[发明专利]一种W/O型微乳液制备纳米CeO2粒子的方法

说明书

一、技术领域

本发明属于纳米材料的制备领域，尤其是用微乳液来制备纳米CeO₂粒子的方法。

二、背景技术

我国有着丰富的稀土资源，约占世界已探明储量的80％以上，其中铈的含量最丰。稀土氧化物CeO₂是较为重要的轻稀土产品，已被广泛地应用于发光材料、催化剂、电子陶瓷、紫外线吸收剂、精密抛光材料等。又由于其有着优越的储放氧功能及高温快速氧空位扩散能力，因此成为极具应用前景的汽车尾气催化净化材料、固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极材料、电化学反应促进材料等。

目前制备CeO₂粒子的方法众多，但普遍存在所得产物团聚严重，分散不均匀等问题，这些问题的存在限制了CeO₂粒子的应用和发展。有关研究表明，微乳液可以建立一种油/水共存的介质环境，克服以上制备缺陷。

微乳液是一种由油、水、表面活性剂(一般还含有助表面活性剂)组成的体系，能够将广泛类型的物质增溶在一个相中，是非极性有机物和无机盐的优良溶剂。乳液法可在粒子表面包裹一层表面活性剂分子，对所制备的粒子表面进行修饰，使粒子间不易聚结，最终达到制备的颗粒尺寸可控，粒径小，粒度分布窄，分散性好等目的。反相微乳液法是以不溶于水的有机溶剂为分散介质，以水溶液为分散相，在表面活性剂的配合作用下而得到的微乳液，其中水核(又被称为“水池”)大小一般在纳米尺寸范围内，彼此相互分离，因而反向微乳液法近年来成为人们研究的一个热点。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种用微乳液来制备纳米CeO₂粒子的方法，并制备出无明显颗粒团聚的、粒径分布均匀的纳米CeO₂粒子。

本发明所提供的这种用微乳液纳米制备CeO₂粒子的方法，其特征在于体系中不含有助表面活性剂，只由表面活性剂、油相及水相组成。

一种W/O型微乳液制备纳米CeO₂粒子的方法，其特征在于步骤如下：

微乳液区域的确定：由表面活性剂2-乙基己基膦酸单2-乙基己基酯，以下简称P507，油相磺化煤油，有机溶剂正庚烷及水相氢氧化钠溶液组成；乳化剂由表面活性剂P507和有机溶剂正庚烷组成；乳化剂∶磺化煤油∶氢氧化钠溶液中的NaOH三者质量比例范围为9.85～93.08∶2.39～88.67∶1.48～10.85；

搅拌作用下将浓度为0.1～1.2mol/L的铈盐溶液加入到微乳液区域中，其中铈盐溶液中铈离子∶P507摩尔比为1∶3，得到负载有机相；将40～120g/L的沉淀剂草酸溶液加入到负载有机相中，草酸用量为P507物质的量的4.5～6.75倍得到前驱物；将前驱物在250℃～750℃，1.5～6.5h加热焙烧得到黄色的纳米CeO₂粒子，其平均粒径为10～20nm。

进一步，乳化剂∶磺化煤油∶氢氧化钠溶液中的NaOH三者质量比例范围为75.47～87.5∶5.1～18.87∶5.66～10.85。

进一步，乳化剂∶磺化煤油∶氢氧化钠溶液中的NaOH三者质量比例范围为80.1∶9.05∶10.85。

最佳的乳化剂中P507∶C₇H₁₆的质量比为90∶10。

上述这种W/O型微乳液制备纳米CeO₂粒子的方法：

1.选取表面活性剂，不溶于水的有机溶剂(油相)和水相。

(1)表面活性剂

表面活性剂分为离子型和非离子型，具有能使溶液的表面张力明显降低，使不溶物质的溶解度明显增大等作用，一般有聚醇类，酯类，醚类，酰胺类等。本发明根据稀土萃取剂的表面活性，选用酸性磷类有机萃取剂2-乙基己基膦酸单2-乙基己基酯(简称P507)作为表面活性剂。

(2)不溶于水的有机溶剂(油相)

不溶于水的有机溶剂(油相)为不溶于水的各种脂肪烃或芳香烃中的一种或两种以上的混合溶剂，本发明选用磺化煤油作为有机溶剂(油相)。煤油的成分是从石油中分离提取的，主要是碳氢元素构成的有机物，是多种烃类的混合物。磺化煤油就是将普通煤油用浓硫酸洗涤，以除掉其中的不饱和键的烷烃。

本发明还包括在体系中加入有机溶剂饱和烷类，所加入饱和烷类为C6～C10，本发明加入正庚烷(C₇H₁₆)作为示例。

(3)碱溶液(水相)