一種二氧化鈰微米罐的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及二氧化鈰微米罐的制備方法,屬于新材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括三個步驟:(1)配制電噴溶液,將Ce(NO3)3·6H2O、PVP和十二烷基硫酸鈉溶于去離子水形成殼層電噴溶液,將PVP和十二烷基硫酸鈉溶于去離子水中形成芯層電噴溶液;(2)采用電噴離子化技術(shù)制備PVP/[PVP/Ce(NO3)3]復(fù)合微球,使用同軸噴嘴,在最佳工藝條件下進(jìn)行電噴制備;(3)制備CeO2微米罐,將PVP/[PVP/Ce(NO3)3]復(fù)合微球于600℃保溫4h后,自然冷卻至室溫得到CeO2微米罐,直徑為1~2μm。該種特殊形貌的CeO2微米罐對有機(jī)污染物具有良好的光催化降解能力。
【專利說明】一種二氧化鈰微米罐的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新材料制備研究領(lǐng)域,具體說涉及二氧化鈰微米罐的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化鈰(分子式為CeO2)具有非常廣泛的應(yīng)用,例如,可用于汽車尾氣三元凈化催化劑,具有活性高、價格低、壽命長等優(yōu)點(diǎn),并代替了大部分貴金屬,每年用量數(shù)千噸;CeO2可用于電子陶瓷和固體電解質(zhì);Ce02粉末對紫外線有極強(qiáng)的吸收性能,可用于制備紫外吸收材料,如用于吸收熒光燈管中的185nm短波紫外線,以提高燈管壽命,也用于防曬化妝品,防曬纖維,汽車玻璃等;塑料制品在紫外線作用下容易老化變脆,在其表面涂上含有氧化鈰微粒涂層(它對陽光是透明的)可防止塑料老化;坦克、汽車、艦船、貯油罐等表面上都需涂上樹脂和橡膠類油漆,而這些油漆由于受陽光紫外線的照射而極易老化變脆,將氧化鈰粉末加入其中制成的防紫外線涂料,其抗老化性明顯提高;Ce02也是一種良好的玻璃拋光劑;Ce02是一種良好的紫外光催化材料,可以降解環(huán)境中的有機(jī)污染物??傊?,CeO2應(yīng)用面廣,潛力巨大,附加值高,商業(yè)前景十分看好。
[0003]CeO2粉體主要采用高溫固相分解法制備,通常采用草酸鈰、碳酸鈰或硝酸鈰為原料,經(jīng)過高溫?zé)崽幚?,得到形貌不?guī)則的大顆粒CeO2粉末,直徑一般大于5 μ m,粉體的比表面積一般較小。
[0004]隨著納米科技的迅速發(fā)展,制備納米纖維的靜電紡絲技術(shù)引起了人們的濃厚興趣。在電紡絲過程中,人們向聚合物溶液或熔體施加幾千至上萬伏的高壓靜電,使電荷在聚合物溶液內(nèi)大量聚集,當(dāng)電荷聚集到一定程度,電荷之間的排斥力克服了溶液表面張力后,液體就會形成細(xì)流噴射出去。由于高分子帶有相同電荷,相互排斥,細(xì)流發(fā)生劈裂,隨溶劑蒸發(fā)而固化,形成納米纖維,最終落在帶有相反電極的接收裝置上。然而,人們在實驗中發(fā)現(xiàn),在同樣條件下,通過降低聚合物濃度,納米纖維會轉(zhuǎn)變成膠體粒子。這種依靠帶電離子的相互排斥而產(chǎn)生的微/納米粒子的技術(shù)被稱為電噴離子化技術(shù)(Electrospray1nizat1n,簡稱ESI)。電噴離子化技術(shù)與傳統(tǒng)的噴涂技術(shù)有所不同,它使用的液體是非牛頓液體,電極直接與液體接觸,并與接受板之間構(gòu)成電回路,在噴射過程中,由于電荷的排斥,較大的液滴產(chǎn)生爆炸,分裂成納米級的微小液滴,每一個帶電荷的微小液滴都可以看成為一個離子。電噴離子化技術(shù)廣泛應(yīng)用于制備高分子和無機(jī)金屬氧化物微/納米粒子,例如,PMMA微球,PVP微球,ZnO納米粒子,S12微球,T12微球等。目前未見有電噴離子化技術(shù)制備具有特殊形貌的CeO2微米iil的相關(guān)報道。
[0005]利用電噴離子化技術(shù)制備微/納米材料時,電噴嘴的制作,原料的種類、高分子模板劑的分子量、電噴溶液的組成、電噴參數(shù)和熱處理工藝對最終產(chǎn)品的形貌和尺寸都有重要影響。本發(fā)明采用電噴離子化技術(shù),使用同軸電噴嘴,以硝酸鈰(Ce(NO3)3.6Η20)為原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP,分子量為90000)作為高分子模板劑,十二烷基硫酸鈉(SDS)為表面活性劑,去離子水為溶劑,在最佳的實驗條件下,制備出PVP/[PVP/Ce (NO3)3]復(fù)合微球,再經(jīng)過高溫處理后得到CeO2微米罐。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]在【背景技術(shù)】中的制備CeO2大顆粒,采用高溫固相分解法。【背景技術(shù)】中的使用電噴離子化技術(shù)制備了高分子和無機(jī)金屬氧化物微球或納米粒子。所使用的原料、模板劑和溶劑與本發(fā)明的方法不同。本發(fā)明使用電噴離子化技術(shù),采用同軸電噴嘴,制備了 CeO2微米罐,直徑為I~2μηι。
[0007]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的,首先制備出用于電噴離子化技術(shù)的具有一定粘度的兩種電噴溶液,使用同軸電噴嘴,應(yīng)用電噴離子化技術(shù)進(jìn)行電噴過程,在最佳的實驗條件下,制備出PVP/[PVP/Ce (NO3)3]復(fù)合微球,再經(jīng)過高溫?zé)崽幚砗蟮玫紺eO2微米罐。
[0008]其步驟為:
[0009](I)配制電噴溶液
[0010]電噴溶液中鈰源使用的是硝酸鈰,高分子模板劑采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP,分子量為90000),溶劑采用去離子水。稱取1.0g Ce(NO3)3.6H20,1.0g PVP和0.05g十二烷基硫酸鈉,加入到11.0g去離子水中,于室溫下磁力攪拌24h,制得殼層電噴溶液;稱取1.0gPVP和0.05g十二烷基硫酸鈉,加入到11.0g去離子水中,于室溫下磁力攪拌24h,制得芯層電噴溶液。
[0011 ] (2)制備 PVP/ [PVP/Ce (NO3) 3]復(fù)合微球
[0012]采用電噴離子化技術(shù)制備,將一支帶有截平的外徑為1.26mm、內(nèi)徑為0.90mm的12#不銹鋼針頭的1mL注射器作為外電噴管,一支帶有截平的外徑為0.51mm、內(nèi)徑為
0.26mm的5#不銹鋼針頭的5mL注射器作為內(nèi)電噴管,將5#不銹鋼針頭插入12#不銹鋼針頭中,固定后形成同軸噴嘴。將芯層電噴溶液和殼層電噴溶液分別加入到內(nèi)、外電噴管中進(jìn)行同軸電噴,電壓為17kV,采用豎噴方式,噴嘴到接收屏鋁箔的固化距離為20cm,室溫為20~25°C,相對濕度為35%~55%。
[0013](3)制備CeO2微米罐
[0014]將所獲得的PVP/[PVP/Ce (NO3)3]復(fù)合微球在馬弗爐中進(jìn)行熱處理,升溫速率為rc /min,在600°C保溫4h后,隨爐體自然冷卻至室溫,至此得到CeO2微米罐。
[0015]在上述過程中所制備的CeO2微球呈現(xiàn)罐狀結(jié)構(gòu),直徑為I~2 μ m,實現(xiàn)了發(fā)明目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是CeO2微米罐的XRD譜圖。
[0017]圖2是CeO2微米罐的SEM照片,該圖兼作摘要附圖。
[0018]圖3是CeO2微米罐光催化降解羅丹明B的降解率曲線。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明所選用的硝酸鈰(Ce(NO3)3.6H20)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP,分子量90000)、十二烷基硫酸鈉(SDS)均為市售分析純產(chǎn)品;去離子水實驗室自制;所用的玻璃儀器和設(shè)備是實驗室中常用的。
[0020]實施例:稱取1.0g Ce (NO3) 3.6H20,1.0g PVP和0.05g十二烷基硫酸鈉,加入到11.0g去離子水中,于室溫下磁力攪拌24h,制得均一、透明且有一定粘度的殼層電噴溶液;稱取l.0g PVP和0.05g十二烷基硫酸鈉,加入到11.0g去離子水中,于室溫下磁力攪拌24h,制得芯層電噴溶液。將一支帶有截平的外徑為1.26mm、內(nèi)徑為0.90mm的12#不銹鋼針頭的1mL注射器作為外電噴管,一支帶有截平的外徑為0.51mm、內(nèi)徑為0.26mm的5#不銹鋼針頭的5mL注射器作為內(nèi)電噴管,將5#不銹鋼針頭插入12#不銹鋼針頭中,固定后形成同軸噴嘴;將芯層電噴溶液和殼層電噴溶液分別加入到內(nèi)、外電噴管中進(jìn)行同軸電噴,電壓為17kV,采用豎噴方式,噴嘴到接收屏鋁箔的固化距離為20cm,室溫為20~25°C,相對濕度為35 %~55 %,得到PVP/ [PVP/Ce (NO3) 3]復(fù)合微球。將所獲得的PVP/ [PVP/Ce (NO3) 3]復(fù)合微球在馬弗爐中進(jìn)行熱處理,升溫速率為1°C /min,在600°C保溫4h后,隨爐體自然冷卻至室溫,得到CeO2微米罐。所制備的CeO2微米罐具有良好的晶型,其衍射峰的d值和相對強(qiáng)度與JCPDS標(biāo)準(zhǔn)卡片CeO2 (65-5923)所列的d值和相對強(qiáng)度一致,屬于立方晶系,空間群為Fm-3m,見圖1所示。所制備的CeO2微球為罐狀結(jié)構(gòu),直徑為I~2 μ m,比表面積為19.22m2/g,見圖2所示。所制備的CeO2微米罐對羅丹明B具有良好的吸附和光催化降解作用,對羅丹明B的吸附率為15.6%,采用主波長為365nm的300W汞燈作為紫外光源,輻照140分鐘后CeO2微米罐對羅丹明B的光催化降解率為60.0%,見圖3所示。
[0021]當(dāng)然,本發(fā)明還可有其他多種實施例,在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下,熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變和變形,但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種二氧化鈰微米罐的制備方法,其特征在于,采用電噴離子化技術(shù),使用同軸電噴嘴,使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為高分子模板劑,十二烷基硫酸鈉(SDS)為表面活性劑,采用去離子水為溶劑,制備產(chǎn)物為二氧化鈰微米罐,其步驟為: (1)配制電噴溶液 稱取1.0g Ce(NO3)3.6H20,1.0g PVP和0.05g十二烷基硫酸鈉,加入到11.0g去離子水中,于室溫下磁力攪拌24h,制得殼層電噴溶液,稱取1.0g PVP和0.05g十二烷基硫酸鈉,加入到11.0g去離子水中,于室溫下磁力攪拌24h,制得芯層電噴溶液; (2)制備PVP/[PVP/Ce(N03)3]復(fù)合微球 采用電噴離子化技術(shù)制備,將一支帶有截平的外徑為1.26mm、內(nèi)徑為0.90mm的12#不銹鋼針頭的1mL注射器作為外電噴管,一支帶有截平的外徑為0.51mm、內(nèi)徑為0.26mm的5#不銹鋼針頭的5mL注射器作為內(nèi)電噴管,將5#不銹鋼針頭插入12#不銹鋼針頭中,固定后形成同軸噴嘴,將芯層電噴溶液和殼層電噴溶液分別加入到內(nèi)、外電噴管中進(jìn)行同軸電噴,電壓為17kV,采用豎噴方式,噴嘴到接收屏鋁箔的固化距離為20cm,室溫為20~25°C,相對濕度為35%~55% ; (3)制備CeO2微米罐 將所獲得的PVP/[PVP/Ce (NO3)3]復(fù)合微球在馬弗爐中進(jìn)行熱處理,升溫速率為1°C /min,在600°C保溫4h后,隨爐體自然冷卻至室溫,得到CeO2微米罐,直徑為I~2 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的二氧化鈰微米罐的制備方法,其特征在于,鈰源使用的是硝酸鈰(Ce (NO3) 3.6H20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化鈰微米罐的制備方法,其特征在于,高分子模板劑為分子量Mr = 90000的聚乙烯吡咯烷酮。
【文檔編號】C01F17/00GK104176760SQ201410374712
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】董相廷, 于文生, 馬千里, 王進(jìn)賢, 王成輝, 劉桂霞 申請人:長春理工大學(xué)