一種新型摻雜納米氧化鋯催化劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型摻雜納米氧化鋯催化劑的制備方法，它是以多孔性耐高溫氧化鋯為載體，加入金屬硝酸鹽-硝酸鉻，采用凝膠-溶膠法制備單分散納米粒子，進(jìn)一步通過(guò)自組裝的方法制備單分散自組裝的摻雜納米氧化鋯。經(jīng)過(guò)濾、干燥、煅燒即可獲得本發(fā)明的摻雜納米氧化鋯催化劑。通過(guò)本發(fā)明方法制得摻雜納米氧化鋯催化劑，不僅耐高溫，還具有多孔特性、比表面積大、顆粒均勻、易分離等特點(diǎn)，其催化活性高于傳統(tǒng)的固體酸催化劑，可重復(fù)使用，回收容易，是催化降解糖類等碳水化合物的優(yōu)良催化劑。
【專利說(shuō)明】一種新型摻雜納米氧化鋯催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種新型摻雜納米氧化鋯催化劑的制備方法，更具體的說(shuō)是一種制備具有高催化活性的摻雜型自組裝納米氧化鋯催化劑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋯具有優(yōu)良的物理化學(xué)穩(wěn)定性，在高溫狀態(tài)下又具備固體電解質(zhì)的特性，同時(shí)由于其分子結(jié)構(gòu)的特殊性，從而具備一定的催化作用，摻雜的氧化鋯因其獨(dú)特的化學(xué)活性位點(diǎn)，在降解生物采油及生物質(zhì)等方面具有廣泛的用途。而摻雜納米氧化鋯因兼有高比表面積、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，使得其表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。目前，納米氧化鋯的制備方法主要有氣相法和液相法，氣相法以氯化鋯或醇鋯為原料，經(jīng)過(guò)高溫水解或熱解而制得納米氧化鋯。這類方法具有產(chǎn)品分散性好、粒徑分布窄等優(yōu)點(diǎn)，但存在設(shè)備復(fù)雜、投資大等缺點(diǎn)。液相法主要有沉淀法、溶膠-凝膠法，水熱法和醇鹽水解法等，由于醇鹽成本高，因此主要開發(fā)以廉價(jià)的氯氧化鋯為原料、以堿(氨水或強(qiáng)堿)為中和沉淀劑，制得氫氧化鋯凝膠，經(jīng)洗滌除去雜質(zhì)，再經(jīng)表面活性劑分散處理，在高溫下灼燒脫水制得納米氧化鋯。目前CN101070186、CN101412537等制備了一系列納米氧化鋯粉體，但對(duì)于摻雜的研究較少。這些方法存在的缺點(diǎn)是:設(shè)備復(fù)雜，制備工藝復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高、分散度低、成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于克服上述缺點(diǎn)，提供一種工藝簡(jiǎn)單、投資少、能耗低，分散度高的摻雜納米氧化鋯的制備方法。
[0004]本發(fā)明提供摻雜納米氧化鋯催化劑的制備方法，以氯氧化鋯(ZrOCl2.SH2O)為原料，九水合硝酸鉻為摻雜劑，氨水(NH3.H2O)為沉淀劑，采用溶膠-凝膠法制備摻雜納米氧化鋯(ZrO2)，制備步驟如下:(I)以濃度為0.05?0.2mol / L氯氧化鋯ZrOCl2.8Η20溶液作為母液，加入0.5mmol的九水合硝酸鉻，用NH3 -H2O調(diào)節(jié)使其生成共沉淀，過(guò)濾，用大量的水洗滌；(2)將沉淀物轉(zhuǎn)移到顯03水溶液中，超聲條件下形成透明膠體，此時(shí)溶液的pH小于
I; (3)取上述膠體Immol，加入質(zhì)量百分比濃度為I?4%的表面活性劑SDS作為模板劑；
[4]在室溫下不斷攪拌2h，之后再在水浴中80°C快速攪拌3h； (5)離心得沉淀物，用去離子水洗滌，電爐烘干，研缽研磨成細(xì)粉；(6)在600°C下對(duì)上述前驅(qū)物置于馬弗爐中煅燒4小時(shí)，得到摻雜納米氧化鋯。
[0005]上述步驟(I)ZrOCl2.8Η20較佳的濃度為0.1mol / L7NH3.Η20較佳的百分比濃度為25%，表面活性劑SDS較佳的濃度為2%。上述步驟(2)超聲過(guò)程中，溫度為40?50°C時(shí)有利于溶膠的生成。另外，硝酸的量是形成膠體的關(guān)鍵。上述步驟(5)中電爐烘干的溫度100?200°C，時(shí)間約10分鐘。在研缽中研磨經(jīng)過(guò)干燥的沉淀，有助于避免粉體在煅燒過(guò)程中的凝聚。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)效果(I)本發(fā)明所使用的原料氯氧化鋯、氨水等均為價(jià)格低廉的原料；本發(fā)明無(wú)需特殊設(shè)備如反應(yīng)釜等，無(wú)需高壓、高溫?zé)峤鈼l件，整個(gè)過(guò)程均可在普通實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，使材料、設(shè)備投資以及能耗遠(yuǎn)低于現(xiàn)有納米氧化鋯制備技術(shù)，可顯著降低生產(chǎn)成本；(2)制備工藝簡(jiǎn)單，可在6個(gè)小時(shí)之內(nèi)完成，耗時(shí)短，可實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。本發(fā)明不僅設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單，投資少，能耗低，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)成本低。粒徑可控地分布在10?30nm之間。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程是一種低耗能產(chǎn)生高效益的摻雜納米氧化鋯的制備方法。(3)本發(fā)明所制備的摻雜納米氧化鋯可用于柴油制備及生物質(zhì)的降解等領(lǐng)域。
[0007]本發(fā)明以廉價(jià)的氯氧化鋯為原料，采用廉價(jià)的氨水作為為沉淀劑，采用溶膠-凝膠法制備摻雜納米氧化鋯的方法，工藝簡(jiǎn)單、投資少、能耗低，過(guò)程綠色環(huán)保，產(chǎn)品質(zhì)量高，因此是一種社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益均顯著的摻雜納米氧化鋯的制備方法。
【具體實(shí)施方式】
[0008]實(shí)施例1
[0009]以濃度為0.1mol / L氯氧化錯(cuò)ZrOCl2.8H20溶液作為母液,加入0.5mmol的九水合硝酸鉻，用25%的NH3.H2O調(diào)節(jié)使其生成共沉淀，過(guò)濾，用大量的水洗滌；將沉淀物轉(zhuǎn)移到HNOyK溶液中，超聲條件下形成透明膠體；取上述膠體lmmol，加入質(zhì)量百分比濃度為2%的表面活性劑SDS中，其中SDS作為模板劑；在室溫下不斷攪拌2h，之后再在水浴中80°C快速攪拌3h ;離心得沉淀物，用去離子水洗滌，電爐烘干，研缽研磨成細(xì)粉；在600°C下對(duì)上述前驅(qū)物置于馬弗爐中煅燒4小時(shí)，得到摻雜納米氧化鋯。
[0010]表征方法:用X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行材料物相分析，證實(shí)所得到的納米氧化鋯為立方相。N2吸附的方法(BET)檢測(cè)催化劑的比表面積為183m2 / g、孔徑大小6.26nm。使用透射電鏡(TEG)觀察粒徑大小及分布。
[0011]實(shí)施例2
[0012]參照實(shí)施例1的制備步驟，不同的是:氯氧化鋯母液濃度為0.2mol / L，表面活性劑SDS水溶液的濃度為3%，經(jīng)過(guò)灼燒，測(cè)量得催化劑的比表面積為139m2 / g、孔徑大小
4.24nm。
【權(quán)利要求】
1.一種摻雜納米氧化鋯催化劑的制備方法，以氯氧化鋯(ZrOCl2 -SH2O)為原料，九水合硝酸鉻為摻雜劑，氨水(NH3 -H2O)為沉淀劑，采用溶膠-凝膠法制備摻雜納米氧化鋯(ZrO2)，制備步驟如下:以濃度為0.05?0.2mol / L氯氧化鋯ZrOCl2.8H20溶液作為母液，加入0.5mmol的九水合硝酸鉻，用NH3.H2O調(diào)節(jié)使其生成共沉淀，過(guò)濾，用大量的水洗滌；將沉淀物轉(zhuǎn)移到HNO3水溶液中，超聲條件下形成透明膠體，此時(shí)溶液的pH小于I ;取上述膠體lmmol，加入質(zhì)量百分比濃度為I?4%的表面活性劑SDS作為模板劑，在室溫下不斷攪拌2h，之后再在水浴中80°C下快速攪拌3h ;離心得沉淀物，用去離子水洗滌，電爐烘干，研缽研磨成細(xì)粉；在600°C下對(duì)上述前驅(qū)物置于馬弗爐中煅燒4小時(shí)，得到摻雜納米氧化鋯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜納米氧化鋯材料制備方法，其特征是氯氧化鋯母液濃度為 0.1mol / L0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜納米氧化鋯材料制備方法，表面活性劑SDS水溶液的濃度為2%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜納米氧化鋯材料制備方法，其特征是超聲過(guò)程中，溫度為設(shè)置40?50°C時(shí)有利于溶膠形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜納米氧化鋯材料制備方法，其特征是電爐烘干的溫度100?200。。，時(shí)間10分鐘。
【文檔編號(hào)】B01J23/26GK103623807SQ201310669509
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】王海軍, 王寧寧, 宋展欣, 施金才, 楊艷, 劉文濤 申請(qǐng)人:江南大學(xué)