一系列微/纳米稀土材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一系列微/纳米稀土材料及其制备方法。该方法宏量制备了一系列具有分散度高、粒径分布均匀、尺寸可控特点的稀土微/纳米材料。所述的稀土微/纳米材料包括氧化稀土材料、氢氧化物稀土材料、碳酸稀土材料、草酸稀土材料、碱式碳酸稀土材料中的一种或几种。本发明专利技术先配制稀土盐或稀土盐和添加剂的混合溶液，然后与沉淀剂溶液在成核反应器中快速混合反应，所得浆料置于晶化釜中晶化，最后洗涤固液分离得产品，然后焙烧得到氧化稀土材料。具体产品的粒径可以在20‑2000nm范围内进行控制。该方法操作简单、效率高可放大生产。所制备的稀土微/纳米材料可应用于催化、抛光、发光、磁性等领域。

【技术实现步骤摘要】
一系列微/纳米稀土材料及其制备方法
本专利技术属于稀土材料制备
，特别涉及一系列微/纳米稀土材料及其制备方法，具体涉及氧化稀土材料、氢氧化物稀土材料、碳酸稀土材料、草酸稀土材料、碱式碳酸稀土材料及其制备方法。
技术介绍
我国是世界上稀土储量最大的国家，稀土微/纳米材料在光、电、力、热、磁、催化等领域都表现出了非常好的性能，稀土材料的应用领域已经渗透了社会的各个行业，在国防科技领域作用更加突出。但目前我国的稀土产品多以初级加工为主，产品档次不高，技术含量低，没有充分发掘稀土资源中所蕴含的巨大价值，高端稀土产品完全依赖进口，在一定程度上，极大地浪费了宝贵的稀土资源，因此，提高稀土产品的技术含量，研发高品质稀土材料，增加稀土产品的附加值，是我国科研人员攻关的重点，也是我国稀土工业发展的必然方向。决定稀土微/纳米材料品质的一个重要因素就是材料的粒径尺寸和粒度分布的精确控制。目前我国稀土材料生产企业中都是采用很普通的共沉淀法来进行生产，这种方法存在着一个很明显的劣势：稀土盐溶液和沉淀剂溶液在反应釜中通过普通搅拌进行反应，反应物之间接触面积小，扩散速度慢，存在着浓度梯度导致反应不均匀。在反应过程中，反应早期形成的沉淀作为后期沉淀的晶种被新的沉淀粒子覆盖，新旧沉淀粒子的共同存在直接导致材料的粒径尺寸分布的不均，使合成得到的稀土材料的粒径尺寸和分散性能受到极大的影响，不同尺寸粒子的存在也使得所制备的稀土材料的晶体尺寸很难达到纳米级别，极大的影响了材料的性能和应用领域。近年来，许多科研人员尝试着用水热法、溶剂热法、微乳液法和溶胶凝胶法等来制备稀土纳米材料并取得了不错的进展，但是这些方法操作复杂、设备昂贵、反应条件苛刻，产量低、成本高，很难应用于规模化生产，因此，探索既能精确控制稀土纳米材料粒径及粒度分布又能适合工业化生产的制备方法迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一系列分散度高、粒径分布均匀、尺寸可控的微/纳米稀土材料及其制备方法。本专利技术充分利用反应溶液在成核反应器中高速旋转形成液膜并在液膜内发生碰撞共沉淀反应，增大了成核机率，降低了晶核生长的几率，使晶粒尺寸分布更窄，粒径更小。有利于得到尺寸在纳米级，粒度分布均匀的产品。同时，该方法简单易操作，反应条件温和，设备成本较低，非常适合产业化，此外，该方法还具有较好的普适性，只需要简单调变盐溶液的种类和沉淀剂的种类即可。本专利技术所述的微/纳米稀土材料包括氧化稀土材料、氢氧化物稀土材料、碳酸稀土材料、草酸稀土材料、碱式碳酸稀土材料中的一种或几种；所述的稀土为钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥中的一种或几种。所述的一种微/纳米稀土材料的制备方法如下：A.使用去离子水配制稀土盐溶液或稀土盐和添加剂的混合溶液；B.使用去离子水配制沉淀剂溶液；C.将步骤A得到的稀土盐溶液或稀土盐和添加剂的混合溶液和步骤B所得沉淀剂溶液同时加入成核反应器中，所得产物0-200℃晶化0-96小时后，去离子水洗涤，固液分离得到微/纳米稀土材料。步骤A所述的稀土盐包括稀土氯化物、稀土硫酸盐、稀土硝酸盐中的一种或几种，稀土盐中的稀土为钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥中的一种或几种，稀土盐的浓度为0.01-10.0mol/L。步骤A所述的添加剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、乙二醇、乙醇、异丙醇、P123、F127、氟化铵、氟化钠、氟硅酸铵、氟硅酸钠中的一种或几种；添加剂的浓度为0-10.0mol/L，优选0.01-10.0mol/L。所述的沉淀剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、草酸钠、草酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾、尿素、六次甲基四胺、氟化铵、草酸中的一种或几种；沉淀剂的浓度为0.01-10.0mol/L。所述稀土微/纳米氧化物的制备方法为：将上述方法制得的微/纳米稀土材料300-1200℃温度下焙烧1-24小时即得。本专利技术的有益效果：本专利技术充分利用成核反应器高速旋转形成的液膜促使反应物快速均匀成核，后期晶核生长条件一致性保证了所得纳米粒子尺寸均一，晶化温度和晶化时间可调保证了所得纳米粒子尺寸大小可控。成核反应器中反应物流体能够发生湍流形式的流动，在空间限于作用和快速扩散作用的共同作用下，提升了过饱和度的均一性，提升了成核速率，降低了晶体的生长速率。通过控制反应物的浓度、成核反应器的转速、晶化温度和时间从而得到晶粒尺寸可控、粒度分布较窄的稀土产品。具体产品的粒径可以在20-2000nm范围内进行控制。本专利技术的制备过程简单，快速，成本低廉，且获得的产品结构性好，非常有利于规模化生产。所制备的稀土微/纳米材料可应用于催化、抛光、发光、磁性等领域。附图说明图1是实施例1中的所得产品的扫描电子显微镜(SEM)表征。图2是实施例2中的所得产品的扫描电子显微镜(TEM)表征。图3是实施例3中的所得样品的X射线衍射(XRD)图。图4是实施例3中的所得样品的扫描电子显微镜(SEM)表征。图5是实施例4中的所得样品的X射线衍射(XRD)图图6是实施例4中的所得样品的扫描电子显微镜(SEM)表征图7是实施例5中的所得样品的扫描电子显微镜(SEM)表征。图8是实施例6中的所得样品的扫描电子显微镜(SEM)表征。图9是实施例7中的所得样品的扫描电子显微镜(SEM)表征。图10是实施例7中的所得样品的X射线衍射(XRD)图。图11是实施例8中的所得样品的透射电子显微镜(SEM)表征。图12是实施例9中的所得样品的扫描电子显微镜(SEM)表征。图13是实施例10中的所得样品的扫描电子显微镜(SEM)表征。具体实施方式实施例1A.称取37.3g的氯化铈溶解于1L的去离子水中，配成浓度为0.1mol/L的氯化铈溶液，待用。B.称取12.0g的氢氧化钠溶解于1L的去离子水中，配成浓度分别为0.3mol/L氢氧化钠溶液，待用。C.将步骤A和步骤B中溶液以相同的流速(100ml/min)同时加入成核反应器，控制成核反应器的转速为3000转/分钟，形成的沉淀浆料从成核反应器的出料口流出。D.反应得到的浆料置于晶化釜中在80℃的条件下晶化5小时后，经过滤洗涤后于60℃干燥12小时。即可获得氢氧化铈，化学式为Ce(OH)3。图1是所制备样品的扫描电镜图，由图可以看看出所制备样品的粒径分布均匀，粒径尺寸约为100nm且分布均匀。实施例2A.称取37.1g的氯化镧溶解于500mL的去离子水中，配成浓度为0.2mol/L的氯化镧溶液，待用。B.称取12.0g的氢氧化钠溶解于500mL的去离子水中，配成浓度分别为0.6mol/L氢氧化钠溶液，待用。C.将步骤A和步骤B中溶液以相同的流速(100ml/min)同时加入成核反应器，控制成核反应器的转速为3000转/分钟，形成的沉淀浆料从成核反应器的出料口流出。D.反应得到的浆料置于晶化釜中在80℃的条件下晶化5小时后，经过滤洗涤后于60℃干燥12小时。即可获得氢氧化镧，化学式为La(OH)3。图2是所制备样品的扫描电镜图，由图可以看出所制备样品粒度分布均匀，粒径尺寸约为800nm。实施例3A.称取37.3g的氯化铈溶解于1L的去离子水中，配成浓度为0.1mol/L的氯化铈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微/纳米稀土材料，其特征在于，其包括氧化稀土材料、氢氧化物稀土材料、碳酸稀土材料、草酸稀土材料、碱式碳酸稀土材料中的一种或几种；所述的稀土为钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥中的一种或几种。

【技术特征摘要】
1.一种微/纳米稀土材料，其特征在于，其包括氧化稀土材料、氢氧化物稀土材料、碳酸稀土材料、草酸稀土材料、碱式碳酸稀土材料中的一种或几种；所述的稀土为钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的一种微/纳米稀土材料的制备方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：A.使用去离子水配制稀土盐溶液或稀土盐和添加剂的混合溶液；B.使用去离子水配制沉淀剂溶液；C.将步骤A得到的稀土盐溶液或稀土盐和添加剂的混合溶液和步骤B所得沉淀剂溶液同时加入成核反应器中，所得产物0-200℃晶化0-96小时后，去离子水洗涤，固液分离得到微/纳米稀土材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤A所述的稀土盐包括稀土氯化物、稀土硫酸盐、稀土硝酸盐中的一种或几种，稀土盐中的稀土为钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥贵，段昊泓，雷晓东，
申请(专利权)人：北京化工大学，牛津大学，
类型：发明
国别省市：北京,11