，得到块状碳酸铈晶体。需要说明的是，S1和S2中，加入的过程均可以伴随不断的搅拌。在本专利技术的进一步实施方式中，S1的混合液中，Ce3+的摩尔浓度为0.05～0.58mol/L，模板剂的浓度为3～12g/L。在本专利技术的进一步实施方式中，S2中，沉淀剂和铈盐的质量比为1:(0.5～2)，沉淀剂的水溶液中沉淀剂的摩尔浓度为0.04～0.58mol/L。在本专利技术的进一步实施方式中，S2中，加入为缓慢加入，加入过程的时间为0.5～4h；搅拌的时间为0.5h。在本专利技术的进一步实施方式中，S2中，陈化的时间为0.5～48h。在本专利技术的进一步实施方式中，S1中，铈盐为可溶于水的铈盐，可溶于水的铈盐包括硝酸铈、氯化铈、醋酸铈和硫酸铈中的一种或多种。在本专利技术的进一步实施方式中，S2中，沉淀剂为可溶性碳酸盐，可溶性碳酸盐包括碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或多种。在本专利技术的进一步实施方式中，S1中，模板剂为乙二胺四乙酸二钠。在本专利技术的进一步实施方式中，S3具体包括：将陈化得到的产物过滤，收集滤饼；将滤饼采用去离子水水洗3次，然后醇洗2次；将醇洗后的滤饼在60℃烘干2h，得到块状碳酸铈晶体。第二方面，本专利技术提供了采用块状碳酸铈晶体的制备方法制备得到的块状碳酸铈晶体。本专利技术是在模拟生物矿化的液相沉淀体系中，利用乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为软模板剂，可溶性铈盐为原料，加入含碳酸根的沉淀剂，经过陈化、过滤、烘干，制备出了均匀分散的方块状形貌的碳酸铈晶体，该晶体长为2～3μm，宽为2～3μm，高为0.2～1μm。本专利技术提供的技术方案，具有如下的有益效果：(1)本专利技术首次利用乙二胺四乙酸二钠作为模板剂，利用其与铈离子的络合能力，吸附在碳酸铈晶体表面，通过晶格匹配和立体化学结构互补具有空间定位和空间约束的作用(利用COO-与Ce3+络合作用形成碳酸铈的形核位点，通过加入含碳酸根的沉淀剂控制碳酸铈晶化单元自组装过程，NH2基吸附在碳酸铈晶体表面)，控制成核过程和晶体生长等，使得碳酸铈晶体的大小、形貌、结构都得到控制和调节；(2)本专利技术模拟生物矿化环境的液相沉淀体系制备块状碳酸铈晶体，整个反应过程在室温下进行，反应条件温和，方法简单，易于控制。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为本专利技术实施例一中制备得到的块状碳酸铈晶体的SEM图；图2为本专利技术实施例二中制备得到的块状碳酸铈晶体的SEM图；图3为本专利技术实施例三中制备得到的块状碳酸铈晶体的SEM图；图4为本专利技术实施例四中制备得到的块状碳酸铈晶体的SEM图；图5为本专利技术对比例中制备得到的无规则片状碳酸铈晶体的SEM图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。本专利技术采用的(NH4)2CO3、NH4HCO3购自于天津试剂三厂，乙二胺四乙酸二钠购自于天津市风传化学试剂科技有限公司，乙醇为分析纯产品。下面结合具体实施例对本专利技术提供的块状碳酸铈晶体及其制备方法作进一步说明。实施例一本实施例提供一种块状碳酸铈晶体的制备方法，包括如下步骤：S1：配制浓度为1.90mol/L的硝酸铈溶液，取该溶液15mL于3000ml烧杯中，加水至580ml；称取模板剂乙二胺四乙酸二钠2.16g，加入铈盐溶液搅拌至均匀，调pH值为3.5，得到混合液，且混合液中，Ce3+的摩尔浓度为0.05mol/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为3.72g/L；S2：称取沉淀剂碳酸铵7.5g，加水580mL溶解，搅拌混合均匀，用蠕动泵在混合液入沉淀剂碳酸铵的水溶液，加料时间为3h，加料完成后继续搅拌0.5h，陈化4h；S3：将陈化得到的产物过滤，收集滤饼；将滤饼采用去离子水水洗3次，然后醇洗2次；将醇洗后的滤饼在60℃烘干2h，得到块状碳酸铈晶体。结果：得到的碳酸铈晶体为块状碳酸铈晶体，具体如图1所示。实施例二本实施例提供一种块状碳酸铈晶体的制备方法，包括如下步骤：S1：配制浓度为0.90mol/L的醋酸铈溶液，取该溶液32mL于3000ml烧杯中，加水至580mL；称取模板剂乙二胺四乙酸二钠2.16g，加入铈盐溶液搅拌至均匀，调pH值为4，得到混合液，且混合液中，Ce3+的摩尔浓度为0.05mol/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为3.72g/L；S2：称取沉淀剂碳酸铵7.5g，加水1900mL溶解，搅拌混合均匀，用蠕动泵在混合液入沉淀剂碳酸铵的水溶液，加料时间为3h，加料完成后继续搅拌0.5h，陈化4h；S3：将陈化得到的产物过滤，收集滤饼；将滤饼采用去离子水水洗3次，然后醇洗2次；将醇洗后的滤饼在60℃烘干2h，得到块状碳酸铈晶体。结果：得到的碳酸铈晶体为块状碳酸铈晶体，具体如图2所示。实施例三本实施例提供一种块状碳酸铈晶体的制备方法，包括如下步骤：S1：配制浓度为1.90mol/L的硝酸铈溶液，取该溶液16mL于3000ml烧杯中，加水至580ml；称取模板剂乙二胺四乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种块状碳酸铈晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：在铈盐溶液中加入模板剂，混合均匀，调节pH值至3～5，得到混合液；S2：在所述混合液中加入沉淀剂的水溶液，搅拌后进行陈化；S3：将所述陈化得到的产物依次进行过滤、洗涤和烘干，得到所述块状碳酸铈晶体。

【技术特征摘要】
1.一种块状碳酸铈晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：在铈盐溶液中加入模板剂，混合均匀，调节pH值至3～5，得到混合液；S2：在所述混合液中加入沉淀剂的水溶液，搅拌后进行陈化；S3：将所述陈化得到的产物依次进行过滤、洗涤和烘干，得到所述块状碳酸铈晶体。2.根据权利要求1所述的块状碳酸铈晶体的制备方法，其特征在于：所述S1的所述混合液中，Ce3+的摩尔浓度为0.05～0.58mol/L，模板剂的浓度为3～12g/L。3.根据权利要求1所述的块状碳酸铈晶体的制备方法，其特征在于：所述S2中，所述沉淀剂和所述铈盐的质量比为1:(0.5～2)，所述沉淀剂的水溶液中沉淀剂的摩尔浓度为0.04～0.58mol/L。4.根据权利要求1所述的块状碳酸铈晶体的制备方法，其特征在于：所述S2中，所述加入为缓慢加入，加入过程的时间为0.5～4h；所述搅拌的时间为0.5h。5.根据权利要求1所述的块状碳酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡艳宏，李梅，段志雄，徐良，柳召刚，王觅堂，张晓伟，田甜，陈宇，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15