[发明专利]一种稀土含氧硫酸盐的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种稀土含氧硫酸盐的制备方法。

背景技术：

稀土含氧硫酸盐的通式为RE₂O₂SO₄，该类材料作为水气转换(water-gas shift，WGS)和水气逆转换(reverse WGS)的催化剂、多晶固体电解质、尤其是作为新型储氧材料和发光基质得到了广泛关注。通过煅烧该类材料也可以获得在发光、闪烁和照明等领域具有重要应用的稀土硫氧化物RE₂O₂S。制备该类材料的传统和常用方法为煅烧稀土硫酸盐(RE₂(SO₄)₃)，其他制备方法包括以Y₂O₃和CS₂为原料经高能球磨和后续煅烧制备Y₂O₂SO₄，以稀土硝酸盐、十二烷基磺酸钠和硫酸钠等为原料经煅烧制备Y₂O₂SO₄，以含硫氨基酸为原料合成前驱体并后续煅烧制备Y₂O₂SO₄球形颗粒，以稀土硝酸盐和硫酸铵为原料采用沉淀法合成一类非晶前驱体并通过后续煅烧制备Gd₂O₂SO₄。但RE₂O₂SO₄的上述制备方法常常存在产物形貌不易调控或副产物对环境有害等问题。近期有研究人员发现了一类新型硫酸盐型稀土层状氢氧化物RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O，并利用RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O中RE/S摩尔比与RE₂O₂SO₄完全一致的特点，通过空气中煅烧RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O而获得了RE₂O₂SO₄(RE＝Pr～Tb)。该技术路线具有简单环保、前驱体制备过程中硫源温和且煅烧过程中副产物仅为水蒸汽等优势。但目前尚存在如下主要问题：(1)除La₂(OH)₄SO₄·nH₂O外的RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O的合成主要局限于沉淀法，其产物多为形貌不规则的团聚体且存在室温下HMT水解缓慢、高温下空气中反应时易生成甲醛和甲酸等有机物而降低产率等问题；(2)某些小半径重稀土元素在溶液中的剧烈水解导致RE³⁺/OH^-、RE³⁺/SO₄^2-及SO₄^2-/OH^-的摩尔比偏离RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O中的比例，致使小半径重稀土元素的该类化合物的合成无法实现，故元素种类仅限于轻稀土元素(La～Eu)和某些离子半径较大的重稀土元素(Gd和Tb)。受限于RE₂(OH)₄SO₄·nH₂O的元素种类，目前仅能通过煅烧而实现部分稀土元素的含氧硫酸盐RE₂O₂SO₄的绿色合成。

发明内容：