專利名稱：水合納米氧化鈰溶膠的制備方法
技術領域：
本發明涉及水合納米氧化鈰溶膠的制備方法，尤其是一種水合納米氧化鈰溶膠的 制備方法。
背景技術：
太陽光的紫外輻射對人類健康、工業材料和生態環境有著不可忽視的危害，因此 出現了防曬的護膚品和防紫外線的新材料。目前使用的無機納米防曬有TiO2, ZnO, CeO2, Fe2O3，SiO2等，與有機吸收劑如二苯甲酮類、水楊酸酯類、對氨基苯甲酸類、肉桂酸醋類等相 比，具有紫外區吸收峰寬、化學穩定性好和熱穩定性高等優點，無味，無毒，無刺激性，同時 具有殺菌除臭功能，對UV-A，UV-B具有廣譜屏蔽作用。特別是納米CeO2，由于CeO2具有豐 富的電子躍遷能級，對紫外光吸收有優異光學敏感性。加之納米粒子的小尺寸效應、高比表 面效應、宏觀量子效應，對紫外光有較強的散射和反射作用。而且稀土 CeO2熱穩定性好、安 全無毒、資源豐富、制備成本低等。因此納米Ce02可望成為一種新型的高效價廉的紫外線 吸收劑。不僅如此，納米效應還會增加材料的強度、韌性、耐磨性等，應用于聚合物材料中， 使聚合物具有抗老化、抗氧化、防曬、保持色澤鮮艷等。特別適用戶外的涂料、化纖、塑料、橡 膠、玻璃鋼、化妝品等，使其光學穩定性大大提高。與其它有機紫外線吸收劑相比，具有高效 長久、熱穩定性好、安全無毒的特點；與其它無機納米粉相比，具有效率高、光學性能好、表 面易改性、綜合成本低等優點，具有非常理想的應用前景，可望替代相當部分的有機紫外線 吸收劑及其它無機納米紫外線吸收劑。其應用領域有戶外涂料、防紫外線化纖、防曬化妝 品、聚合物抗老化及其它防紫外線領域。(1)涂料領域我國戶外使用的涂料，在涂料行業中占有相當的重要地位，而產品的耐氣候性、抗 污染性等還難于滿足用戶要求，表現在涂膜發黃、龜裂、粉化、削離、褪色等，其原因主要是 戶外涂料長期在陽光照曬下，紫外線可加速高分子材料或有機物的降解、老化、熱氧化。過 去使用的有機紫外線吸收劑，有機色料，同樣時間稍長，就會分解、失效、褪色。在涂料加入 0.2%納米CeO2，進行1032小時的快速老化試驗表明可以大大延緩涂料的失光、變黃、粉 化、褪色的時間，使產品質量得到提高。此外，由于納米粒子的奇異特性，使得涂料性能得到 進一步改替，諸如涂層與基體之間的接合強度、涂膜的表面硬度、涂膜的自潔能力等也獲得 了顯著提高，進一步提高涂料的檔次。(2)防紫外線化纖1996年，日本首先開發研制防紫外線化纖面料，把納米微粒添加到聚合物中并制 成纖維，得到具有優良的紫外線遮蔽率及熱輻射遮蔽率。目前國內應用較多的納米微粒有 TiO2, ZnO, SiO2等，但均有不足之處，如納米TiO2成本高，ZnO有兩性特征，不耐酸堿，納米 SiO2多孔難分散，吸收紫外線能力弱。而以納米CeO2為主體的紫外線吸收劑，能克服上述 的不足，具有對光吸收敏感，吸收波段大多在紫外區，吸收效率高，吸收波段寬，高效長久， 綠色環保，用量少，綜合成本低等優點。并且分散性好，化纖的強度、耐磨性、保溫性、抗靜電等功能，均得到提高和改善。(3)防曬化妝品日本著名的大型化妝品公司_康賽公司，近年推出的防曬系列化妝品，主要的紫 外線吸收材料就是納米CeO2及SiO2表面包裹的復合物。產品對紫外線的吸收和屏蔽良好， 顏色接近人體膚色，克服了 TiO2或ZnO顏色有蒼白感和紫外線吸收效率低的缺點，因此納 米CeO2在開發高檔防曬化妝品方面，有著重要的應用。(4)聚合物抗老化塑料是由高分子聚合物構成，紫外線可加速聚合物降解、老化過程，因此加入紫外 線吸收劑可大大延緩塑料的老化，而且納米粒子可增加塑料的強度，改善力學性能。現有的 有機光穩定劑壽命短、毒性大；無機光穩定劑則有顏色或不透明等缺點。特別適用于戶外塑 料(PP，PC, PVC, ΡΕ, PET, PA6，PA66等)，如農用塑料薄膜壽命延長，塑料門窗硬度、表面光 亮度、耐老化性能大幅度提高，遮陽塑料、包裝塑料、玻璃鋼表面(膠衣)等使用，使用后壽 命大大延長。(5)其它應用在橡膠改性、色料保護、防曬玻璃、膠粘劑、環氧樹脂等。研究表明，納米CeO2當粉體一次粒徑在IOnm左右時，CeO2具有強的紫外吸收效果 和可見光穿透性能，當粉體一次粒徑在IOOnm以上時，粉體將失去紫外吸收效果。CeO2粉體 的紫外吸收強度主要受顆粒一次粒徑的影響，團聚粒徑對CeO2粉體也有一定的影響，隨團 聚粒徑的減小，紫外線吸收效果增強。我國的納米粉體制備技術不斷取得進步，在納米級SiO2, TiO2, Al2O3，ZnO, Fe2O3等 粉體材料中，已經成功的進行工業化生產或試生產。但是現有的生產工藝，生產成本很高是 其致命弱點，將直接影響納米材料推廣應用，因此要不斷改進。稀土納米材料在我國也有許 多研究，取得了不少成果，如長春應用化學研究所、廣州有色金屬研究院等，做了許多基礎 研究工作，但還沒有大規模工業化生產。由于稀土元素特殊的電子層結構及較大的原子半 徑，其化學性質與其它元素有很大不同，因此，納米稀土氧化物粉的制備方法和后處理技術 上，與其他元素也有所不同。而CeO2的3價、4價的變價特征，其納米氧化物粉體的制備方 法就更特殊。納米氧化物的制備方法主要有沉淀法、水熱法、凝膠法、固相法。(1)沉淀法有草酸沉淀、碳酸沉淀、氫氧化物沉淀、均相沉淀、絡合沉淀等。該方 法最大的特點就是溶液成核快，易控制，設備簡單，可制得高純度的產品。但難過濾，易團 聚ο(2)水熱注在高溫高壓的條件下，加快和強化離子的水解反應，并形成分散的納 米晶核。該方法能得到分散均勻、粒度分布狹窄的納米粉，但要求高溫高壓設備，設備昂貴， 效率低、操作不安全。(3)凝膠法是制備無機材料的重要方法，在無機合成中占有相當的地位。在低溫 下，有機金屬化合物或有機絡合物，通過聚合或水解等反應，形成溶膠，一定條件下形成凝 膠，進一步熱處理，可得比表面較大、分散較好的超微納米粉。該方法可在溫和條件下進行， 得到的粉體比表面大，分散性好，但反應時間較長，需要數日才能完成，難于達到大規模工 業化的要求。(4)固相法通過固體化合物或中間固相反應，進行高溫分解。如稀土鹽與草酸或碳銨，固相混合，形成稀土鹽的中間體，然后高溫分解，得到超細粉。該方法反應效率高，設 備簡單，操作容易，但所得粉體形態不規則，均勻性差。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種成本低、適于工業化生產、工藝簡單且制備 的納米粒子純度高、粒度均勻的水合納米氧化鈰溶膠的制備方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種水合納米氧化鈰溶膠的制備方 法，具有如下工藝流程a.配制稀硝酸A 用濃硝酸，加入去離子水，配成濃度為0. 8 2mol/L的稀硝酸 A；b.在稀硝酸A中加入硝酸鈰銨，使硝酸鈰銨溶解于稀硝酸A中，攪拌均勻得溶液 B ；c.在溶液B中滴加沉淀劑，得沉淀物C，沉淀劑是濃度為0. lmol/L lmol/L的氨 水；d.將沉淀物C離心水洗至pH為5. 3 6 ；e.配制硝酸溶液D 用濃硝酸，加入去離子水，配成濃度為0. 5 3mol/L的硝酸溶 液D ；f.配制水合納米氧化鈰溶膠把沉淀后水洗產物放入硝酸溶液D中，50 100°C 水浴攪拌3 18小時，得水合納米氧化鈰溶膠。本發明的有益效果是，本發明的水合納米氧化鈰溶膠的制備方法，成本低、適于工 業化生產、工藝簡單，制備的納米氧化鈰晶粒度在1 5nm之間，粒子純度高、粒度均勻。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步說明。實施例1 用濃硝酸，加入去離子水，配成0. 8mol/L的稀硝酸Α。稱取70g硝酸鈰銨，溶解于 A中，攪拌均勻得溶液B。用濃氨水配成0. lmol/L氨水溶液，滴入溶液B中，20°C水浴1小 時，并攪拌成橙黃色沉淀物C，將沉淀物C離心水洗4次，至pH為5. 3，再次離心脫水后取出。 再另行配置濃度為3mol/L硝酸溶液D，把沉淀后水洗產物放入硝酸溶液D中，50°C水浴攪 拌，3小時，可得黃色透明的水合納米氧化鈰溶膠。經檢測結果得水合納米氧化鈰溶膠中 納米氧化鈰的晶粒度在1 5nm之間，納米氧化鈰分散良好。實施例2:用濃硝酸，加入去離子水，配成1. 5mol/L的稀硝酸Α。稱取70g硝酸鈰銨，溶解于 A中，攪拌均勻得溶液B。用濃氨水配成0. 6mol/L氨水溶液，滴入溶液B中，20°C水浴2小 時，并攪拌成橙黃色沉淀物C，將沉淀物C離心水洗4次，至pH為5. 5，再次離心脫水后取出。 再另行配置濃度為1. 5mol/L硝酸溶液D，把沉淀后水洗產物放入硝酸溶液D中，80°C水浴攪 拌，8小時，可得黃色透明的水合納米氧化鈰溶膠。經檢測結果得水合納米氧化鈰溶膠中 納米氧化鈰的晶粒度在1 5nm之間，納米氧化鈰分散良好。實施例3
用濃硝酸，加入去離子水，配成2mol/L的稀硝酸Α。稱取70g硝酸鈰銨，溶解于A 中，攪拌均勻得溶液B。用濃氨水配成lmol/L氨水溶液，滴入溶液B中，20°C水浴1小時， 并攪拌成橙黃色沉淀物C，將沉淀物C離心水洗4次，至pH為6，再次離心脫水后取出。再 另行配置濃度為0. 5mol/L硝酸溶液D，把沉淀后水洗產物放入硝酸溶液D中，100°C水浴攪 拌，18小時中，可得黃色透明的水合納米氧化鈰溶膠。經檢測結果得水合納米氧化鈰溶膠 中納米氧化鈰的晶粒度在1 5nm之間，納米氧化鈰分散良好。
權利要求
一種水合納米氧化鈰溶膠的制備方法，其特征在于具有如下工藝流程a.配制稀硝酸A用濃硝酸，加入去離子水，配成濃度為0.8～2mol/L的稀硝酸A；b.在稀硝酸A中加入硝酸鈰銨，使硝酸鈰銨溶解于稀硝酸A中，攪拌均勻得溶液B；c.在溶液B中滴加沉淀劑，得沉淀物C，沉淀劑是濃度為0.1mol/L～1mol/L的氨水；d.將沉淀物C離心水洗至pH為5.3～6；e.配制硝酸溶液D用濃硝酸，加入去離子水，配成濃度為0.5～3mol/L的硝酸溶液D；f.配制水合納米氧化鈰溶膠把沉淀后水洗產物放入硝酸溶液D中，50～100℃水浴攪拌3～18小時，得水合納米氧化鈰溶膠。
全文摘要
本發明涉及納米氧化物的制備方法，尤其是一種水合納米氧化鈰溶膠的制備方法，其將硝酸鈰銨溶解于濃度為0.8～2mol/L的稀硝酸后滴加0.1mol/L～1mol/L的氨水，得沉淀物C，沉淀物C離心水洗至pH為5.3～6；把沉淀后水洗產物放入濃度為0.5～3mol/L的硝酸溶液D中，50～100℃水浴攪拌3～18小時，得水合納米氧化鈰溶膠。本發明的水合納米氧化鈰溶膠的制備方法，成本低、適于工業化生產、工藝簡單，制備的納米氧化鈰晶粒度在1～5nm之間，粒子純度高、粒度均勻。
文檔編號C01F17/00GK101973570SQ201010514439
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月21日 優先權日2010年10月21日
發明者施麗萍 申請人:施麗萍