本发明专利技术属于晶体粉末材料制备技术领域，具体涉及一种溶胶凝胶法制备介孔氧化铈粉体的方法。本发明专利技术的方法，采用乙醇、醋酸、丁二醇和柠檬酸组成的混合液作为模板剂；为介孔氧化铈粉体的合成提供了新的合成路线。模板剂是容易获取的化学试剂，且成本低廉；制备1g介孔氧化铈粉，所用原料成本为2.30元。本发明专利技术的方法，制备周期短，最短反应周期为6h；工艺可控，仅煅烧步骤需要在高温条件下完成，所需最高温度为450℃；效率高，每1gCe(NO3)3·6H2O可产出0.40g介孔氧化铈粉体。所制备的介孔氧化铈粉体，颗粒小，平均粒径为5.00μm，孔道小且均匀，90％的孔径尺寸分布范围在3.0～5.0nm。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于晶体粉末材料制备
，具体涉及。
技术介绍
稀土元素由于具有独特的4f电子，其化合物具有特殊的光、电、磁性质。其中，萤石型结构的氧化铈及其固溶体，具有较强的储氧和释氧能力及高温离子导电率等性能，在催化、能源、电子学、磁学、超导、光学能诸多领域具有巨大的发展潜力。尤其是微纳氧化铈粉体，具有Ce4YCe3+两种氧化态(Ce3+ Ce4++e)。在贫氧或还原条件下，氧化铈表面的一部分Ce4+被还原成Ce3+，并产生氧空位，形成一系列的具有氧缺陷结构的Ce02_x化合物，提供CO和HC氧化所需要的氧。在富氧或氧化条件下，Ce3+可被氧化成Ce4+，从而Ce02_x转化为CeO2,实现储存氧、还原汽车尾气中的NOx的目的。作为高比表面积的介孔氧化铈粉体，还具有规则的孔道结构、良好的化学稳定性及对高的负载金属分散度等独特的性能，表现出极强的储放氧功能及高温快速氧空位扩散能力，在燃料电池电极、汽车尾气三效催化剂与催化加氢反应等方面凸显出广阔的应用前景。纳米氧化铈的制备研究可以追溯至上世纪80年代末，采用的方法主要包括机械化学法、沉淀法、电化学法、溶剂热法、水热法等。从20世纪70年代开始，模板法逐步发展起来，该方法相对简单、可控性强，目前已成为合成微纳米多孔材料的主要合成方法。依据液晶模板机理，合成介孔氧化铈需加入模板剂作为结构导向剂，通过模板剂的协同作用或分子自组装以及无机前驱体与模板剂分子之间的相互作用，形成稳定的分子聚集体，随后利用煅烧或溶剂萃取等方法将协同模板剂去除，最终形成介孔结构。Zhang等利用硝酸铈作为铈源，选定十六烷基三甲基氯化铵为模板剂。该方法合成的介孔氧化铈为均一萤石结构，孔道均匀。但是其合成过程需在pH值在11环境下晶化5天，反应时间较长，影响了该方法的进一步推广与应用(J.H.Zhang, Y.Q.Yang, J.M.Shen, J.A.Wang.MesostrcuturedCeO2 and Pd/CeO2 nanophases: Templated synthesis, crystalline structure andcatalysis properties.Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2005, 237(1-2): 182-190)。于强强等采用聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三嵌段聚合物做模板剂，以正硅酸乙酯为硅源水热合成具有介孔结构的SBA-15分子筛，再以其为硬模板、蔗糖为碳源合成具有有序介孔结构的CMK-3碳材料。最后将CMK-3浸溃于硝酸亚铈溶液中，经过干燥、焙烧，合成具有介孔结构的氧化铈粉体。SBA-15分子筛的制备需在550°C下焙烧5h，而CMK-3碳材料需要在650°C下恒温4h完成碳化过程(于强强，`刘玉良，何涛，索掌怀.介孔二氧化铈材料的合成与表征.烟台大学学报，2010，23(3): 172-175)。杨儒使用硫酸铈作为铈源，选定三乙胺和聚乙二醇作模板剂，合成的介孔氧化铈粉体孔径约为5nm左右(杨儒，刘建红，李敏.非表面活性剂合成CeO2介孔材料.中国稀土学报，2004，22 (6):739-745)。谭宁会等以硫酸高铈、二乙烯三胺为原料，氨水做沉淀剂，反应温度为80°C，陈化时间长达12h，合成介孔氧化铈(谭宁会，刘应亮，徐丽.沉淀法制备介孔二氧化铈.暨南大学学报，2010，31 (I): 67-70)。如何进一步简化合成路径，并实现孔径的控制、增加粉体的比表面积，进而提升其催化性能，是需要解决的主要问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种成本低、操作简单且易于控制的介孔氧化铈粉体的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是: ， 用由乙醇、醋酸、丁二醇和柠檬酸组成的混合液与Ce(NO3)3.6Η20作用，形成凝胶；将凝胶煅烧，获得浅黄色介孔氧化铈粉体。本专利技术的方法，采用乙醇、醋酸、丁二醇和柠檬酸组成的混合液作为模板剂；为介孔氧化铈粉体的合成提供了新的合成路线。乙醇、醋酸、丁二醇和柠檬酸溶液是容易获取的化学试剂,且成本低廉。上述制备方法中，所用原料的其中一种提供方式为: 将Ce (NO3) 3.6Η20配制成浓度为0.30~0.65mol/l的Ce (NO3) 3.6H20去离子水溶液； 将柠檬酸配制成浓度为0.17~0.26mol/l的柠檬酸去离子溶液。所述乙醇、醋酸、丁二醇的摩尔比为35~50:2~5:1 ; 乙醇、醋酸和丁二醇的总量与柠檬酸之间的质量比约为17~28:1 ; 乙醇、醋酸和丁二醇的总量与Ce (NO3) 3.6H20之间的质量比约为4.0~4.6:1。所述凝胶，形成凝胶的其中一种条件是:混合液和Ce (NO3) 3.6H20在60~80°C搅拌2~4h，然后于50~70°C下保温2.5~5h。所述煅烧，其中一种煅烧条件为:温度为180-450°c。上述制备方法，其中一种具体操作方式为: 将乙醇、醋酸、丁二醇和Ce(NO3)3.6H20混合均匀，然后加入柠檬酸，在60~80°C水浴中搅拌2~4h，再置于50~70°C干燥炉中保温2.5~5h，得凝胶； 将凝胶置于马弗炉中，先加热至180~210°C、保温15~30min，然后以10°C /min的升温速度加热至400~450°C、保温0.5~1.5h ;随炉冷却至室温，得浅黄色介孔氧化铈粉体。有益效果 进一步拓展了介孔氧化铈粉体的制备方法； 本方法成本低，制备Ig介孔氧化铈粉，所用原料成本为2.30元，加热用能源成本为1.50 元， 制备周期短，最短反应周期为6h ； 工艺可控，仅煅烧步骤需要在高温条件下完成，所需最高温度为450°C ； 效率高，每IgCe (NO3) 3.6H20可产出0.40g介孔氧化铈粉体； 并工艺简便易控适合于工业化，对氧化铈材料的制备具有重要意义； 介孔氧化铈粉体，颗粒小，平均粒径为5.00 μ m,孔道小且均匀，90%的孔径尺寸分布范围在3.0~5.0nm。【附图说明】图1为实施例1制备的氧化铈粉体的XRD衍射图； 图2为实施例1制备的介孔氧化铈粉体的扫描电镜图片。【具体实施方式】 实施例1 步骤1:准备原料 将3.91g分析纯的Ce (NO3) 3.6H20溶解于去离子水中得浓度为0.30mol/l的Ce (NO3) 3溶液；将0.98g分析纯柠檬酸溶解于去离子水中得浓度为0.17mol/l的柠檬酸溶液；将乙醇、醋酸、丁二醇按35:2.5:1摩尔比配制成17.14g混合液； 步骤2:制备 将混合液与Ce (NO3) 3溶液混合搅拌均匀，然后加入柠檬酸溶液，在65°C水浴中利用磁力搅拌4h混合均匀，然后置于55°C干燥炉中保温4.5h，得凝胶；将所得凝胶置于马弗炉中，先加热至180°C保温30min，然后以10°C /min的升温速度加热至400°C保温1.5h，随炉冷却至室温；得1.50g浅黄色介孔氧化铈粉体。整个制备过程用时约为11小时，大大缩短了制备周期，提高了生产效率。反应过程中，100°C以上的操作时间为145min，大大降低了能耗；节约了生产成本。将所得的介孔氧化铈粉体用德国布鲁克公司生产D8本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种溶胶凝胶法制备介孔氧化铈粉体的方法，其特征在于，用由乙醇、醋酸、丁二醇和柠檬酸组成的混合液与Ce(NO3)3·6H2O作用，形成凝胶；将凝胶煅烧，获得浅黄色介孔氧化铈粉体。
【技术特征摘要】
1.一种溶胶凝胶法制备介孔氧化铈粉体的方法，其特征在于， 用由乙醇、醋酸、丁二醇和柠檬酸组成的混合液与Ce(NO3)3.6Η20作用，形成凝胶；将凝胶煅烧，获得浅黄色介孔氧化铈粉体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将Ce (NO3) 3.6Η20配制成浓度为0.30~0.65mol/l的Ce (NO3) 3.6H20去离子水溶液； 将柠檬酸配制成浓度为0.17~0.26mol/l的柠檬酸去离子溶液。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述乙醇、醋酸、丁二醇的摩尔比为35~50:2~5:1 ; 乙醇、醋酸和丁二醇的总量与柠檬酸之间的质量比约为17~28:1 ; 乙醇、醋酸和丁二醇的总量与Ce (NO3) 3.6H20之间的质量比约为4.0~4.6:1。4...
【专利技术属性】
技术研发人员：左敏，刘世权，李嘉，王艳，赵德刚，耿浩然，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：
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