專利名稱：一種低溫催化氧化鄰二甲苯的高穩(wěn)定性納米氧化鈰材料及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高穩(wěn)定性氧化鈰納米立方體的制備方法。 本發(fā)明還提供一種低溫高效催化氧化鄰二甲苯為無害的C02和H20的氧化鈰納米 立方體催化劑。 本發(fā)明提供的納米氧化鈰材料，其特征在于
所述的氧化鈰材料為納米立方體； 所述的氧化鈰納米立方體經(jīng)350-75(TC溫度焙燒，呈現(xiàn)出良好的均一性、單分散性 與熱穩(wěn)定性； 所述納米立方體比表面積為19-83m7g ;
所述納米立方體的大小為7-50nm。 本發(fā)明提供的氧化鈰納米材料的制備方法，其主要步驟為 取可溶性鈰鹽和氫氧化鈉分別溶解于適量的水中，將氫氧化鈉溶液滴加到可溶性 鈰鹽溶液中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌10-30min，然后將其轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，隨后置于恒溫箱中 恒溫8-12h，得到的沉淀物經(jīng)去離子水洗滌，6(TC干燥過夜，于馬弗爐中焙燒4h得到氧化鈰 納米材料； 所述的制備方法，其特征在于 可溶性鈰鹽為硝酸亞鈰或氯化鈰或乙酸鈰中的一種，其濃度為0. 1 lmol/L ;
所述的制備方法，氫氧化鈉溶液濃度在0. 1 15mol/L ;
所述的制備方法，其水熱合成溫度為80 120°C ;
所述的制備方法，焙燒溫度為350 750°C 。 本發(fā)明制備的催化劑在大氣氣氛中，空速為10，000h—、固定床反應(yīng)器上鄰二甲苯
進(jìn)行催化氧化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，不同溫度下焙燒的氧化鈰納米材料，在14(TC 26(TC的溫
度范圍內(nèi)就可將濃度為500ppm的鄰二甲苯氣體直接氧化為C02和!120，且無副產(chǎn)物生成，表
現(xiàn)出良好的低溫催化活性。 本發(fā)明氧化鈰納米催化劑的特點(diǎn)是 (1)通過控制可溶性鈰鹽和氫氧化鈉的濃度，在較低的水熱溫度80-12(TC條件下
4實(shí)現(xiàn)氧化鈰納米粒子的形貌控制，原材料廉價(jià)易得，制備工藝簡(jiǎn)單易行，成本低廉，制得的 氧化鈰納米材料均一性好。 (2)所制備的納米氧化鈰立方體具備優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，在350-75(TC溫度焙燒，呈 現(xiàn)出良好的均一性與單分散性。 (3)具有優(yōu)異的催化氧化鄰二甲苯的低溫活性，且無副產(chǎn)物生成，具有良好的應(yīng)用 前景。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化鈰納米材料XRD圖譜； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化鈰納米材料透射電鏡(TEM)形貌照片； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制備的氧化鈰納米材料透射電鏡(TEM)形貌照片； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例3制備的氧化鈰納米材料透射電鏡(TEM)形貌照片； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例4制備的氧化鈰納米材料透射電鏡(TEM)形貌照片； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例5制備的氧化鈰納米材料透射電鏡(TEM)形貌照片；
具體實(shí)施例方式
為了更清楚地說明本發(fā)明，列舉以下實(shí)施例，但其對(duì)本發(fā)明的范圍無任何限制。
催化劑制備實(shí)例 實(shí)施例1 :稱Ce (N03) 3 6H20 3g，溶于60ml去離子水中，得到溶液1 。另稱取氫氧
化鈉0. 84g，溶于21ml去離子水中，得到溶液2。將溶液2滴加到溶液1中，滴加完畢后繼
續(xù)攪拌20min，然后將其轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，放到IO(TC恒溫箱中加熱10h，得到的沉淀物用去
離子水清洗后6(TC干燥過夜，馬弗爐35(TC焙燒4h。圖1為產(chǎn)物的X射線粉末衍射圖。圖
2為產(chǎn)物的透射電鏡結(jié)果，顯示該焙燒樣為納米立方體。BET測(cè)試表明比表面積為78m7g。 實(shí)施例2 :與實(shí)施例1不同之處在于，焙燒溫度450°C 。透射電鏡(圖3)測(cè)得該焙
燒樣為納米立方體，大小為7-20nm。 BET測(cè)試表明比表面積為83m7g。 實(shí)施例3 :與實(shí)施例1不同之處在于，焙燒溫度550°C。透射電鏡(圖4)測(cè)得該焙
燒樣為納米立方體，大小為7-20nm。 BET測(cè)試表明比表面積為59m7g。 實(shí)施例4:與實(shí)施例1不同之處在于，焙燒溫度65(TC。透射電鏡(圖5)測(cè)得該焙
燒樣為納米立方體，大小為10-25nm。 BET測(cè)試表明比表面積為43m7g。 實(shí)施例5 :與實(shí)施例1不同之處在于，焙燒溫度750°C 。透射電鏡(圖6)測(cè)得該焙
燒樣為納米立方體，大小為15-30nm。 BET測(cè)試表明比表面積為19m7g。 催化氧化鄰二甲苯實(shí)例 實(shí)施例6 :取一定量40 60目實(shí)施例1的催化劑置于內(nèi)徑為6mm的石英管反應(yīng)器 中，通入02 20ml min—、 N2 80ml min—1和500ppm鄰二甲苯的反應(yīng)氣體，反應(yīng)空速(GHSV) 為10， OOOh—1下，反應(yīng)溫度區(qū)間從160°C 210°C。鄰二甲苯濃度利用GC-MS測(cè)定，產(chǎn)物利用 GC測(cè)定。 反應(yīng)結(jié)果表明，在16(TC時(shí)，通過催化劑體系后，對(duì)鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率為5%。在
21(TC時(shí)，對(duì)鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化效率達(dá)100%。 表一 Ce02納米立方體催化劑活性評(píng)價(jià)結(jié)果
5
反應(yīng)溫度/。C 160180200210
o-xylene轉(zhuǎn)化率/% 516.754.9謂 實(shí)施例7 :取一定量40 60目實(shí)施例2的催化劑置于內(nèi)徑為6mm的石英管反應(yīng)器 中，通入02 20ml min—、 N2 80ml min—1和500ppm鄰二甲苯的反應(yīng)氣體，反應(yīng)空速(GHSV) 為10， OOOh—1下，反應(yīng)溫度區(qū)間從160°C 220°C。鄰二甲苯濃度利用GC-MS測(cè)定，產(chǎn)物利用 GC測(cè)定。 反應(yīng)結(jié)果表明，在16(TC時(shí)，通過催化劑體系后，對(duì)鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率為8.6X。在
210°C時(shí)，對(duì)鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化效率達(dá)97 % 。 表二 Ce02納米立方體催化劑活性評(píng)價(jià)結(jié)果
反應(yīng)溫度尸C 160180200210
o-xylene轉(zhuǎn)化率/% 8.620.770.297.0 實(shí)施例8 :取一定量40 60目實(shí)施例3的催化劑置于內(nèi)徑為6mm的石英管反應(yīng)器 中，通入02 20ml min—、 N2 80ml min—1和500ppm鄰二甲苯的反應(yīng)氣體，反應(yīng)空速(GHSV) 為10， 000h—1下，反應(yīng)溫度區(qū)間從160°C 210°C。鄰二甲苯濃度利用GC-MS測(cè)定，產(chǎn)物利用 GC測(cè)定。 反應(yīng)結(jié)果表明，在16(TC時(shí)，通過催化劑體系后，對(duì)鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率約為10%。 在21(TC時(shí)，對(duì)鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化效率達(dá)100%。
表三Ce02納米立方體催化劑活性評(píng)價(jià)結(jié)果
反應(yīng)溫度,c160180200210
o-xylene轉(zhuǎn)化率/%10.925.885.7100 實(shí)施例9 :取一定量40 60目實(shí)施例4的催化劑置于內(nèi)徑為6mm的石英管反應(yīng)器 中，通入02 20ml min—1, N2 80ml min—1和500ppm鄰二甲苯的反應(yīng)氣體，反應(yīng)空速(GHSV) 為10， 000h—1下，反應(yīng)溫度區(qū)間從160°C 220°C。鄰二甲苯濃度利用GC-MS測(cè)定，產(chǎn)物利用 GC測(cè)定。 反應(yīng)結(jié)果表明，在16(TC時(shí)，通過催化劑體系后，對(duì)鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率為8.9X。在
22(TC時(shí)，對(duì)鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化效率達(dá)100%。 表四Ce02納米立方體催化劑活性評(píng)價(jià)結(jié)果
反應(yīng)溫度/。C 160180200210
o-xylene轉(zhuǎn)化率/% 8.922.876.197.3 實(shí)施例10 :取一定量40 60目實(shí)施例5的催化劑置于內(nèi)徑為6mm的石英管反應(yīng) 器中，通入02 20ml *min—、N2 80ml *min—1和500ppm鄰二甲苯的反應(yīng)氣體，反應(yīng)空速(GHSV)為10， OOOh—1下，反應(yīng)溫度區(qū)間從160°C 220°C。鄰二甲苯濃度利用GC-MS測(cè)定，產(chǎn)物利用 GC測(cè)定。 反應(yīng)結(jié)果表明，在16(TC時(shí)，通過催化劑體系后，對(duì)鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率為6. 7%。在
22(TC時(shí)，對(duì)鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化效率達(dá)100%。 表五Ce02納米立方體催化劑活性評(píng)價(jià)結(jié)果
反應(yīng)溫度A: 160180200210
o-xylene轉(zhuǎn)化率/% 6.719.465.090.0
權(quán)利要求
一種熱穩(wěn)定性高的氧化鈰納米材料，其特征在于所述的氧化鈰材料為納米立方體；所述的氧化鈰納米立方體經(jīng)350-750℃溫度焙燒，呈現(xiàn)出良好的均一性、單分散性與熱穩(wěn)定性；所述納米立方體比表面積為19-83m2/g；所述納米立方體的大小為7-50nm。
2. 制備權(quán)利要求1所述的納米氧化鈰立方體材料，其主要步驟為 取可溶性鈰鹽和氫氧化鈉分別溶解于適量的水中，將氫氧化鈉溶液滴加到可溶性鈰鹽溶液中，滴加完畢后繼續(xù)反應(yīng)10-30min，然后將其轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，置于恒溫箱中恒溫 8-12h，得到的沉淀物經(jīng)去離子水洗滌，6(TC干燥過夜，于馬弗爐中焙燒4h得到氧化鈰納米 材料；所述的制備方法，可溶性鈰鹽為硝酸亞鈰或氯化鈰或乙酸鈰中的一種，其濃度為0. 1 lmol/L ;所述的制備方法，氫氧化鈉溶液濃度在0. 1 15mol/L ; 所述的制備方法，其水熱合成溫度優(yōu)選為80 120°C ; 所述的制備方法，焙燒溫度為350 750°C。
3.權(quán)利要求1所述的氧化鈰納米立方體作為催化劑或催化劑載體，在催化氧化鄰二甲 苯反應(yīng)中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種熱穩(wěn)定性能優(yōu)異，在低溫條件下能高效催化氧化鄰二甲苯為無害的CO2和H2O的氧化鈰納米立方體材料及其制備方法。該材料的制備以可溶性鈰鹽為前驅(qū)物，加入過量的氫氧化鈉為沉淀劑，然后將其轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，在80-120℃范圍內(nèi)恒溫8-12h，得到的沉淀物用去離子水洗滌、干燥過夜、于350-750℃馬弗爐焙燒得到納米氧化鈰立方體。該方法具有制備方法簡(jiǎn)單、原材料廉價(jià)易得、所得材料形貌可控等優(yōu)點(diǎn)；所制備的納米材料呈現(xiàn)出良好的均一性、單分散性與熱穩(wěn)定性，可用作催化劑及催化劑的載體。使用本發(fā)明中所述的納米氧化鈰為催化劑，能夠在140℃～260℃的溫度范圍內(nèi)將鄰二甲苯直接氧化為CO2和H2O，且無副產(chǎn)物生成，表現(xiàn)出良好的低溫催化活性，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)B01D53/46GK101734707SQ20091024306
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者何蓮, 余運(yùn)波, 王少莘, 賀泓 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心