用于制备包含至少一种过渡金属（Ｍ）的二氧化铈纳米颗粒的方法，该方法利用氢氧化铈纳米颗粒的悬浮液，该悬浮液通过机械剪切包含氧化剂的含水混合物而制备，该氧化剂的量能够有效地使亚铈离子氧化成铈离子，从而形成包含含过渡金属的二氧化铈纳米颗粒Ｃｅ１－ｘＭｘＯ２的产物流，其中“ｘ”具有约０．３至约０．８的值。由此获得的该纳米颗粒具有立方萤石结构、约１纳米至约１０纳米的平均流体力学直径和约４级以下的几何直径。该含过渡金属的晶体二氧化铈纳米颗粒可用于制备非极性介质中该颗粒的分散体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
概言之，本专利技术涉及二氧化铈纳米颗粒，并特别地涉及包含一种或多种过渡金属 (M)的二氧化铈纳米颗粒(Cei_xMx02)，以及用于制备此颗粒的方法。这些纳米颗粒用作燃料添加剂组合物的组分，用作用于催化转化器的修补基面涂层(wash coat)或者用作用于还原/氧化反应的催化剂。
技术介绍
货车运输业贡献了超过5%的美国⑶P，其由多于500，000的雇佣车队、私人车队和政府车队组成，也包括自营车主。它是美国经济的晴雨表，其代表了所有美国国内货物运输方式所运载的载重量的近70%，包括制成品和零售商品。此行业几乎唯一地由柴油发动机(压燃式发动机)来提供动力，该发动机的特征在于在低转速(rpm)下增长的 (developed)高转矩，以及与火花点火式(汽油)发动机相比高出25%的热力学效率。由于2007年美国环境保护局(EPA)强制减排氮氧化物(NOx)和柴油微粒物质(DPM或炭黑 (soot))，柴油动力的机动车目前需要配备柴油氧化催化剂(DOC)或一定形式的催化转化器，并且需要燃烧超低硫柴油燃料(ULSD) ( < 15ppm S)。这些技术和其他技术(如EGR (废气再循环))是满足EPA强制排放标准所必要的。对ULSD的需要是由高硫量造成的DOC上的贵金属硫中毒的结果。此立法具有广泛的影响，因为(道路)柴油燃料在美国以惊人的速率被消耗(650兆加仑/周)，其仅次子汽油的消耗速率(1300兆加仑/周)。预计该EPA强制令的估算成本将使一加仑柴油燃料的费用增加约0. 39美元。此增加的费用分解为以下部分增加的发动机费用(0.11美元/加仑)、微粒收集器维护费 (0. 05美元/加仑)、降低的燃料经济性(0. 09美元/加仑)、ULSD的增加(0. 06美元/加仑)和较低的ULSD燃料能含量(0. 08美元/加仑)。显而易见地，任意能够提供DPM和其他排放的降低、同时提高燃料经济性(如通过每加仑英里数(miles-per-gallon)的增加来测量的)的技术将被认为是巨大的金融和环境效益。柴油燃料添加剂(特别是那些包含不同于有机材料的无机金属和金属氧化物材料的那些柴油燃料添加剂)提供了降低DPM并改进燃料经济性的希望。Kracklaurer (美国专利No. 4，389，220，其公开内容作为参照并入本文)描述了调整柴油发动机的方法，其中柴油发动机以包含约20-30ppm的二茂铁的柴油燃料运行一段时间，此时间足以消除该发动机燃烧表面的积碳并在该燃烧表面上沉积氧化铁层，该氧化铁层足以防止积碳的进一步积累。接着，该柴油发动机以约10_15ppm的维持浓度的二茂铁或相等量的二茂铁衍生物持续地运行。该维持浓度对于维持该燃烧表面的催化氧化铁层有效，但并不足以降低该发动机中的定时延迟。加入的二茂铁可在该发动机汽缸表面生成氧化铁(Fe2O3),该氧化铁与积碳(炭黑)反应形成狗和CO2,从而去除该沉积物。然而，此方法可能通过锈的形成而加速该发动机的老化。Valentine等人(美国专利申请公开No. 2003/0148235，其公开内容作为参照并入本文)描述了用于提高燃料燃烧效率的特定的双金属或三金属的燃料添加型催化剂。该催化剂降低了未燃烧的碳在传热表面结垢，同时限制了辅助添加剂灰分的量，当以通常所采用的形式和数量使用时，辅助添加剂灰分本身可能导致微粒收集器装置的过度负荷，或导致有毒的超细颗粒的排放。通过使用包含可溶于燃料的由钼和至少一种附加金属(包括铈和/或铁)组成的催化剂的燃料，降低了由不完全燃烧所产生的类型的污染物的生成。可采用超低量的无毒金属燃烧催化剂以改进热回收，并降低受管制污染物的排放。然而，在该发动机成为“经过调整的”之前，除了使用稀有金属和贵金属(如钼)之外，此类型的燃料添加剂可需要数个月。“经过调整的”意味着该添加剂的所有效益直到已用该催化剂操作该发动机一段时间后才获得。初始调整可能需要45天，并且可能直到60-90天才能获得最佳效益。此外，游离金属可能从排气系统排至大气中，该游离金属可在大气中继续与活生物体反应。二氧化铈被广泛用作转化器中的催化剂，以消除有毒的排放废气并降低柴油动力机动车的微粒排放。在该催化转化器内，该二氧化铈可作为化学活性组分，用于在还原性气体存在时释放氧以及通过与氧化性物种的相互作用而去除氧。二氧化铈可通过式1所示的可逆过程而储存并释放氧。CeO2 B CeO2-X + x/2 O2 (式 1)此过程被称作二氧化铈的储氧能力(OSC)。此时，二氧化铈作为储氧缓冲剂(很类似PH缓冲剂)，在低氧浓度或低氧压的空间区域释放氧，而在高氧压的空间区域吸附氧。当 χ = 0. 5时，二氧化铈实质上被充分还原成Ce2O3，而最大理论OSC为每克二氧化铈1452毫摩尔02。Ce3+和Ce4+离子之间的氧化还原电势在1. 3伏和1. 8伏之间，并且其高度地取决于所存在的阴离子基团和化学环境(CERIUM :A Guide to its Role in Chemical Technology, 1992年，Molycorpdnc出版，美国国会图书馆目录卡号92-93444))。这允许所述的正反应和逆反应易于在接近所需的氧的化学计量比(15 1)的废气中发生。二氧化铈可在缺氧环境下为CO或烃的氧化提供氧，或者相反地可在富氧环境下吸附氧以降低氮氧化物(NOx) 量。相似的催化活性也可在将二氧化铈作为添加剂加入燃料(例如，柴油或汽油)时发生。 然而，为了使此效果有用，二氧化铈的颗粒尺寸必须足够小，即，纳米微粒(100纳米以下)， 以在燃料中通过布朗运动保持悬浮而不沉淀下来。此外，由于催化效果取决于表面积，小的颗粒尺寸使得该纳米结晶材料作为催化剂更加有效。在燃料中掺入的二氧化铈不仅作为催化剂用以降低燃料燃烧所生成的有毒废气，例如通过“水煤气变换反应”CCHH2O — 0)2+H2，还促进在通常与柴油发动机联用的微粒收集器中积累的微粒的烧除(burning off)。如已注意到的，二氧化铈纳米颗粒为具有100纳米以下的平均直径的颗粒。为了本专利技术的目标，除非另有说明，纳米颗粒的直径指其流体力学直径，其为通过动态光散射技术所确定的直径，并且此直径包括该颗粒的分子吸附物和伴随的溶剂化壳层。还可使用透射电子显微照相(TEM)来估计几何颗粒直径。将二氧化铈在其进入发动机之前分配入燃料的机动车车载给药系统(vehicle on-board dosing system)是已知的，但此系统复杂且需要全面的(extensive)电子控制以将适宜量的添加剂加至该燃料。为避免此复杂的车载系统，也可将二氧化铺纳米颗粒在较早阶段加入燃料以实现改进的燃料效率。例如，它们可在炼厂掺入(通常随同加工添加剂例如十六烷值增进剂或润滑剂)，或者在燃料分配油罐场加入。二氧化铈纳米颗粒也可在燃料配送中心通过支架注入(rack injection)而加入大(约100，000加仑)体积的燃料中，或者在更小的燃料公司仓库加入(这将允许根据特定的个人需求来定制)。此外，该二氧化铈可在加油站在向机动车传送燃料的过程中加入， 这将具有改进该颗粒分散体的稳定性的潜在优势。铈纳米颗粒可在发动机气缸和内部活动部件上形成陶瓷层，从而实质上使该发动机本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．用于制备包含至少一种过渡金属（Ｍ）的晶格经改造的晶体二氧化铈纳米颗粒的方法，所述方法包括：（ａ）在约２０℃至约９５℃的初始温度下，提供包含亚铈离子源、一种或多种过渡金属离子（Ｍ）源、氢氧离子源的含水反应混合物，至少一种纳米颗粒稳定剂和氧化剂；（ｂ）机械剪切该混合物，并使其穿过多孔筛，从而形成氢氧化铈纳米颗粒的均匀分布的悬浮液；和（ｃ）提供能够有效地将亚铈离子氧化成铈离子的温度条件，从而形成包含含过渡金属的二氧化铈纳米颗粒Ｃｅ１－ｘＭｘＯ２的产物流，其中“ｘ”具有约０．３至约０．８的值，所述纳米颗粒具有结晶立方萤石结构、约１纳米至约１０纳米的平均流体力学直径和约１纳米至约４纳米的几何直径。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：A·G·迪弗兰切斯科，
申请(专利权)人：丝润技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US
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