[发明专利]高比表面积微纳米二氧化铈的制备方法

说明书

本发明公开了一种高比表面积微纳米二氧化铈的方法，包括：配制含铈的无机酸溶液，加入无机盐矿化剂、表面活性剂和过氧化氢，搅拌形成铈盐溶液，配制沉淀剂溶液，在搅拌下将沉淀剂溶液滴入铈盐溶液中，恒温搅拌形成铈盐浆料，铈盐浆料在80～95℃下，反应2h～24h，离心洗涤，烘箱干燥，将干燥后的材料充分研磨，经高温焙烧，得到高比表面积的纳米二氧化铈。与传统的水热法相比，本发明的方法反应温度低，条件温和，容易操作，得到的微纳米二氧化铈比表面积高、粒径小，更易于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于纳米材料制造领域，具体涉及一种高比表面积微纳米二氧化铈的制备方法。

背景技术

二氧化铈由于具有优异的氧化还原能力，被广泛用作于功能材料来使用，二氧化铈在催化行业、抛光行业、能源转换等领域得到了广泛地运用。而二氧化铈的纳米结构化对二氧化铈的氧化还原能力等均有较大的提高，并且随着人类科技的发展对纳米二氧化铈的需求量越来越大。如作为抛光剂的二氧化铈，随着人们对硅电子器件的尺寸要求越来越高，使得各元件之间的距离越来越小，这就对作为抛光剂的二氧化铈的尺寸要求越来越高了。所以制备高反应活性和催化效率的纳米二氧化铈是人们一直努力研究的方向。

纳米结构的二氧化铈主要包括了，一维纳米二氧化铈，纳米二氧化铈薄膜以及纳米二氧化铈颗粒，目前纳米二氧化铈颗粒则是应用最多的纳米结构二氧化铈。制备纳米二氧化铈颗粒的方法有许多，如水热法、沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、固相法等常用手段。这些方法或多或少的都存在工业生产难度大，合成量小，操作工艺复杂，生产成本高的缺陷。因此开发一种科技含量高、附加值高、成本低的新产品具有极大的经济价值及社会效益。

水热法制备二氧化铈，是在密封的压力容器中，以水或其它液体作为介质，在高温高压等条件下制备二氧化铈，通过添加不同的表面活性剂或改变反应参数(如反应温度、反应时间等)可得到不同形貌的二氧化铈，水热法为各种前驱物的反应和结晶提供了一个在常压条件下无法得到的物理和化学环境。粉体的形成经历了溶解、结晶过程。制备过程中还可以不采取高温灼烧处理，避免可能形成的粉硬团聚，制得的粉体纯度高，分散性好。

沉淀法制备二氧化铈，是把沉淀剂加入铈盐溶液中进行沉淀处理，再将沉淀物过滤、干燥、焙烧，得到二氧化铈，常见沉淀法有直接沉淀法、均相沉淀法、共沉淀法等。直接沉淀法是使溶液中的金属阳离子直接与沉淀剂发生化学反应而形成沉淀物；均相沉淀法是通常加入的沉淀剂(常用尿素)，不立刻与被沉淀组分发生反应，而是通过水解等化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢生成，克服了由外部向溶液中直接加入沉淀剂而造成沉淀剂的局部不均勾性的缺点；化学沉淀法制备纳米二氧化铈过程简单，容易放大，成本低，但是纳米粒子易在后期处理中团聚，造成粒子分散性不好。

溶胶-凝胶法是以铈的有机醇盐或无机盐为原料，加入溶剂中使其经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶,然后使溶质聚合凝胶化,再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分,最后得到二氧化铈。溶胶-凝胶法具有反应条件温和、产物均一、样品纯度高的优点，但溶胶-凝胶法生产成本高、控制困难等缺点，难以实现大规模工业生产。

微乳液法以由两种互不相溶液体在表面活性剂作用下形成的热力学稳定的、各向同性的、外观透明或十分透明的分散体系，其中分散相以微液滴的形式存在。用于制备纳米结构的微乳液又称反相胶束法，通过使用不同的表面活性剂和助表面活性剂，控制微小反应器的大小，限制粒子生长。微乳液法制备的二氧化铈具有粒子大小均一、不易聚结、易于控制粒子大小，但由于表面活性剂及溶剂较多，导致样品不易洗涤、生产成本过高等诸多原因，不利于工业生产。

固相法一般是把金属氧化物或其盐按照配方充分混合，研磨后进行焙烧，最终得到金属及金属氧化物的超细粒子。该法工艺简单，污染较少，但能耗较大，温度较高。

其他方法如喷雾热解法，配制铈盐高浓度溶液，通过喷雾嘴头，以一定的流速雾化在热解塔中，收集并焙烧，得到二氧化铈，此法对生产设备要求较高，且易于出现空壳粒子，影响产品质量。