一种纳米铈基稀土复合氧化物的制备方法 |
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| 申请号 | CN201710073042.1 | 申请日 | 2017-02-10 | 公开(公告)号 | CN106892400A | 公开(公告)日 | 2017-06-27 |
| 申请人 | 广东省稀有金属研究所; | 发明人 | 李杏英; 刘志强; 曹洪杨; 雷一锋; 金明亚; 陶进长; 朱薇; 郭秋松; 李伟; 高远; 张魁芳; | ||||
| 摘要 | 一种纳米铈基稀土复合 氧 化物的制备方法，由以下步骤组成：在总稀土 金属离子 浓度为0.2~0.4mol/L氯化稀土溶液中，加入防团聚 试剂 氯化铵 ；在 碳 酸氢铵溶液中，加入 表面活性剂 ；在不断搅拌下，将碳酸氢铵溶液加入到氯化稀土溶液中，得到悬浮液；继续搅拌10~30分钟，静置陈化30~60分钟；过滤碳酸稀土复合物，用纯 水 洗涤，然后用 表面处理 液处理3~6次；将碳酸稀土复合物于120℃干燥4小时；将碳酸稀土复合物于700~1100℃ 煅烧 4小时，得到纳米铈基稀土复合氧化物。本 发明 提供一种工艺简单、成本低的纳米铈基稀土复合氧化物的制备方法，降低粉体的团聚程度，获得粒度小、形貌一致、粒径分布窄的 纳米粉体 材料。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种纳米铈基稀土复合氧化物的制备方法，其特征是由以下步骤组成： |
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| 说明书全文 | 一种纳米铈基稀土复合氧化物的制备方法技术领域[0001] 本发明涉及一种纳米氧化物粉体的制备方法，尤其涉及一种纳米铈基稀土复合氧化物粉体的制备方法。 背景技术[0002]近年来，随着燃料电池产业的发展，一种新型高效的能使电解质层薄膜化和提高中低温下离子的电导率、降低操作温度的电解质材料纳米铈基稀土复合氧化物的制备也越来越受到人们的重视。目前，制备纳米铈基稀土复合氧化物方法主要有沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法、水热法等，其中，沉淀法由于具有能精确控制各组分含量、成本低、工艺简单、易于规模化生产等优点而得到了广泛的研究。 [0003] 沉淀法制备纳米铈基稀土复合氧化物的方法很多，但其制备的关键技术是解决制备过程中易出现的粉末的颗粒形貌不一致、粒径分布宽以及易团聚等问题，因为粉末的颗粒形貌不一致、粒径分布宽以及团聚等问题对纳米铈基稀土复合氧化物的性能有很大的影响，例如容易造成电池短路等。 [0004] 中国专利CN101962168.1公开了以硝酸盐的结晶水合物为原料，以无水C2 C4醇类~作溶剂，使用乙醇胺作沉淀剂，采用共沉淀法制备氧化锆、氧化铈类纳米粉体材料。所述方法克服了通常以水为溶剂、以无机碱或无机盐作沉淀剂的共沉淀法易存在沉淀不均匀、容易团聚、需要特殊的干燥方法和设备等不足，所制备的氧化锆类、氧化铈类纳米粉体材料具有晶粒尺寸小(一次晶粒尺寸为6 20nm)、颗粒尺寸小、粒径分布窄(粒径分布为50 150nm)、~ ~ 无硬团聚、烧结活性高等优点；但此方法工艺较复杂，成本高。 发明内容[0005] 本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种工艺简单、成本低的纳米铈基稀土复合氧化物的制备方法，降低粉体的团聚程度，获得粒径小、形貌一致、粒径分布窄的纳米粉体材料。 [0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：本发明所述的制备纳米铈基稀土复合氧化物的制备方法，包括配制溶液、沉淀、表面处理、干燥和煅烧步骤：（1）配制溶液：在总稀土金属离子浓度为0.2 0.4mol/L氯化稀土溶液中，加入其总稀土~ 金属离子摩尔质量1.5 2.5wt%的防团聚试剂氯化铵；在2.0 2.5 mol/L的碳酸氢铵溶液中，~ ~ 加入按氯化稀土溶液中总稀土金属离子摩尔质量计为10.5 13.5wt%的表面活性剂； ~ （2）沉淀：在不断搅拌下，将步骤（1）碳酸氢铵溶液加入到氯化稀土溶液中，得到碳酸稀土复合物悬浮液；继续搅拌10 30分钟，静置陈化30 60分钟； ~ ~ （3）表面处理：过滤步骤（2）的碳酸稀土复合物，用纯水洗涤，然后用表面处理液处理3~ 6次； （4）干燥：将步骤（3）的碳酸稀土复合物于120℃干燥4小时； （5）煅烧：将步骤（4）的碳酸稀土复合物于700 1100℃煅烧4小时，得到纳米铈基稀土复~ 合氧化物。 [0007] 本发明所述纳米铈基稀土复合氧化物为氧化钆掺杂氧化铈、氧化镧掺杂氧化铈、氧化钇掺杂氧化铈或氧化钐掺杂氧化铈；所述表面活性剂为分子量2000 20000中的一种或几种的聚乙二醇混合物。 ~ [0008] 所述表面处理液为乙醇、正丁醇或异丙醇中的一种或几种的混合物。 [0009] 本发明的优点在于：1.直接合成出粒度小、形貌一致、粒径分布窄且分散性好的纳米铈基稀土复合氧化物，避免了粉碎过程，流程短，工艺简单易控，成本低； 2.单一颗粒粒径可控制在50~100nm之间、团聚体粒度D10大于100nm、D50小于500nm、D90小于1000nm，粒度分布范围窄； 2 3. 通过控制煅烧温度来制得比表面积从2 60m /g的不同的纳米铈基稀土复合氧化~ 物。 附图说明 [0010] 图1为本发明的工艺流程图。 [0012] 图3为实施例1的纳米铈基稀土复合氧化物的扫描电镜照片。 具体实施方式[0013] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明：实施例1 Ce0.8Sm0.2O1.9的制备。 [0014] 以纯水为溶剂，按摩尔比为4:1配制总稀土金属离子浓度为0.35mol/L的氯化铈和氯化钐的混合溶液40L，加入防团聚试剂氯化铵36.2克；以纯水为溶剂，配制离子浓度为2.0mol/L的碳酸氢铵溶液30L，加入分子量2000:10000=1:1的表面活性剂聚乙二醇254克，在不断搅拌下，将上述碳酸氢铵溶液加入到氯化铈和氯化钐的混合溶液中，得到悬浮液，继续搅拌15分钟，静置陈化30分钟，然后真空抽滤得碳酸铈钐复合物沉淀，用乙醇对沉淀处理 3次，得到碳酸铈钐复合物，于120℃下真空干燥4h，1050℃下煅烧4小时，得到纳米铈基稀土复合氧化物Ce0.8Sm0.2O1.9。 [0015] 采用X射线衍射分析仪（XRD)测定粉体的晶体结构，采用扫描电镜（SEM)观察粉体形貌，采用激光粒度分析仪测定粉末的粒度分布，采用比表面分析仪测定粉末的BET比表面积。图2为Ce0.8Sm0.2O1.9的晶体结构图；图3为Ce0.8Sm0.2O1.9的扫描电镜照片。由图2可以看出，Ce0.8Sm0.2O1.9为复合固熔体；由图3可见，粉体分散性能良好，无明显硬团聚，外形呈均匀类球形，单一颗粒粒径约为40nm；粉末的粒度分布结果表明：粉末的团聚体粒度D10为136nm、D50为432nm、D90为950nm，粒度分布范围窄；粉末的BET比表面积为2.6m2/g。 [0016] 实施例2Ce0.85La0.15O1.925的制备。 [0017] 以纯水为溶剂，按摩尔比为85:15的比例配制总稀土金属离子浓度为0.25mol/L的氯化铈和氯化镧的混合溶液40L，加入氯化铵25.6克；以纯水为溶剂，配制离子浓度为2.0mol/L的碳酸氢铵溶液30L，加入分子量4000:8000=1:1的聚乙二醇180克，在不断搅拌下，将上述碳酸氢铵混合溶液加入到氯化铈和氯化镧的混合溶液中，得到悬浮液；继续搅拌 20分钟，静置陈化40分钟，然后进行真空抽滤得碳酸铈镧复合物沉淀，用正丁醇对沉淀处理 5次，得到碳酸铈镧复合物，于120℃下真空干燥4h，750℃下煅烧4小时，得到纳米铈基稀土复合氧化物Ce0.85La0.15O1.925。 [0018] 分析结果表明， Ce0.85La0.15O1.925为复合固熔体，粉体分散性能良好，无明显硬团聚，外形呈均匀类球形，单一颗粒粒径约为67nm；粉末的团聚体粒度：D10为86nm，D50为462nm、D90为866nm，粒度分布范围窄；粉末的BET比表面积为32.6m2/g。 [0019] 实施例3纳米 Ce0.8Y0.201.9的制备。 [0020] 以纯水为溶剂，按摩尔比为4:1的比例配制总稀土金属离子浓度为0.35mol/L的氯化铈和氯化钇的混合溶液40L，加入氯化铵33.6克；以纯水为溶剂，配制离子浓度为2.0mol/L的碳酸氢铵溶液30L，加入分子量2000:8000=1:1的聚乙二醇236克，在不断搅拌下，将上述碳酸氢铵溶液加入氯化铈和氯化钇的混合物溶液中，得到悬浮液；继续搅拌25分钟，静置陈化50分钟，然后进行真空抽滤得碳酸铈钇复合物沉淀，用异丙醇对沉淀处理6次，得到碳酸铈钇复合物，于120℃下真空干燥4h，950℃下煅烧4小时，得到纳米铈基稀土复合氧化物Ce0.8Y0.2O1.9。 [0021] 分析结果表明， Ce0.8Y0.201.9为复合固熔体，粉体分散性能良好，无明显硬团聚，外形呈均匀类球形，单一颗粒粒径约为23nm；粉末的团聚体粒度：D10为86nm，D50为462nm、D90为866nm，粒度分布范围窄；粉末的BET比表面积为6.1m2/g。 [0022] 实施例4纳米Ce0.9Gd0.101.9的制备。 [0023] 以纯水为溶剂，按摩尔比为9:1的比例配制总稀土金属离子浓度为0.30mol/L的氯化铈和氯化钆的混合溶液40L，加入氯化铵30.98克；以纯水为溶剂，配制离子浓度为2.0mol/L的碳酸氢铵溶液30L，加入分子量4000:6000=1:1的聚乙二醇217克，在不断搅拌的条件下，将上述碳酸氢铵混合溶液加入到稀土混合物溶液中，得到悬浮液；继续搅拌30分钟，静置陈化60分钟，然后进行真空抽滤得到碳酸铈钆复合物沉淀，用乙醇和正丁醇的混合液对沉淀处理6次，得到碳酸铈钆复合物，于120℃下真空干燥4h，820℃下煅烧4小时，得到纳米铈基稀土复合氧化物Ce0.9Gd0.101.9。 [0024] 分析结果表明， Ce0.9Gd0.101.9为复合固熔体，粉体分散性能良好，无明显硬团聚，外形呈均匀类球形，单一颗粒粒径约为23nm；粉末的团聚体粒度：D10为96nm，D50为485nm、D90为936nm，粒度分布范围窄；粉末的BET比表面积为12.3m2/g。 |
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