[发明专利]一种氧化铈纳米粒子制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土材料的制备方法，特别是通过配位-氧化反应制备在非极性油中稳定分散的氧化铈纳米粒子的方法。

背景技术

氧化铈是一种在紫外吸收材料、气体传感器、光学材料、燃料电池、光催化氧化、汽车发动机尾气处理等诸多领域广泛应用的稀土材料。近年来，人们对纳米氧化铈粒子进行了比较深入的研究，有多种方法可以用于制备纳米氧化铈粒子，如高温煅烧法、水热合成法、溶液沉淀法、溶胶-凝胶法、反相微乳液法、声化学法、有机铈盐热分解法等。

尽管有关制备氧化铈纳米粒子的文献报道比较多(如：J.Am.Ceram.Soc.1993，76，1577.；Appl.Phys.Lett.2002，80，127.；J.Mater.Chem.2000，10，473.；J.Mater.Sci.Lett.2002，21，489.；Chem.Commun.1999，957.等)，但制得均匀稳定，特别是在极性较弱的油中仍具有较好分散性能的氧化铈纳米粒子是比较困难的。目前，利用反相微乳液法可以制得粒径均匀，分散稳定的纳米氧化铈粒子，但这种方法在工业化生产将时面临比较多的困难(Nat.Mater.2004，3，891)，例如，反相微乳液中氧化铈的浓度很低，生产时需要大量的有机溶剂，会导致生产工艺复杂，处理成本过高，这给生产成本控制和环境保护都带来很大压力。

发明内容

本发明的目的是提供一种能在非极性油中稳定分散的氧化铈纳米粒子制备方法，利用该方法不但可以得到颗粒均匀、分散性能好、能够作为非极性油添加剂的氧化铈纳米粒子，而且容易实现工业化生产。

本发明所述的一种能在非极性油中稳定分散的氧化铈纳米粒子制备方法，其特征在于以三价铈的无机盐为原料，先与含氮或氧或硫杂原子的可配位有机化合物通过配位化学反应生成三价铈配位化合物，然后在碱性条件下进行氧化而成，反应物料在整个过程中均处于高剪切场环境，具体生产方法是：

1、首先将可配位有机化合物以10-50％的质量浓度溶解于非极性油中，并将此溶液加入高速均质设备或者超重力反应设备中；

2、配制氯化铈或硝酸铈的三价无机铈盐的水溶液或甲醇溶液或乙醇溶液，使三价无机铈盐溶液的质量浓度为5-30％；

3、将三价无机铈盐溶液加入到高速均质设备或者超重力反应设备中，并使可配位有机化合物与三价无机铈盐的摩尔比在1～3∶1，控制设备温度40-60度，剪切转速800-25000转/分钟，反应时间为30-120分钟，结束后，加入碱性物质，使液体的pH值达到8～10；

4、向设备的液体中加入氧化剂进行氧化反应，氧化剂与三价无机铈盐的摩尔比为1.5-2.5∶1，反应时间30-120分钟，剪切转速800-25000转/分钟，结束后，离心除去水层，即得到粒径在5-100纳米范围之内的氧化铈纳米粒子。

所述的可配位有机化合物为分子结构中包含氮或氧或硫杂原子或杂原子环结构或亚胺结构的富电子基团的化合物，分子中同时含有大于8个碳的长链烷烃结构，并且这些富电子基团能与铈原子通过配位作用形成稳定的配位化合物，保证其在非极性油中溶解性良好，该类化合物的通式如下：

式(1)为二配位结构，式(2)为三配位结构，其中R1、R2、R3、R4、R5、R6代表不同链长和结构的烷烃或芳香烃基团，A1、A2、A3代表上述富电子基团。

制备方法步骤3中的碱性物质为氢氧化物或有机胺或氨水，有机胺为三乙胺或三乙醇胺或二乙醇胺。

制备方法步骤4中所述的氧化剂为过氧化氢。

所述的高速均质设备为具有狭缝剪切结构的高速均质机，其转速为5000-25000转/分钟。

所述的超重力反应设备为旋转填充床型反应器，转速范围在800-2000转/分钟，反应物料靠离心力作用在填料表面产生剪切分散。

所述非极性油是指溶剂精制型润滑油基础油，或加氢润滑油基础油，或正构或异构烷烃溶剂等。