專利名稱：一種納米鈰鋯復(fù)合氧化物的制備方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米鈰鋯復(fù)合氧化物的制備方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
氧化鈰及鈰鋯復(fù)合氧化物可用作研磨材料，橡膠及高分子聚合物制品中(改良其某些物理性能)的添加材料，催化領(lǐng)域中增加燃燒熱能的催化劑，以及處理從內(nèi)燃機(jī)排出廢氣的催化劑。法國(guó)羅納·布朗克公司(專利號(hào)為94194552.9和96196505.3)、日本三德金屬工業(yè)株式會(huì)社(專利號(hào)為95119160.8和95119164.0)、日本觸媒化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社(專利號(hào)為89103518.4)及上海躍龍有色金屬有限公司與同濟(jì)大學(xué)(專利號(hào)為99102251.3)都獲得了相關(guān)專利。
目前市場(chǎng)上鈰、鋯復(fù)合氧化物的制備方法為熱分解法，其過程可表述為可熱分解的鈰、鋯化合物的混合物(即前驅(qū)化合物)在空氣中加熱得鈰鋯復(fù)合氧化物。
依據(jù)前驅(qū)化合物的制備方法又可分為兩類。
1、濕法(共沉淀法)如法國(guó)羅納·布朗克公司以及日本的三德金屬與觸媒化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社均屬此類。其操作步驟為將含一定比例鈰、鋯離子的酸性溶液倒入沉淀劑溶液(如氨水溶液)中，沉淀經(jīng)過濾、洗滌、干燥后，得到前驅(qū)化合物。
此法流程較長(zhǎng)，制備出的鈰鋯復(fù)合氧化物粒度較大、比表面積較小。
2、干法上海躍龍有色金屬有限公司與同濟(jì)大學(xué)所持專利就屬此類，此工藝是將可熱分解的鈰、鋯化合物(如氯化物、硝酸鹽、碳酸鹽、草酸鹽、氫氧化物)按一定的比例機(jī)械混合，然后添加液體肼或肼化合物(硝酸肼)構(gòu)成前驅(qū)物。
此法工藝簡(jiǎn)單，由于作為添加劑的肼或肼化合物在熱分解過程中產(chǎn)生大量氣體和熱量，因而可制得顆粒細(xì)、比表面積大、活性高的納米鈰鋯復(fù)合氧化物。
此法的缺點(diǎn)有二。其一是采用氯氧化鋯作為前驅(qū)化合物中的鋯源，不可避免的造成產(chǎn)品納米鈰鋯復(fù)合氧化物中含有1％左右的Cl-，而Cl-應(yīng)該盡量避免的。其次是作為添加劑的肼或硝酸肼用量較大，成本較高發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種不含Cl-，而且肼或硝酸肼用量(即成本)大為減少的納米鈰鋯復(fù)合氧化物的制備方法。
本發(fā)明提出的納米鈰鋯復(fù)合氧化物的制備方法，通過添加甲酸和肼于由鈰和鋯的可熱分解化合物組成的前驅(qū)化合物中，然后在空氣氣氛中350-800℃溫度下熱分解，即可得到納米鈰鋯復(fù)合氧化物。
眾所周知，甲酸只含一個(gè)C原子，它的結(jié)構(gòu)式為 它的金屬鹽極易分解，在本制備方法中，將甲酸加入前驅(qū)化合物，使得鈰和鋯部分或大部分以甲酸鹽的形式存在，而且以極細(xì)顆粒(甚至以分子、離子水平)相互混合，這樣不僅可明顯減少另一添加劑肼的用量，而且也可以保證熱分解產(chǎn)物(即鈰鋯復(fù)合氧化物)顆粒細(xì)，比表面積大，相組成單一，可以說，選擇甲酸與肼組成復(fù)合添加劑是本發(fā)明的一大特點(diǎn)。
上述制備方法中，添加劑的加入量為，按制得100g鈰鋯復(fù)合氧化物計(jì)講甲酸用量不超過70ml，一般為20-70ml；肼用量不超過50ml，一般為10-50ml。
本發(fā)明制備獲得的鈰鋯復(fù)合氧化物中含有5-99％重量的CeO2和0-94％重量的ZrO2，其晶粒粒徑≤100nm，該復(fù)合氧化物經(jīng)900℃灼燒1小時(shí)的灼減量≤5％。經(jīng)1000℃灼燒12小時(shí)仍保持單相。
上述復(fù)合氧化物還含有0.01-10％重量的其它元素。這些元素包括硅、鋁、鉬、鉿及稀土元素。
上述復(fù)合氧化物的比表面積為5-120m2/g。
上述制備方法中，所述的前驅(qū)化合物可采用鈰、鋯的硝酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物或其混合物。
本發(fā)明制備的這種納米鈰鋯復(fù)合氧化物不僅顆粒細(xì)、比表面積大、活性高、相組成單一而且熱穩(wěn)定性也好。此外，復(fù)合氧化物中不含Cl-，肼或硝酸肼的用量大大減少，成本降低。
上述納米鈰鋯復(fù)合氧化物，可用作研磨材料；可用作催化劑，如汽車尾氣凈化器中的催化助劑；也可用作高分子材料(如橡膠、尼龍)制品中的改性添加劑。
納米鈰鋯復(fù)合氧化物的應(yīng)用，可用作增加燃?xì)獍l(fā)熱效率的節(jié)能材料。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例1，取能制備20g CeO2的氫氧化鈰，加入5ml甲酸(濃度85％)拌勻，再加入2ml水合肼(濃度80％)，拌勻，放入烘箱中100℃烘干。將干燥物放入磁坩堝中，置于馬弗爐內(nèi)，逐步升溫至500℃，并維持0.5小時(shí)，可得到納米氧化鈰，比表面積為80m2/g，晶粒為15-25nm。
實(shí)施例2，分別稱取能制得20g鈰鋯復(fù)合氧化物(Ce0.75Zr0.25O2)的碳酸鈰和碳酸鋯，將碳酸鈰與14ml甲酸(濃度85％)拌勻，然后加入碳酸鋯，拌勻，最后加入10ml水合肼(濃度80％)，再拌勻，放入烘箱中100℃烘干。將干燥物放入磁坩堝中，置于馬弗爐內(nèi)，逐步升溫至400℃，并維持0.5小時(shí)，可得到納米鈰鋯復(fù)合氧化物(Ce0.75Zr0.25O2)，比表面積為40m2/g，晶粒為50-60nm。
實(shí)施例3，稱取能制得20g鈰鋯復(fù)合氧化物(Ce0.4Zr0.6O2)的碳酸鈰和碳酸鋯，拌勻，加入10ml甲酸(濃度85％)，拌勻，再加入8ml水合肼(濃度80％)，拌勻，放入烘箱中100℃烘干。將干燥物放入磁坩堝中，置于馬弗爐內(nèi)，逐步升溫至600℃，維持0.5小時(shí)，可得到納米鈰鋯復(fù)合氧化物(Ce0.4Zr0.6O2)，比表面積為34m2/g，晶粒為80-90nm。
權(quán)利要求
1.一種納米鈰鋯復(fù)合氧化物，其特征在于該復(fù)合氧化物包括5-99％重量的CeO2和0-94％重量的ZrO2，其晶粒粒徑≤100nm，該復(fù)合氧化物經(jīng)900℃灼燒1小時(shí)的灼減量≤5％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鈰鋯復(fù)合氧化物，其特征在于它還包括0.01-10％重量的其它元素，該元素選自硅、鋁、鉬、鉿及稀土元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鈰鋯復(fù)合氧化物，其特征在于該復(fù)合氧化物的比表面積為5-120m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的納米鈰鋯復(fù)合氧化物，其特征在于該復(fù)合氧化物經(jīng)1000℃灼燒21小時(shí)仍保持單相。
5.一種納米鈰鋯復(fù)合氧化物的制備方法，其特征在于通過添加甲酸和肼于由鈰和鋯的前驅(qū)化合物中，然后在空氣氮?dú)庵?50-800℃溫度下熱分解而制得納米鈰鋯復(fù)合氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于按制得100g鈰鋯復(fù)合物氧化物計(jì)，甲酸的添加量為20-70ml，肼的添加量為10-50ml。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于鈰、鋯的前驅(qū)化合物采用鈰、鋯的硝酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物或其混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米鈰鋯復(fù)合氧化物及其制備方法。具體是在鈰和鋯的前驅(qū)化合物中添加甲酸和肼，然后在空氣氣氛中經(jīng)高溫分解而制備獲得。本發(fā)明中，肼或硝酸肼的用量大為減少，因而成本降低。本發(fā)明制備的鈰鋯復(fù)合氧化物含有5－99％重量的CeO
文檔編號(hào)C01F1/00GK1556042SQ20031012299
公開日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者吳介達(dá), 陸世鑫, 王振華 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)