一种基于胖大海制备光催化用二氧化铈材料的方法

技术领域

本发明属于稀土材料应用技术领域，具体地说，涉及一种基于胖大海制备纳米多孔二氧化铈材料的方法。

背景技术

稀土中，铈价格低廉，2020年度99.9％的氧化铈仅13元/公斤左右，纳米氧化铈价格普遍在100元/公斤及以上，氧化铈的纳米化有利于提高其附加值。现有制备纳米粉体的方法有：1、气相法：常见惰性气体冷凝法、溅射法、流动液面上真空蒸镀法、通电加热法、爆炸丝法、化学气相反应法等。2、液相法：常见沉淀法、水解法、水热法、喷雾法、溶胶凝胶等等。3、固相法：常见热分解法、固相反映法、火花放电法、溶出法、球磨法等。

制备纳米二氧化铈的方法主要有沉淀法、水热法、溶胶凝胶法。其中，沉淀法制备纳米二氧化铈工艺条件(滴加速率、反应温度)难控制，反应时间长，制备的粉体粒径分布宽；水热法制备纳米二氧化铈反应时间长、工艺复杂；溶胶凝胶法制备纳米二氧化铈反应时间长、工艺复杂、制备的粉体粒径大。

现有文献报道，以酸碱处理花瓣、鸡蛋壳内膜等方式获得模板剂，或以高温煅烧淀粉、葡萄糖得到模板剂。在溶液中将铈源沉淀于模板剂，干燥、煅烧得到纳米二氧化铈的方法。这些方法都是通过前处理得到模板剂，同时还需要加入沉淀剂，再干燥、煅烧得到纳米二氧化铈。

因此，有必要提供一种新的二氧化铈纳米粉体的制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明针对工艺复杂、耗时长、生产成本高的问题，提供了一种基于胖大海制备纳米多孔二氧化铈材料的方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于胖大海制备纳米多孔二氧化铈材料的方法，包括以下步骤：

步骤1、制备铈盐溶液：将铈盐溶于水中，制备得到铈盐溶液；

步骤2、称取干胖大海，加入铈盐溶液中进行溶胀；将溶胀后的胖大海冲洗、去核后，烘箱干燥或者冷冻干燥，马弗炉煅烧，制备得到基于胖大海溶胀焙烧的二氧化铈纳米多孔材料。

可选地，所述步骤1中的铈盐为硝酸铈、硫酸铈或醋酸铈中的一种。

可选地，所述步骤1中的溶解温度为50℃-80℃。

可选地，所述步骤1中的铈盐与水的质量比为1:1-1:10。

可选地，所述步骤2中的胖大海占铈盐质量总量的5％-50％。

可选地，所述步骤2中的溶胀转速为50-150r/min，溶胀时间为0.5h-1.5h。

可选地，所述步骤2中的烘箱干燥时间为1.5-2.5h，烘箱干燥温度为75-85℃。

可选地，所述步骤2中的冷冻干燥时间为1.5-2.5h，冷冻干燥温度为-25℃--40℃。

可选地，所述步骤2中的煅烧温度为550℃-1050℃。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

1)本发明所制备的二氧化铈，可广泛应用于光催化材料、二氧化铈抛光粉材料、玻璃工业添加剂、化妆品紫外吸收剂等。

2)本方法简单、可控、成本低廉、适用于工业生产，能有效提高二氧化铈的附加值。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例1制备得到的基于胖大海溶胀焙烧二氧化铈粉体的XRD衍射图；

图2是本发明实施例1制备得到的基于胖大海溶胀焙烧二氧化铈粉体与某厂家购买的光催化用纳米二氧化铈光催化降解亚甲基蓝降解曲线图；

图3是本发明实施例1制备得到的基于胖大海溶胀焙烧二氧化铈粉体的电镜图片。

具体实施方式

以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明公开了一种基于胖大海制备纳米多孔二氧化铈材料的方法，包括以下步骤：

步骤1、制备铈盐溶液：在温度50℃-80℃条件下，将铈盐按质量比1:1-10溶于水中，制备得到铈盐溶液；其中，铈盐为硝酸铈、硝酸铈铵、硫酸铈或醋酸铈中的一种；

其中，硝酸根盐、硫酸根盐、醋酸根盐在高温下能够分解生成氧化物，如果直接高温分解，生成的氧化物粒径极大，往往达到微米级，无材料的纳米效应。在制备纳米氧化物材料时，通常利用提前生成纳米沉淀物，如纳米氢氧化物、纳米草酸盐、纳米碳酸盐等沉淀在高温烧结时具有形貌遗传性来烧结生成纳米氧化物。本方法不加入沉淀剂，以胖大海为模板，直接煅烧硝酸铈、硫酸铈、醋酸铈、硝酸铈铵溶液制备了二氧化铈。

步骤2、称取胖大海，其中，胖大海占铈盐溶液质量总量的5％-50％，在50-150r/min转速条件下将干胖大海加入到铈盐溶液中溶胀0.5h-1.5h；将溶胀后的胖大海去核、冲洗，于75-85℃烘箱干燥1.5-2.5h或者-25℃--40℃冷冻干燥1.5-2.5h，马弗炉550℃-1050℃煅烧，制备得到基于胖大海溶胀煅烧的二氧化铈材料。

其中，煅烧温度低于550℃无法分解硝酸根、硫酸根、醋酸根，烧结温度过高，超过1050℃，所生产的粉体尺寸变大，同时能耗过高。

溶液和胖大海比过高，胖大海不能完全吸收溶液，溶液和胖大海比过低，胖大海浪费大。

实施例1

在温度65℃条件下，将硝酸铈按质量比1:5溶于水中，制备得到硝酸铈溶液；称取胖大海，其中，胖大海占硝酸铈溶液质量总量的30％，在100r/min转速条件下将干胖大海加入到硝酸铈溶液中溶胀2h；将溶胀后的胖大海冲洗后，于80℃烘箱干燥2h，马弗炉800℃煅烧，制备得到基于胖大海溶胀煅烧的二氧化铈材料。

实施例2

在温度50℃条件下，将硝酸铈铵按质量比1:10溶于水中，制备得到硝酸铈铵溶液；称取干胖大海，其中，干胖大海占硝酸铈铵溶液质量总量的5％，在150r/min转速条件下将干胖大海加入到硝酸铈铵溶液中溶胀0.5h；将溶胀后的胖大海冲洗后，于85℃烘箱干燥1.5h，马弗炉1050℃煅烧，制备得到基于胖大海溶胀煅烧的二氧化铈材料。

实施例3

在温度80℃条件下，将硫酸铈按质量比1:1溶于水中，制备得到硫酸铈溶液；称取干胖大海，其中，干胖大海占硫酸铈溶液质量总量的50％，在50r/min转速条件下将干胖大海加入到硫酸铈溶液中溶胀1.5h；将溶胀后的胖大海冲洗后，于75℃烘箱干燥2.5h，马弗炉550℃煅烧，制备得到基于胖大海溶胀煅烧的二氧化铈材料。

实施例4

在温度60℃条件下，将醋酸铈按质量比1:3溶于水中，制备得到醋酸铈溶液；称取干胖大海，其中，胖大海占醋酸铈溶液质量总量的10％，在120r/min转速条件下将干胖大海加入到醋酸铈溶液中溶胀0.8h；将溶胀后的胖大海冲洗、去核，于78℃烘箱干燥2.2h，马弗炉750℃煅烧，制备得到基于胖大海溶胀煅烧的二氧化铈材料。

实施例5

在温度70℃条件下，将硝酸铈按质量比1:8溶于水中，制备得到硝酸铈溶液；称取胖大海，其中，胖大海占硝酸铈溶液质量总量的40％，在80r/min转速条件下将干胖大海加入到硝酸铈溶液中溶胀1.2h；将溶胀后的胖大海去核、冲洗后，-30℃冷冻干燥2h，马弗炉850℃煅烧，制备得到基于胖大海溶胀煅烧的二氧化铈材料。

实施例6

在温度55℃条件下，将硝酸铈铵按质量比1:6溶于水中，制备得到硝酸铈铵溶液；称取胖大海，其中，胖大海占硝酸铈铵溶液质量总量的30％，在90r/min转速条件下将胖大海加入到硝酸铈铵溶液中溶胀1.5h；将溶胀后的胖大海冲洗后，-25℃冷冻干燥1.5h，马弗炉550℃煅烧，制备得到基于胖大海溶胀煅烧的二氧化铈材料。

实施例7

在温度75℃条件下，将硫酸铈按质量比1:4溶于水中，制备得到硫酸铈溶液；称取胖大海，其中，胖大海占硫酸铈溶液质量总量的35％，在80r/min转速条件下将胖大海加入到硫酸铈溶液中溶胀1.1h；将溶胀后的胖大海冲洗、去核后，-40℃冷冻干燥2.5h，马弗炉950℃煅烧，制备得到基于胖大海溶胀煅烧的二氧化铈材料。

实施例8

在温度65℃条件下，将醋酸铈按质量比1:5溶于水中，制备得到醋酸铈溶液；称取胖大海，其中，胖大海占醋酸铈溶液质量总量的25％，在100r/min转速条件下将胖大海加入到醋酸铈溶液中溶胀1h；将溶胀后的胖大海冲洗、去核后，-35℃冷冻干燥2h，马弗炉1050℃煅烧，制备得到基于胖大海溶胀煅烧的二氧化铈材料。

由图1可知，通过实施例1制备得到的基于胖大海溶胀煅烧的二氧化铈材料的XRD衍射图与二氧化铈标准PDF卡片#43-1002对比表明，煅烧后产物无杂质，生成了二氧化铈，产品结晶度高。由图2可知，通过实施例1制备得到的基于胖大海溶胀煅烧的二氧化铈材料与从某厂家购买的光催化纳米二氧化铈光催化降解亚甲基蓝曲线相比，光催化效率得到明显提高。由图3可知，通过实施例1制备得到的基于胖大海溶胀煅烧的二氧化铈材料具有多孔结构，颗粒尺寸达到纳米级。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。