專利名稱：納米級(jí)鈰鍶復(fù)合氧化物催化劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超細(xì)粒子鈰鍶復(fù)合氧化物，特別是涉及納米級(jí)鈰鍶復(fù)合氧化物催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能。CeO2和含CeO2的復(fù)合氧化物具有快速氧化還原循環(huán)性能和儲(chǔ)存、釋放氧的能力，CeO2晶格中的部分鈰原子被其它陽離子取代制成復(fù)合氧化物材料后，導(dǎo)致CeO2的晶格畸變和缺陷，從而增強(qiáng)它的Redox性能，使之具有更高的熱穩(wěn)定性。Ce-Zr復(fù)合氧化物與CeO2，ZrO2等相比，具有更高的熱穩(wěn)定性、氧化還原性和催化性能。因此近幾年人們對(duì)Ce-Zr復(fù)合氧化物的興趣日益增加，并廣泛應(yīng)用于汽車和摩托車尾氣催化劑和各類環(huán)保催化劑中。
從制備角度來看，納米材料表面活性中心多，用作催化劑，可提高反應(yīng)速度10～15倍，比表面也大幅度提高。目前國內(nèi)外在一般的超細(xì)粒子復(fù)合氧化物材料的制備方法上，仍采用傳統(tǒng)的共沉淀法、液相反應(yīng)法、物理氣相沉積法、固相反應(yīng)法等。其主要問題是難以制得微觀均勻、不團(tuán)聚的理想復(fù)合粉體，對(duì)提高材料性能不利。目前為止，溶膠凝膠法被認(rèn)為是最好的制備CeO2以及Ce-Zr復(fù)合氧化物方法之一，采用該方法制備的粉體粒子雖達(dá)到超細(xì)粒子，但比表面積都較低，僅有20-50m2/g，并且在高溫情況下會(huì)燒結(jié)，引起比表面急劇下降，這一難點(diǎn)很難攻破。且采用該方法制備工藝繁復(fù)，合成時(shí)間長(zhǎng)，成本高，難以推廣應(yīng)用。在調(diào)控CeO2以及Ce-Zr復(fù)合氧化物納米晶粒尺寸方面，國內(nèi)外大量研究工作僅局限于于穩(wěn)定劑的研究、合成過程中的pH值調(diào)變等，在如何開發(fā)新的制備工藝上，尤其是高比表面高穩(wěn)定性材料的可控制備技術(shù)研究方面更是鮮見報(bào)導(dǎo)，從納米材料角度尋找切入點(diǎn)，開展稀土復(fù)合納米材料用于汽車尾氣凈化催化劑的研究工作也幾乎未見文獻(xiàn)報(bào)道。由于堿土金屬具有較好的抗燒結(jié)性能，但在二氧化鈰氧化物中摻雜鍶制備成鈰鍶復(fù)合氧化物還未見報(bào)導(dǎo)。本發(fā)明采用聚合物前驅(qū)體法制備出粒度小、分散性好的鈰鍶復(fù)合氧化物納米材料，在1000℃高溫條件焙燒4小時(shí)后，粒子仍保持在超細(xì)粒子。該納米粉體可以作為耐高溫構(gòu)件和作為汽車尾氣催化劑等環(huán)保催化劑涂層的重要材料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超細(xì)粒子鈰鍶復(fù)合氧化物催化劑的配方及合成方法。
本發(fā)明提供的超細(xì)粒子鈰鍶復(fù)合氧化物催化劑，分子式為CeXSr1-XO2，鈰鍶摩爾比為X∶1-X，所述X＝0.1-0.9。
本發(fā)明提供的超細(xì)粒子鈰鍶復(fù)合氧化物催化劑的制備方法，以金屬硝酸鹽為原料，采用聚合物前驅(qū)體和正丁醇共沸蒸餾的合成方法。
鈰鍶復(fù)合氧化物催化劑的制備，其步驟為1.將原料硝酸鈰、硝酸鍶，Ce∶Sr按一定的比例加適量水溶解，待用。
2.在含聚乙二醇的水溶液中緩慢滴加Ce∶Sr混合溶液，在磁力攪拌條件下用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值達(dá)一定值。
3.將溶液在-5～0℃條件下凝膠，保持20-30小時(shí)，抽濾除去溶劑，與正丁醇共沸蒸餾。
4.在500-650℃溫度，空氣氛條件下焙燒2-6小時(shí)，制得本發(fā)明的催化劑。
本發(fā)明工藝過程簡(jiǎn)單，制得的粉體具有粒徑小，熱穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。合成的粉體比表面高(60-80m2/g)；平均粒徑達(dá)超細(xì)粒子(小于10nm)，形狀多為球形或近似于球形，分散性好；經(jīng)1000℃高溫焙燒4小時(shí)后，平均粒晶仍保持在10-20nm左右，且分布好，無團(tuán)聚。這種粉體材料的開發(fā)，有望解決目前環(huán)保催化劑普遍存在的陶瓷載體的涂層材料熱穩(wěn)定性難以過關(guān)的難點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1參照上述的制備步驟稱取Ce(NO3)3·6H2O，Sr(NO3)4·6H2O，加適量水溶解，待用。Ce∶Sr摩爾比為X∶1-X(X＝0.1-0.9)。
在含聚乙二醇(分子量為6000-20000)重量百分比為1-10wt％的水溶液中，緩慢滴加Ce(NO3)3·6H2O，Sr(NO3)4·6H2O的混合溶液，在磁力攪拌條件下，用濃度為10-30％的氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值等于8-10，停止滴加。
繼續(xù)攪拌上述溶液10-20分鐘后，將溶液保持在-5～0℃條件下，保持時(shí)間為20-30小時(shí)。
將該溶液抽濾除去溶劑，取固體溶于過量正丁醇中，正丁醇溶劑用量為鈰鍶前驅(qū)體干凝膠重量的1-10倍，加熱，當(dāng)達(dá)到93-100℃時(shí)，共沸物被蒸出，待水份完全脫除后，溫度迅速升到正丁醇的沸點(diǎn)118℃，在此條件下繼續(xù)回流0.25-1.0h，然后蒸干正丁醇，得淡黃色粉體。
將此粉體在500-650℃下焙燒2-6小時(shí)，即可獲得本發(fā)明的CeXSr1-XO2復(fù)合氧化物粉體。
實(shí)施例2
鈰鍶復(fù)合氧化物粉體制備的一個(gè)具體實(shí)施例，其步驟為(1)按Ce∶Sr的比例為Ce為X，Sr為1-X(X＝0.1-0.9)的摩爾比計(jì)算稱取1.03-10.3gCe(NO3)3·6H2O，7.28-0.25g Sr(NO3)4·6H2O，加適量水溶解，待用。
(2)在100ml含聚乙二醇(分子量20000)5-10g的水溶液中緩慢滴加(1)所述的混合溶液，在磁力攪拌條件下，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值等于9-10時(shí)，停止滴加。
(3)繼續(xù)攪拌15分鐘后，將溶液在-5～0℃條件下保持24小時(shí)。
(4)然后將該溶液抽濾除去溶劑，取固體溶于過量正丁醇中，加熱，待水份完全脫除后，溫度迅速升到正丁醇的沸點(diǎn)118℃，在此條件下繼續(xù)回流0.5h，然后蒸干正丁醇，得淡黃色粉體。
(5)將此粉體在600℃下焙燒2h，制得Ce0.1Sr0.9O2復(fù)合氧化物粉體。
權(quán)利要求
1.一種納米級(jí)鈰鍶復(fù)合氧化物催化劑，分子式為CexSr1-xOz，其特征是鈰鍶摩爾比為X∶1-X，所述X＝0.1-0.9。
2.權(quán)利要求1所述納米級(jí)鈰鍶復(fù)合氧化物催化劑的制備方法，其特征以以金屬硝酸鹽為原料，采用高分子表面修飾劑和正丁醇共沸蒸餾的合成方法，其步驟為將原料硝酸鈰、硝酸鍶，Ce∶Sr按一定的比例加適量水溶解，待用；在含聚乙二醇的水溶液中緩慢滴加Ce∶Sr混合溶液，在磁力攪拌條件下用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值達(dá)一定值；將溶液冷卻溫度為-5-0℃，凝膠時(shí)間為20-30小時(shí)，抽濾除去溶劑，與正丁醇共沸蒸餾；將溶液在500-650℃溫度，空氣氛條件下焙燒2-6小時(shí)，制得本發(fā)明的催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米級(jí)鈰鍶復(fù)合氧化物催化劑的制備方法，其特征所述的高分子表面修飾劑為聚乙二醇，分子量為6000-20000。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的納米級(jí)鈰鍶復(fù)合氧化物催化劑的制備方法，其特征所述的聚乙二醇重量百分比為1-10wt％的水溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米級(jí)鈰鍶復(fù)合氧化物催化劑的制備方法，其特征所述的正丁醇溶劑用量為鈰鍶前驅(qū)體干凝膠重量的1-10倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米級(jí)鈰鍶復(fù)合氧化物催化劑的制備方法，其特征所述氨水濃度為10-30％。
全文摘要
本發(fā)明提供一種納米級(jí)鈰鍶復(fù)合氧化物催化劑，分子式為Ce
文檔編號(hào)B01J23/10GK1600417SQ0315127
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2003年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月25日
發(fā)明者陳敏, 鄭小明 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)