[发明专利]凹土/稀土氧化物复合材料的微波制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非金属矿物精加工与无机化工技术领域，具体的是稀土催化剂的微波化学制备方法。

背景技术

近年来环境问题已经成为严重制约人类发展的重大问题之一。工业废水、生活污水、农业污水等污染物数量与日俱增，给地球环境带来了很大的压力。污染物的降解已经成为人类亟待解决的问题。废水污染物成分复杂，降解难度大，传统的物理方法、化学方法、生化降解方法已经不能满足目前环境清洁的要求，研究开发一种生态学上洁净、安全、经济、新型的废水降解材料势在必行。

凹土(以下简称ATP)有较大的比表面积和丰富的纳米孔道，存在大量活化中心，吸附和催化氧化性好，自身就可以作为催化剂使用。另一方面其较大的比表面积也为许多金属（或其氧化物）的固定化提供了有利条件，因此，凹土在催化剂领域的一个重要应用就是作为催化剂载体，其应用于废水处理已有广泛报道。

稀土元素具有特殊的电子结构，电子不断向4f层填充而产生“镧系收缩”现象。稀土化合物（特别是稀土氧化物）的科研和工业应用都得到了很大发展。研究者发现它们对许多化学反应有催化活性。如稀土CeO₂作为三效催化剂中的促进剂，可通过Ce³⁺与Ce⁴⁺之间的转化，加强材料的储放氧的能力。中国专利申请号为200810019827.1“凹凸棒负载纳米氧化铈的制备方法”，以天然凹土、铈盐和六次甲基四胺为原料，采用均匀沉淀法工艺合成，70~100℃水浴加热反应1~5h。该方法存在的主要问题是反应时间长，受热不均匀，能量利用率低。

微波是一种高频电磁波，与常规加热相比，微波加热不仅速度快，效率高，而且所制备的微粒比表面积大，粒径小，粒度分布均匀。中国专利申请号200810148023.1“微波制备负载型纳米TiO₂复合光催化材料的方法”，通过微波辐射5~25min等步骤，制备出了负载型纳米TiO₂，取得了较好的效果，粉体粒径分布均匀，颗粒形状规则。

因此，本专利结合微波加热的特点，采用快速微波化学法制备出了以凹土为载体负载稀土氧化物的复合材料。

发明内容

本发明利用微波合成技术具有均匀成核，合成迅速，晶体细小均匀，形态易控制，能耗低等优点，提供一种凹土/稀土氧化物复合材料的微波制备方法。微波辐射通过偶极子的转向极化和界面极化引起分子剧烈振动，从而将微波能转变为热能，在微波辐射作用下，微波场激活了水分子的转动能级，既提供了晶化所需的热能，又使缔合氢键破裂而释放出孤立的活性水分子，这些活性水分子具有很高的活化能，使合成体系均匀而快速受热。在这样地条件下，稀土氧化物晶体大量成核，晶体成核与生长同时进行，形成的晶体颗粒均匀细小。

本发明以凹土、稀土硝酸盐、沉淀剂为主要原料，采用快速微波化学法进行合成。通过优化微波功率、载体与稀土元素质量比、反应时间及煅烧温度等工艺参数来控制凹土/稀土氧化物复合材料的形貌和颗粒分布状态，从而得到负载均匀、分散性好的产品。

本发明的具体工艺过程是：将凹土分散于去离子水中得凹土悬浮液，然后加入稀土硝酸盐，在持续搅拌条件下加入沉淀剂。将其置于微波反应器中，微波功率300~500W，反应温度60~150℃，反应时间30~90min。经200~600℃煅烧3～6 h得到凹土/稀土氧化物复合材料。

所述稀土硝酸盐是硝酸镧、硝酸铈、硝酸镨、硝酸钕、硝酸钐、硝酸铽等稀土硝酸盐中的任意一种。

所述的沉淀剂是六亚甲基四胺、尿素、碳酸氢铵、氨水中的任意一种，浓度为10~20g/L。

所述的凹土/稀土氧化物复合材料制备方法，其凹土悬浮液浓度5~30g/L，稀土硝酸盐的用量以生成的氧化物的质量计，其氧化物总质量占凹土质量的10%～80%。

所述的凹土/稀土氧化物复合材料制备方法，其特征在于微波功率300~500W，反应温度60~150℃，反应在常压下进行，时间为30~90min。

所述的凹土/稀土氧化物复合材料制备方法，其煅烧温度为200~600℃，煅烧时间为3~6h。

本发明采用微波化学法制备出了负载均匀、分散性好的凹土/稀土氧化物复合材料，无需复杂的设备，所用化学原料价格便宜，实验可重复性好，有很高的经济价值。