一种花状微球碳酸铈和二氧化铈的制备方法技术

本发明专利技术属于粉体材料制备技术领域，公开了一种花状微球碳酸铈和二氧化铈的制备方法。配制浓度为0.02～1.0mol/L，pH值为3.5～5.0的铈盐溶液和浓度为0.02～2.0mol/L的沉淀剂溶液，并降温至低于20℃的反应温度，然后将沉淀剂溶液加入到铈盐溶液中，搅拌反应，反应产物经过滤、洗涤和烘干处理，得到花状微球碳酸铈前驱体，然后在500～700℃下煅烧处理，得到花状微球二氧化铈。本发明专利技术的制备方法未加任何添加剂，简单易行，无需高温，生产周期短，成本低廉；所获得的产物具有独特的花状微球形貌，粒径为0.5～10μm，可应用于荧光材料、紫外遮蔽材料、催化剂载体等领域。

Preparation of cerium carbonate and cerium dioxide for flower-like microspheres

【技术实现步骤摘要】
一种花状微球碳酸铈和二氧化铈的制备方法
本专利技术属于粉体材料制备
，具体涉及一种花状微球碳酸铈和二氧化铈的制备方法。
技术介绍
碳酸铈和二氧化铈是重要的稀土产品，其中二氧化铈因具有一种独特的电子构型，其电学、光学、磁学等优异特性使得二氧化铈广泛应用于催化剂、高性能磁性材料、其他功能材料等领域。具有花状微球形貌的二氧化铈比表面积大，活性位点和化学功能丰富，其纳米结构与微纳米结构配合形成的三维层次结构比二维或一维微/纳米结构将表现出独特的性能和新颖的功能，因此制备具有三维结构的花状形貌微/纳米球二氧化铈具有重大意义。三维花状微球二氧化铈的制备首先通过不同方法获得花状微球形貌的碳酸铈前驱体，然后利用煅烧前后形貌的遗传性，煅烧获得同样形貌的二氧化铈。目前不少文献报道通过改变水热法条件，如反应溶剂体系、反应时间、添加剂等，制备获得三维花状微球二氧化铈。Ni等以碳酸氢铵为沉淀剂，在120℃下水热反应48h成功制备三维花状二氧化铈。(NiJB,GaoJ,GengXY,WeiH.Facilehydrothermalsynthesisoflarge-scalemonodisperse3Dflower-likeCeO2nanospheresandtheirexcellentmagneticproperties[J].JournalofMaterialsScience-MaterialsinElectronics,2017,28(16):12306-12311.)Zhong等报道了以氯化铈和尿素为反应物，四丁基溴化铵(tetrabutylammoniumbromide，TBAB)为添加剂，乙二醇为溶剂，在180℃条件下反应30min制备三维花状微球二氧化铈的方法。(ZhongLS,HuJS,CaoAM,LiuQ,SongWG,WanLJ.3Dflowerlikeceriamicro/nanocompositestructureanditsapplicationforwatertreatmentandCOremoval[J].ChemistryofMaterials,2007,19(7):1648-1655.)Li等通过不同反应体系，包括葡萄糖/丙烯酸、果糖/丙烯酸、葡萄糖/丙酸、葡萄糖/正丁胺体系，分别在180℃和200℃反应72h，合成了具有花状三维结构的介孔Ce(OH)CO3微球，进一步煅烧得到与Ce(OH)CO3微球形貌相同的介孔CeO2微球。(LiHF,LuGZ,DaiQG,WangYQ,GuoY,GuoYL.HierarchicalOrganizationandCatalyticActivityofHigh-Surface-AreaMesoporousCeriaMicrospheresPreparedViaHydrothermalRoutes[J].AcsAppliedMaterials&Interfaces,2010,2(3):838-846.)然而水热法温度高，花状微球二氧化铈制备温度最低为100℃，反应时间较长，导致制备成本高昂。相比之下，液相沉淀法温度低，反应迅速，更加适用于工业化生产，但目前液相沉淀法制备获得的二氧化铈形貌单一，多为片状晶体，尚未发现报道利用低温沉淀法制备花状微球形貌的碳酸铈和二氧化铈。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的目的在于提供一种花状微球碳酸铈和二氧化铈的制备方法。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种花状微球碳酸铈和二氧化铈的制备方法，包括如下制备步骤：(1)配制浓度为0.02～1.0mol/L，pH值为3.5～5.0的铈盐溶液，溶剂为水或水和有机溶剂的混合溶剂；(2)配制浓度为0.02～2.0mol/L的沉淀剂溶液，溶剂为水或水和有机溶剂的混合溶剂；(3)将步骤(1)的铈盐溶液和步骤(2)的沉淀剂溶液降温至低于20℃的反应温度，然后将沉淀剂溶液加入到铈盐溶液中，搅拌反应，反应产物经过滤、洗涤和烘干处理，得到花状微球碳酸铈前驱体；(4)将花状微球碳酸铈前驱体在500～700℃下煅烧处理，得到花状微球二氧化铈。优选的，步骤(1)中所述铈盐是指硝酸铈、氯化铈、醋酸铈和硫酸铈中的至少一种。优选的，步骤(1)和(2)中所述有机溶剂是指水溶性醇类有机溶剂，水溶性醇类有机溶剂体积分数不超过混合溶剂的10％；所述水溶性醇类有机溶剂优选为乙二醇、丙二醇、丙三醇中的至少一种。优选的，步骤(2)中所述沉淀剂是指可溶性碳酸盐；所述可溶性碳酸盐优选为碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种。优选的，步骤(3)中所述搅拌反应的时间为10～60min。优选的，步骤(4)中所述煅烧处理的时间为2～4h。本专利技术的制备方法具有如下优点及有益效果：本专利技术的制备方法未加任何添加剂，简单易行，无需高温，生产周期短，成本低廉，有望实现大规模工业化生产。所获得的产物碳酸铈和二氧化铈具有独特的花状微球形貌，粒径为0.5～10μm，可应用于荧光材料、紫外遮蔽材料、催化剂载体等领域。附图说明图1是实施例1制备的花状微球碳酸铈的X射线衍射图；图2是实施例1制备的花状微球碳酸铈的低放大倍数场发射扫描电镜图；图3是实施例1制备的花状微球碳酸铈的高放大倍数场发射扫描电镜图；图4是实施例1制备的花状微球二氧化铈的X射线衍射图；图5是实施例1制备的花状微球二氧化铈的高放大倍数场发射扫描电镜图；图6实施例3制备的花状微球二氧化铈的低放大倍数场发射扫描电镜图；图7实施例3制备的花状微球二氧化铈的高放大倍数场发射扫描电镜图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1(1)配制硝酸铈溶液，将0.01mol硝酸铈于100mL去离子水中，得到浓度为0.10mol/L硝酸铈溶液；(2)配制碳酸氢钠溶液，将0.03mol碳酸氢钠于100mL去离子水中，得到浓度为0.30mol/L碳酸氢钠溶液；(3)将步骤(1)的铈盐溶液和步骤(2)的沉淀剂溶液降温至5℃，并保温；保持5℃，将沉淀剂溶液加入到铈盐溶液中，过程中不断搅拌，反应40min，将沉淀物依次进行过滤、洗涤和烘干处理，得到花状微球碳酸铈前驱体；(4)将花状微球碳酸铈前驱体在600℃煅烧3小时，获得花状微球二氧化铈。图1是制备的花状微球碳酸铈的X射线衍射图，与标准卡片PDF#38-0377一致，为镧石型碳酸铈Ce2(CO3)38H2O。图2为制备的花状微球碳酸铈的低放大倍数场发射扫描电图，可看到碳酸铈产品具有花状微球形貌，形貌均一，平均粒径在0.5-10μm。图3是制备的花状微球碳酸铈的高放大倍数场发射扫描电镜图，产物具有分层结构，由在原有薄片上层层生长而成，并非片状团聚体。图4是制备的花状微球二氧化铈的X射线衍射图，与标准卡片PDF#34-0394一致，为纯的立方萤石型CeO2。图5是制备的花状微球二氧化铈的高放大倍数场发射扫描电镜图，产物形貌具有遗传性。与碳酸铈前驱体相同，具有分层结构，由在原有薄片上层层生长而成。实施例2(1)配制硝酸铈溶液，将0.01mol硝酸铈于100mL去离子水中，得到浓度为0.10mol/L硝酸铈溶液；(2)配制碳酸氢钠溶液，将0.03mol碳酸氢钠于100mL去离子水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种花状微球碳酸铈和二氧化铈的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：(1)配制浓度为0.02～1.0mol/L，pH值为3.5～5.0的铈盐溶液，溶剂为水或水和有机溶剂的混合溶剂；(2)配制浓度为0.02～2.0mol/L的沉淀剂溶液，溶剂为水或水和有机溶剂的混合溶剂；(3)将步骤(1)的铈盐溶液和步骤(2)的沉淀剂溶液降温至低于20℃的反应温度，然后将沉淀剂溶液加入到铈盐溶液中，搅拌反应，反应产物经过滤、洗涤和烘干处理，得到花状微球碳酸铈前驱体；(4)将花状微球碳酸铈前驱体在500～700℃下煅烧处理，得到花状微球二氧化铈。

【技术特征摘要】
1.一种花状微球碳酸铈和二氧化铈的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：(1)配制浓度为0.02～1.0mol/L，pH值为3.5～5.0的铈盐溶液，溶剂为水或水和有机溶剂的混合溶剂；(2)配制浓度为0.02～2.0mol/L的沉淀剂溶液，溶剂为水或水和有机溶剂的混合溶剂；(3)将步骤(1)的铈盐溶液和步骤(2)的沉淀剂溶液降温至低于20℃的反应温度，然后将沉淀剂溶液加入到铈盐溶液中，搅拌反应，反应产物经过滤、洗涤和烘干处理，得到花状微球碳酸铈前驱体；(4)将花状微球碳酸铈前驱体在500～700℃下煅烧处理，得到花状微球二氧化铈。2.根据权利要求1所述的一种花状微球碳酸铈和二氧化铈的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述铈盐是指硝酸铈、氯化铈、醋酸铈和硫酸铈中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种花状微球碳酸铈和二氧化铈的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学重，李钿，张扬，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44