專利名稱：一種氧化鈰納米粒子制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稀土材料的制備方法，特別是通過配位-氧化反應(yīng)制備在非極性 油中穩(wěn)定分散的氧化鈰納米粒子的方法。
背景技術(shù)：
氧化鈰是一種在紫外吸收材料、氣體傳感器、光學(xué)材料、燃料電池、光催化氧化、汽 車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理等諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的稀土材料。近年來，人們對(duì)納米氧化鈰粒子進(jìn)行 了比較深入的研究，有多種方法可以用于制備納米氧化鈰粒子，如高溫煅燒法、水熱合成 法、溶液沉淀法、溶膠-凝膠法、反相微乳液法、聲化學(xué)法、有機(jī)鈰鹽熱分解法等。盡管有關(guān)制備氧化鈰納米粒子的文獻(xiàn)報(bào)道比較多(如J.Am. Ceram. Soc. 1993， 76,1577. ；Appl.Phys. Lett. 2002,80,127. J.Mater. Chem. 2000,10, 473. ;J. Mater. Sci. Lett. 2002，21，489. ；Chem. Commun· 1999,957.等)，但制得均勻穩(wěn)定，特別是在極性較弱的 油中仍具有較好分散性能的氧化鈰納米粒子是比較困難的。目前，利用反相微乳液法可以 制得粒徑均勻，分散穩(wěn)定的納米氧化鈰粒子，但這種方法在工業(yè)化生產(chǎn)將時(shí)面臨比較多的 困難(Nat. Mater. 2004，3，891)，例如，反相微乳液中氧化鈰的濃度很低，生產(chǎn)時(shí)需要大量的 有機(jī)溶劑，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)工藝復(fù)雜，處理成本過高，這給生產(chǎn)成本控制和環(huán)境保護(hù)都帶來很大 壓力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能在非極性油中穩(wěn)定分散的氧化鈰納米粒子制備方法， 利用該方法不但可以得到顆粒均勻、分散性能好、能夠作為非極性油添加劑的氧化鈰納米 粒子，而且容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明所述的一種能在非極性油中穩(wěn)定分散的氧化鈰納米粒子制備方法，其特征 在于以三價(jià)鈰的無機(jī)鹽為原料，先與含氮或氧或硫雜原子的可配位有機(jī)化合物通過配位化 學(xué)反應(yīng)生成三價(jià)鈰配位化合物，然后在堿性條件下進(jìn)行氧化而成，反應(yīng)物料在整個(gè)過程中 均處于高剪切場(chǎng)環(huán)境，具體生產(chǎn)方法是1、首先將可配位有機(jī)化合物以10-50 %的質(zhì)量濃度溶解于非極性油中，并將此溶 液加入高速均質(zhì)設(shè)備或者超重力反應(yīng)設(shè)備中；2、配制氯化鈰或硝酸鈰的三價(jià)無機(jī)鈰鹽的水溶液或甲醇溶液或乙醇溶液，使三價(jià) 無機(jī)鈰鹽溶液的質(zhì)量濃度為5-30% ；3、將三價(jià)無機(jī)鈰鹽溶液加入到高速均質(zhì)設(shè)備或者超重力反應(yīng)設(shè)備中，并使可配 位有機(jī)化合物與三價(jià)無機(jī)鈰鹽的摩爾比在1 3 1，控制設(shè)備溫度40-60度，剪切轉(zhuǎn)速 800-25000轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為30-120分鐘，結(jié)束后，加入堿性物質(zhì)，使液體的pH值達(dá)到 8 10 ；4、向設(shè)備的液體中加入氧化劑進(jìn)行氧化反應(yīng)，氧化劑與三價(jià)無機(jī)鈰鹽的摩爾比為 1. 5-2. 5 1，反應(yīng)時(shí)間30-120分鐘，剪切轉(zhuǎn)速800-25000轉(zhuǎn)/分鐘，結(jié)束后，離心除去水層，即得到粒徑在5-100納米范圍之內(nèi)的氧化鈰納米粒子。所述的可配位有機(jī)化合物為分子結(jié)構(gòu)中包含氮或氧或硫雜原子或雜原子環(huán)結(jié)構(gòu) 或亞胺結(jié)構(gòu)的富電子基團(tuán)的化合物，分子中同時(shí)含有大于8個(gè)碳的長(zhǎng)鏈烷烴結(jié)構(gòu)，并且這 些富電子基團(tuán)能與鈰原子通過配位作用形成穩(wěn)定的配位化合物，保證其在非極性油中溶解 性良好，該類化合物的通式如下
權(quán)利要求
1.一種氧化鈰納米粒子制備方法，其特征在于具體制備方法是(1)、將可配位有機(jī)化合物以10-50%的質(zhì)量濃度溶解于非極性油中，并將此溶液加入 高速均質(zhì)設(shè)備或者超重力反應(yīng)設(shè)備中；(2)、配制氯化鈰或硝酸鈰三價(jià)無機(jī)鈰鹽的水溶液或甲醇溶液或乙醇溶液，使三價(jià)無機(jī) 鈰鹽溶液的質(zhì)量濃度為5-30% ；(3)、將三價(jià)無機(jī)鈰鹽溶液加入到高速均質(zhì)設(shè)備或者超重力反應(yīng)設(shè)備中，可配位有機(jī)化 合物與三價(jià)無機(jī)鈰鹽的摩爾比為1 3 1，控制設(shè)備溫度40-60度，剪切轉(zhuǎn)速800-25000 轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為30-120分鐘，結(jié)束后，加入堿性物質(zhì)，使液體的pH值使其達(dá)到8 10 ；G)、向設(shè)備的液體中加入氧化劑進(jìn)行氧化反應(yīng)，氧化劑與三價(jià)無機(jī)鈰鹽的摩爾比為 1. 5-2. 5 1，反應(yīng)時(shí)間30-120分鐘，剪切轉(zhuǎn)速800-25000轉(zhuǎn)/分鐘，結(jié)束后，離心除去水層， 即得到粒徑在5-100納米的氧化鈰納米粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鈰納米粒子制備方法，其特征在于所述的可配位 有機(jī)化合物為分子結(jié)構(gòu)中包含氮或氧或硫雜原子或雜原子環(huán)結(jié)構(gòu)或亞胺結(jié)構(gòu)的富電子基 團(tuán)的化合物，分子中同時(shí)含有大于8個(gè)碳的長(zhǎng)鏈烷烴結(jié)構(gòu)，并且這些富電子基團(tuán)能與鈰原 子通過配位作用形成穩(wěn)定的配位化合物，保證其在非極性油中溶解性良好，該類化合物的 通式如下
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鈰納米粒子制備方法，其特征在于制備方法步驟(3)中的堿性物質(zhì)為氫氧化物或有機(jī)胺或氨水，有機(jī)胺為三乙胺或三乙醇胺或二乙醇胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鈰納米粒子制備方法，其特征在于制備方法步驟(4)中所述的氧化劑為過氧化氫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鈰納米粒子制備方法，其特征在于所述的高速均 質(zhì)設(shè)備為具有狹縫剪切結(jié)構(gòu)的高速均質(zhì)機(jī)，其轉(zhuǎn)速為5000-25000轉(zhuǎn)/分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鈰納米粒子制備方法，其特征在于所述的超重力 反應(yīng)設(shè)備為旋轉(zhuǎn)填充床型反應(yīng)器，轉(zhuǎn)速范圍在800-2000轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)物料靠離心力作用 在填料表面產(chǎn)生剪切分散。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鈰納米粒子制備方法，其特征在于所述非極性油 是指溶劑精制型潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，或加氫型潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，或正構(gòu)或異構(gòu)烷烴溶劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鈰納米粒子制備方法，將可配位有機(jī)化合物以10-50％的質(zhì)量濃度溶解于非極性油中，配制氯化鈰或硝酸鈰溶液，質(zhì)量濃度為5-30％；可配位有機(jī)化合物與三價(jià)無機(jī)鈰鹽按摩爾比1～3∶1加入到高速均質(zhì)設(shè)備或者超重力反應(yīng)設(shè)備中反應(yīng)，向設(shè)備的液體中加入氧化劑進(jìn)行氧化反應(yīng)，氧化劑與三價(jià)無機(jī)鈰鹽的摩爾比為1.5-2.5∶1，反應(yīng)結(jié)束后，離心除去水層，即得到粒徑在5-100納米的氧化鈰納米粒子；采用高剪切、強(qiáng)分散反應(yīng)器與納米粒子表面原位處理技術(shù)相結(jié)合得到的納米氧化鈰粒徑均勻，在非極性油中可以形成穩(wěn)定的分散體系；制備工藝流程簡(jiǎn)短，后處理簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生不良影響，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)放大生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01F17/00GK102101691SQ20091024366
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者于軍, 孫東, 張東恒, 狄澤超, 連玉雙 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司