專利名稱：電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法
技術領域：
本發明涉及一種二氧化鈰的制備方法，特別是一種電解法制備高純度納米二氧化鈰的 方法。技術背景二氧化鈰是一種性質優良且用途極為廣泛的稀土材料，主要用作吸收紫外線的添加 劑，具有高精度要求的玻璃、硅片等材料拋光的拋光粉；還可應用于儲氫材料、壓電陶瓷、 汽油催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬、汽車尾氣凈化器、燃料電池電極催 化劑、硬質合金刀具材料的添加劑等，具有廣闊的市場前景。目前，制備二氧化鈰的方法有以下幾種1、 用加酸溶解的方式制備二氧化鈰(公開號CN 1683248A)將四價鈰溶液與配位溶液用硫酸或硝酸溶解再加堿(氨水和NaOH)調節pH，再通過 加入還原劑(肼、肼鹽、二氧化硫脲等)、電解還原或直接加熱、灼燒后獲得納米二氧化 鈰粉末。但該方法工藝要求復雜，不易控制，產品純度低。2、 以可溶性鈰鹽制備納米Ce02的方法(公開號CN 1532147A; CN 1791654A) 將硝酸鈰——乙醇溶液與氨水——乙醇溶液混合，形成凝膠，長時間陳化，過濾、干燥數小時，高溫焙燒，得到Ce02。或將含有水、水溶性鈰鹽和氨或銨鹽的反應物混合物在 連續式反應器中，在高溫和一定壓力下反應一定時間，得到含二氧化鈰細顆粒的溶液。但 這兩種方法工藝復雜，生產成本高，反應條件苛刻、時間長，得到的二氧化鈰純度低。3、 納米二氧化鈰的電化學制備方法(公開號CN 1789496A)將Ce(N03)3、硝酸銨、氨水為原料進行直流電解氧化為四價鈰并水解，得到黃色二氧 化鈰沉淀。但該方法由于Ce02和Ce(0H)3易沉積于陰極表面，從而導致電極鈍化、電流效 率低、電解時間較長，并且由于電解過程中加入了 NH4+使得該方法制得的二氧化鈰產品純 度較低。發明內容本發明針對現有的制備二氧化鈰的方法中所存在的工藝要求復雜、不易控制、產品純 度低的不足之處，提供一種生產工藝簡單、生產成本低、產品純度高的電解法制備高純度 納米二氧化鈰的方法。本發明一種電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法是通過如下方式完成的在電解槽 底部裝有發射頻率100 800KHz、功率為40 200W的超聲波發射裝置和進氣管，在電解槽的頂部設有排氣管，電解液釆用O. 1 2.5mol/L、純度為99.9%三氯化鈰溶液，陰陽電極均采 用鈦基鉑電極。電解時，開啟超聲波振蕩裝置，氧氣通過進氣管進入電解槽，電解槽內的 各種氣體通過電解槽頂部的排氣管排出。電解過程中將陰陽電極按每分鐘l次的頻率進行 互換，在[15V電壓下直流電解1 3小時，得到沉淀物，抽濾、烘干可制得納米二氧化鈰粉 末。其中，在電解過程中電化學原理如下-陽極主反應2C1— - 2e —+ Cl2 f 陰極主反應2H20 + 2e_~^20H—+ H2個 3C12+4H20 —4C10—+2C1—+8H+ Ce3++30H—Ce(0H)3 | 2Ce(0H)3+C10— —2Ce02 +3H20+Cr 2Ce3++C10>2H+~> 2Ce4++Cl-+H20 Ce4++40H"~> Ce02 +H20 j 4Ce (OH) 3+02 ~ 4Ce02 +6H20 4Ce4++ 02 +120H— — 4Ce02 +6H20 在電解過程中，利用陽極析出的氯氣，溶于水生成具有強氧化性的HCIO，其與已通入 的氧氣02共同作為氧化劑將陰極表面生成的Ce(0H)3氧化生成Ce02，也將溶液中&3+氧化 為Ce4、其進一步水解生成Ce02，同時C10—還原成Cr，重新參與電解。在電解過程中超聲 波振蕩裝置所發出的超聲波將電解過程中生成的Ce(0H)3膠體粉碎，并將Ce(0H)3膠體從陽 極表面脫落，避免陽極鈍化，同時減小合成的Cea晶體的粒徑。 本發明與現有的制備二氧化鈰的方法相比，具有以下特點1、 設備及工藝流程簡單，工藝條件要求低，不需要高溫焙燒和萃取就可得到高純度 的"02，便于實現工業化生產。2、 利用電解過程中自身生成的HC10和空氣中的02作強氧化劑，將三價鈽氧化為四價 鈰以合成Ce02晶體，無需外加氧化劑，無需沉淀劑，產品無需洗滌，制得的二氧化鈰純度 達到99. 0-99. 9%。3、 由于在電解槽內加裝超聲波發射裝置，在電解過程中所發出的超聲波有利于將電 解生成、并黏附在陽極上的Ce(0H)3膠體從陽極表面振落，也有利于減小Ce(0H)3膠體粒徑 和Ce02晶體粒徑，從而可制得納米Ce02晶體。4、 由于在電解過程中將陰陽電極按每分鐘l次的頻率進行互換，避免了陽極鈍化。5、 以鈦基鉑材料為電極，由于鉑為惰性材料，大幅度地減少電解過程中的電極消耗， 延長了電極使用壽命，降低了生產成本。
圖1為電解法制備高純度納米二氧化鈰的電解裝置的結構示意圖。
具體實施方式
下面對照附圖，通過實施例對本發明作進一步說明，但本發明并不限于這些實施例。 實例l:一種電解法制備高純度納米二氧化鈰的電解裝置包括電解槽1、電極2、進氣管3、 超聲波發射裝置4和排氣管5，其中，電解槽1釆用玻璃電解槽，電解槽的尺寸為 200mraX100mmX120mm,超聲波發射裝置4和進氣管3裝在電解槽1底部，排氣管5裝在 電解槽1頂部，在電解槽1中注入1. 2L電解液，電解液采用0. 1 2. 5mol/L、純度為99. 95% 三氯化鈰溶液，陰陽電極2均采用鈦基鉑電極，極板間距為18腿，超聲波發射裝置4的發 射頻率為600KHz、功率為60W。電解時，開啟超聲波發射裝置4，氧氣通過進氣管3進入 電解槽l，電解槽l內的各種氣體通過電解槽1頂部的排氣管5排出。電解過程中，電源 采用IOV的直流穩壓電源，將陰陽電極2按每分鐘1次的頻率進行極性互換，電解時間為 3小時，電解結束后將電解液過濾分離，干燥得納米二氧化鈰粉體，其中，Ce02平均粒徑 為15nm，純度為99. 0%。實例2:一種電解法制備高純度納米二氧化鈰的電解裝置包括電解槽l、電極2、進氣管3、超 聲波發射裝置4和排氣管5，其中，電解槽l采用玻璃電解槽，電解槽的尺寸為 200mmX100mmX120mm，超聲波發射裝置4和進氣管3裝在電解槽1底部，排氣管5裝在電解 槽1頂部，在電解槽1中注入1.2L電解液，電解液采用O. 1 2. 5mol/L、純度為99. 95%三氯 化鈰溶液，陰陽電極2均采用鈦基鉑電極，極板間距為18mm，超聲波發射裝置4的發射頻率 為800KHz、功率為200W。電解時，開啟超聲波發射裝置4，氧氣通過進氣管3進入電解槽1， 電解槽1內的各種氣體通過電解槽1頂部的排氣管5排出。電解過程中，電源采用15V的直流 穩壓電源，將陰陽電極2按每分鐘1次的頻率進行極性互換，電解時間為2小時，電解結束 后將電解液過濾分離，干燥得納米二氧化鈰粉體，其中，Ce02平均粒徑為8nm，純度為99. 6%。
權利要求
1. 一種電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法，其特征在于在電解槽底部裝有超聲波發射裝置和進氣管，在電解槽的頂部設有排氣管，電解液采用三氯化鈰溶液，陰陽電極均采用鈦基鉑電極，電解時，開啟超聲波振蕩裝置，氧氣通過進氣管進入電解槽，電解槽內的各種氣體通過電解槽頂部的排氣管排出，電解過程中將陰陽電極按每分鐘1次的頻率進行互換，電解1～3小時，得到沉淀物，經抽濾、烘干制得納米二氧化鈰粉末。
2、 根據權利要求l所述的電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法，其特征在于電解槽 釆用玻璃電解槽。
3、 根據權利要求1或2所述的電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法，其特征在于超 聲波發射裝置采用發射頻率100 800KHz、功率為40 200W的超聲波發射裝置。
4、 根據權利要求1或2所述的電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法，其特征在于電 源采用8 15V的直流穩壓電源。
5、 根據權利要求1或2所述的電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法，其特征在于陰 陽電極均采用鈦基鉑電極。
6、 根據權利要求1或2所述的電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法，其特征在于 電解液采用0. 1 2. 5mol/L、純度為99. 9%三氯化鈰溶液。
全文摘要
本發明是一種電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法。本發明針對現有的制備二氧化鈰的方法中所存在的工藝復雜、不易控制、產品純度低的不足之處，提供一種工藝簡單、成本低、產品純度高的電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法。本發明電解法制備高純度納米二氧化鈰的技術方案是在電解槽底部裝有超聲波發射裝置和進氣管，在電解槽的頂部設有排氣管，電解液采用三氯化鈰溶液，陰陽電極均采用鈦基鉑電極。電解時，開啟超聲波振蕩裝置，氧氣通過進氣管進入電解槽，電解過程中將陰陽電極按每分鐘1次的頻率進行互換，電解1～3小時，得到沉淀物，抽濾、烘干可制得納米二氧化鈰粉末。
文檔編號C25B1/00GK101270479SQ200810060669
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月16日 優先權日2008年4月16日
發明者葉群峰, 李小忠, 王冬根, 婷 郭, 陳海峰, 韓偉琴 申請人:浙江師范大學