一種二氧化鈰多孔微球的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及二氧化鈰多孔微球的制備方法，屬于新材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括三個(gè)步驟：(1)配制電噴溶液，將Ce(NO3)3·6H2O和PVP溶于DMF中形成電噴溶液；(2)采用電噴離子化技術(shù)制備PVP/Ce(NO3)3復(fù)合微球，噴嘴的外徑為0.51mm，內(nèi)徑為0.26mm，電壓為17kV，采用豎噴方式，固化距離為20cm，室溫為26～28℃，相對(duì)濕度為40％～60％；(3)制備CeO2多孔微球，將PVP/Ce(NO3)3復(fù)合微球于600℃保溫4h后，自然冷卻至室溫即可得到CeO2多孔微球，直徑為1～2μm。該種特殊形貌的CeO2多孔微球?qū)τ袡C(jī)污染物具有良好的光催化降解能力。
【專利說(shuō)明】一種二氧化鈰多孔微球的制備方法

【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(shuō)涉及二氧化鈰多孔微球的制備方法。

【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(jià)格低、壽命長(zhǎng)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(duì)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(duì)陽(yáng)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(yáng)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(guò)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(guò)程中，人們向聚合物溶液或熔體施加幾千至上萬(wàn)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(huì)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?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在同樣條件下，通過(guò)降低聚合物濃度，納米纖維會(huì)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(jiǎn)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(guò)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(jí)的微小液滴，每一個(gè)帶電荷的微小液滴都可以看成為一個(gè)離子。電噴離子化技術(shù)廣泛應(yīng)用于制備高分子和無(wú)機(jī)金屬氧化物微/納米粒子，例如，PVP微球，PMMA微球，ZnO納米粒子，T12微球，S12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多孔微球的相關(guān)報(bào)道。
[0005]利用電噴離子化技術(shù)制備微/納米材料時(shí)，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(duì)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)，以硝酸鈰(Ce(NO3)3.6H20)為原料，聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分子量為10000)作為高分子模板劑，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，制備出PVP/Ce (NO3) 3復(fù)合微球，再經(jīng)過(guò)高溫處理后得到CeO2多孔微球。


【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(wú)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)制備了 CeO2多孔微球，直徑為I~2 μ m0
[0007]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，首先制備出用于電噴離子化技術(shù)的具有一定粘度的電噴溶液，應(yīng)用電噴離子化技術(shù)進(jìn)行電噴過(guò)程，在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，制備出PVP/Ce (NO3)3復(fù)合微球，再經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚砗蟮玫紺eO2多孔微球。
[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10000)，溶劑采用DMF。稱取1.3gCe (NO3)3.6H20和5gPVP加入到1gDMF中，于室溫下磁力攪拌24h，制得電噴溶液。
[0011 ] (2)制備 PVP/Ce (NO3) 3 復(fù)合微球
[0012]采用電噴離子化技術(shù)制備，技術(shù)參數(shù)為:采用一根截平的5#不銹鋼注射器針頭作為電噴嘴，外徑為0.51mm,內(nèi)徑為0.26mm,電噴電壓為17kV，采用豎噴方式，針頭噴嘴到接收屏鋁箔的固化距離為20cm，室溫為26~28°C，相對(duì)濕度為40%~60%。
[0013](3)制備CeO2多孔微球
[0014]將所獲得的PVP/Ce(N03)3復(fù)合微球在馬弗爐中進(jìn)行熱處理，技術(shù)參數(shù)為:升溫速率為1°C /min，在600°C保溫4h，之后隨爐體自然冷卻至室溫，至此得到CeO2多孔微球。
[0015]在上述過(guò)程中所制備的CeO2微球呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，直徑為I~2 μ m，實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是CeO2多孔微球的XRD譜圖。
[0017]圖2是CeO2多孔微球的SEM照片，該圖兼作摘要附圖。
[0018]圖3是CeO2多孔微球光催化降解羅丹明B的降解率曲線。

【具體實(shí)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10000)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)均為市售分析純產(chǎn)品；所用的玻璃儀器和設(shè)備是實(shí)驗(yàn)室中常用的。
[0020]實(shí)施例:稱取1.3gCe (NO3)3.6H20和5gPVP加入到1gDMF中，于室溫下磁力攪拌24h，即可得到均一、透明且有一定粘度的電噴溶液。將配制好的電噴溶液加入到電噴裝置的儲(chǔ)液管中，進(jìn)行電噴過(guò)程，采用一根截平的5#不銹鋼注射器針頭作為電噴嘴，外徑為
0.51mm,內(nèi)徑為0.26mm,電噴電壓為17kV，采用豎噴方式，針頭噴嘴到接收屏鋁箔的固化距離為20cm，室內(nèi)溫度為26~28°C，相對(duì)濕度為40%~60%，得到PVP/Ce (NO3) 3復(fù)合微球。將所獲得的PVP/Ce (NO3) 3復(fù)合微球放入馬弗爐中進(jìn)行熱處理，升溫速率為1°C /min,在600°C保溫4h，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到CeO2多孔微球。所制備的CeO2多孔微球具有良好的晶型，其衍射峰的d值和相對(duì)強(qiáng)度與JCPDS標(biāo)準(zhǔn)卡片CeO2 (65-5923)所列的d值和相對(duì)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?yàn)槎嗫捉Y(jié)構(gòu)，直徑為I~2μπι，比表面積為16.71m2/g，見圖2所示。所制備的CeO2多孔微球?qū)α_丹明B具有良好的吸附和光催化降解作用，對(duì)羅丹明B的吸附率為13.2%，采用主波長(zhǎng)為365nm的300W汞燈作為紫外光源，輻照140分鐘后CeO2多孔微球?qū)α_丹明B的光催化降解率為70.5%，見圖3所示。
[0021]當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)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】
1.一種二氧化鈰多孔微球的制備方法，其特征在于，采用電噴離子化技術(shù)，使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為高分子模板劑，采用N，N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，制備產(chǎn)物為二氧化鈰多孔微球，其步驟為: (1)配制電噴溶液 稱取1.3gCe (NO3) 3.6H20和5gPVP加入到1g溶劑DMF中，于室溫下磁力攪拌24h，制得電噴溶液； (2)制備PVP/Ce(NO3) 3復(fù)合微球 采用電噴離子化技術(shù)制備，技術(shù)參數(shù)為:采用一根截平的5#不銹鋼注射器針頭作為電噴嘴，外徑為0.51mm,內(nèi)徑為0.26mm,電噴電壓為17kV，采用豎噴方式，針頭噴嘴到接收屏鋁箔的固化距離為20cm，室溫為26~28°C，相對(duì)濕度為40%~60% ； (3)制備CeO2多孔微球 將所獲得的PVP/Ce (NO3)3復(fù)合微球在馬弗爐中進(jìn)行熱處理，技術(shù)參數(shù)為:升溫速率為1°C /min，在600°C保溫4h，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到&02多孔微球，直徑為I~2 μ m0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化鈰多孔微球的制備方法，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所述的二氧化鈰多孔微球的制備方法，其特征在于，高分子模板劑為分子量Mr = 10000的聚乙烯吡咯烷酮。
【文檔編號(hào)】C01F17/00GK104176761SQ201410374724
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】于文生, 馬千里, 董相廷, 王進(jìn)賢, 王成輝, 劉桂霞 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)