一種稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及稀土摻雜的氧化鋁納米材料的制備方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米顆粒具有的獨(dú)特性質(zhì)使其在催化劑、功能材料、復(fù)合材料、光學(xué)材料及陶瓷材料等方面有著廣闊的現(xiàn)實(shí)與潛在的應(yīng)用前景。例如，納米顆粒具有高的比表面積和高的表面活性，將其用于催化材料有顯著的催化效率。
[0003]眾所周知，氧化鋁在煅燒過程中會(huì)發(fā)生一系列的相變，最終得到穩(wěn)定相的氧化鋁(a-Al2O3),其中中間態(tài)的晶型為過渡態(tài)氧化鋁，并且過渡態(tài)氧化鋁中Y-Al2O3和S-Al2O3由于比表面積大、晶相溫度范圍廣、表面又具備酸性等特性被稱為活性氧化鋁，已廣泛用于催化劑載體。但對(duì)于汽車尾氣凈化、催化燃燒等高溫反應(yīng)體系，在實(shí)際操作中催化劑床層的溫度常常高于1000度，氧化鋁表面的燒結(jié)和α相變會(huì)引起表面積劇減并導(dǎo)致催化劑失活，因此在催化領(lǐng)域需要熱穩(wěn)定性高的活性氧化鋁，提高氧化鋁的熱穩(wěn)定性具有重要的實(shí)際意義。
[0004]研究發(fā)現(xiàn)，添加雜質(zhì)元素可以提高活性氧化鋁的熱穩(wěn)定性，用作改善氧化鋁熱穩(wěn)定性的添加劑一般為稀土金屬氧化物、堿土金屬氧化物等，且效果顯著，目前在改善氧化鋁的熱穩(wěn)定性時(shí)，常常采用浸漬的方式(加入添加劑)，即對(duì)氧化鋁的表面進(jìn)行改性，通過改性來增加氧化鋁的穩(wěn)定性，對(duì)其他添加方式缺乏研究。
[0005]鑒于以上，本發(fā)明提供了一種在不添加表面活性劑的條件下，采用水熱反應(yīng)法制備稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)上述問題，提供了一種稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料的制備方法。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)目的是通過水熱法制備的稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料與氧化鋁納米材料相比，具有較高的熱穩(wěn)定性。
[0008]為此，本發(fā)明提供了一種稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料的制備方法，包括以下步驟:
[0009]1、一種稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010]步驟一、配制濃度為0.8?0.9mol/L的氯化鋁溶液；
[0011]步驟二、按照鑭離子與鋁離子的摩爾比為1:1?1:5，稱取固體氯化鑭，并配制成氯化鑭溶液；
[0012]步驟三、按照鈉/鋁的摩爾比為3:1?9:1，分別用氫氧化鈉和氫氧化鋁制備偏鋁酸鈉溶液；
[0013]步驟四、采用雙滴法，在800?1300r/min的攪拌速度下，將所述氯化鑭溶液和所述偏鋁酸鈉溶液同時(shí)滴加到所述氯化鋁溶液中，至所述氯化鑭溶液完全滴加到所述氯化鋁溶液中，然后用所述偏鋁酸鈉溶液將PH值調(diào)節(jié)到1.0?8.4時(shí)停止滴加，在1300r/min的攪拌速度下繼續(xù)攪拌15min，得到白色懸浮液；
[0014]步驟五、將所述白色懸浮液置于60?180°C的溫度下晶化預(yù)定時(shí)間，得到白色沉淀物；
[0015]步驟六、對(duì)步驟五晶化完成得到的白色沉淀物進(jìn)行過濾洗滌或離心洗滌，將洗滌獲得的濾餅置于60°C的烘箱中進(jìn)行烘干，烘干4h后取出得到稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料的前驅(qū)體；
[0016]步驟七、將所述稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料的前驅(qū)體置于400?1200°C的馬弗爐中進(jìn)行煅燒，得到稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料。
[0017]通過水熱合成法制備出稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料，與以往稀土氧化物對(duì)氧化鋁表面改性不同，稀土鑭離子可進(jìn)入氧化鋁的晶格并通過阻止鋁離子的擴(kuò)散而穩(wěn)定氧化鋁的結(jié)構(gòu)，限制顆粒之間的接觸，從而抑制燒結(jié)，使氧化鋁載體在高溫老化后仍能具有一定的比表面積；
[0018]制備白色懸浮液時(shí)采用雙滴和一定的攪拌速度相結(jié)合的方法，可實(shí)現(xiàn)均勻及穩(wěn)定的滴加，使反應(yīng)更完全。剛開始反應(yīng)時(shí)溶液較稀，因此可選擇相對(duì)慢的攪拌速度，隨著滴加的進(jìn)行，溶液的粘稠度逐漸增大，可適當(dāng)提高攪拌速度，因此可通過調(diào)節(jié)攪拌速度實(shí)現(xiàn)稀土離子的均勻摻雜；
[0019]氯化鑭沉淀為氫氧化鑭時(shí)的pH值為8.4，如果出現(xiàn)氫氧化鑭沉淀那么會(huì)嚴(yán)重影響摻雜質(zhì)量，因此需要在反應(yīng)過程中嚴(yán)格控制懸浮液的pH值，0.8?0.9mol/L的氯化鋁為酸性溶液，偏鋁酸鈉為堿性溶液，在滴加的初始階段，白色懸浮液中只存在較小的偏鋁酸鈉，因此懸浮液呈酸性，而氯化鑭在酸性溶液中不會(huì)生成沉淀，因此要保證在滴加過程中及滴加完后白色懸浮液的pH值不能超過8.4 ；
[0020]由于晶化溫度和煅燒溫度均會(huì)影響納米氧化鋁的比表面積，因此選擇較低的晶化溫度和煅燒溫度制備比表面積較大的稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料可作為吸附劑，選擇較高的晶化溫度和煅燒溫度制備熱穩(wěn)定性較高的稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料可作為催化劑載體。
[0021]優(yōu)選的是，其中，所述步驟三中偏鋁酸鈉溶液的具體制備方法為:
[0022]按照鈉/鋁的摩爾比為3:1?9:1，在高壓反應(yīng)釜的內(nèi)膽中稱取固體氫氧化鈉和固體氫氧化鋁，然后加水至50g，將所述高壓反應(yīng)釜的內(nèi)膽放入高壓反應(yīng)釜中于70?120°C的溫度，30?50r/min的轉(zhuǎn)速下放置2h，然后在150?180°C下靜置2h，得到所述偏鋁酸鈉溶液。
[0023]選擇動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的方法，實(shí)現(xiàn)偏鋁酸鈉和氫氧化鋁更好的反應(yīng)，同時(shí)更有利于制備出不同鈉/鋁摩爾比的偏鋁酸鈉溶液，提高了偏鋁酸鈉溶液的實(shí)用性。
[0024]優(yōu)選的是，其中，所述步驟四中的pH值為6.0?7.0。
[0025]優(yōu)選的是，其中，所述步驟五中的溫度為80?90°C。
[0026]優(yōu)選的是，其中，所述步驟二中氯化鑭溶液的體積與所述氯化鋁溶液的體積比為1:15 ?1:20。
[0027]優(yōu)選的是，其中，所述步驟五中的預(yù)定時(shí)間為2?18h。
[0028]優(yōu)選的是，其中，所述預(yù)定時(shí)間為4h。
[0029]優(yōu)選的是，其中，將所述高壓反應(yīng)釜的內(nèi)膽放入高壓反應(yīng)釜中于90°C的溫度，30?50r/min的轉(zhuǎn)速下放置2h。
[0030]優(yōu)選的是，其中，所述靜置溫度為170°C。
[0031]本發(fā)明至少包括以下有益效果:
[0032]1、本發(fā)明通過水熱合成法制備出稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料，與以往稀土氧化物對(duì)氧化鋁表面改性不同，通過本發(fā)明的制備方法，稀土鑭離子可進(jìn)入氧化鋁的晶格并通過阻止鋁離子的擴(kuò)散而穩(wěn)定氧化鋁的結(jié)構(gòu)，限制顆粒之間的接觸，從而抑制燒結(jié)，使氧化鋁載體在高溫老化后仍能具有一定的比表面積。
[0033]2、制備白色懸浮液時(shí)采用雙滴和一定的攪拌速度相結(jié)合的方法，可實(shí)現(xiàn)均勻及穩(wěn)定的滴加，使反應(yīng)更完全。剛開始反應(yīng)時(shí)溶液較稀，因此可選擇相對(duì)慢的攪拌速度，隨著滴加的進(jìn)行，溶液的粘稠度逐漸增大，可適當(dāng)提高攪拌速度，因此可通過調(diào)節(jié)攪拌速度實(shí)現(xiàn)稀土離子的均勻摻雜。
[0034]3、本發(fā)明中氯化鑭沉淀為氫氧化鑭時(shí)的pH值為8.4，如果出現(xiàn)氫氧化鑭沉淀那么會(huì)嚴(yán)重影響摻雜質(zhì)量，因此需要在反應(yīng)過程中嚴(yán)格控制懸浮液的pH值，0.8?0.9mol/L的氯化鋁為酸性溶液，偏鋁酸鈉為堿性溶液，在滴加的初始階段，白色懸浮液中只存在較小的偏鋁酸鈉，因此懸浮液呈酸性，而氯化鑭在酸性溶液中不會(huì)生成沉淀，因此要保證在滴加過程中及滴加完后白色懸浮液的PH值不能超過8.4。
[0035]4、由于晶化溫度和煅燒溫度均會(huì)影響納米氧化鋁的比表面積，因此選擇較低的晶化溫度和煅燒溫度制備比表面積較大的稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料可作為吸附劑，選擇較高的晶化溫度和煅燒溫度制備熱穩(wěn)定性較高的稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料可作為催化劑載體。
[0036]5、本發(fā)明以氫氧化鋁和氫氧化鈉為原料，選擇動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的方法，可制備出不同鈉/鋁比的偏鋁酸鈉溶液，提高了偏鋁酸鈉溶液的實(shí)用性。
[0037]6、本發(fā)明通過無污染、無副產(chǎn)物且不添加表面活性劑的水熱法，制備出的稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料具有較高熱穩(wěn)定性。
[0038]本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】
[0039]圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中XRD示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0041]〈實(shí)施例1>
[0042]步驟一、配制10mL濃度為0.8mol/L的氯化鋁溶液；
[0043]步驟二、按照鑭離子與鋁離子的摩爾比為1:1，稱取固體氯化鑭，并配制成5mL氯化鑭溶液；
[0044]步驟三、分別用氫氧化鈉和氫氧化鋁制備鈉/鋁比為3:1的偏鋁酸鈉溶液；
[0045]步驟四、采用雙滴法，在800?1300r/min的攪拌速度下，將所述氯化鑭溶液和所述偏鋁酸鈉溶液同時(shí)滴加到所述氯化鋁溶液中，至所述氯化鑭溶液完全滴加到所述偏鋁酸鈉溶液中，然后用所述偏鋁酸鈉溶液將PH值調(diào)節(jié)到1.0時(shí)停止滴加，在1300r/min的攪拌速度下繼續(xù)攪拌15min，得到白色懸浮液；
[0046]步驟五、將所述白色懸浮液置于80°C的溫度下晶化18h，得到白色沉淀物；
[0047]步驟六、將步驟五晶化完成得到的白色沉淀物進(jìn)行過濾洗滌或離心洗滌，將洗滌獲得的濾餅置于60°C的烘箱中進(jìn)行烘干，烘干4h后取出得到稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料的前驅(qū)體。
[0048]步驟七、將所述稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料的前驅(qū)體置于400°C的馬弗爐中進(jìn)行煅燒，得到稀土鑭摻雜的氧化鋁納米材料。
[0049]其中，所述步驟三中偏鋁酸鈉溶液的具體制備方法為:
[0050]在高壓反應(yīng)釜的內(nèi)膽中稱取固體氫氧化鈉和固體氫氧化鋁，然后加水至50g，將所述高壓反應(yīng)爸的內(nèi)膽放入高壓反應(yīng)爸中于70°C，30?50r/min的轉(zhuǎn)速下放置2h，然后在180°C靜置2h，得到鈉/鋁的摩爾比例為3:1的偏鋁酸鈉溶液。
[0051]〈實(shí)施例2>
[0052]步驟一、配制10mL濃度為0.8mol/L的氯化鋁溶液；
[0053]步驟二、按照鑭離子與鋁離子的摩爾比為1:5，稱取固體氯化鑭，并配制成5!^氯化鑭溶液；
[0054]步驟三、分別用氫氧化鈉和氫氧化鋁制備鈉/鋁比為5:1的偏鋁酸鈉溶液；
[0055]步驟四、采用雙滴法，在800?1300r/min的攪拌速度下，將所述氯化鑭溶液和所述偏鋁酸鈉溶液同時(shí)滴加到所述氯化鋁