專利名稱：溶膠-凝膠法制備特定形貌銅酸鑭(La₂CuO₄)粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化劑的制備方法，具體涉及一種溶膠-凝膠法制備特定形貌銅酸鑭(La2CuO4)粉體的方法。
背景技術(shù)：
天然氣由于其含碳量低，燃燒時(shí)產(chǎn)生的溫室氣體CO2的量較少，成為一種較為理想的燃料。但是，天然氣高溫燃燒產(chǎn)生大量的N0X，排入大氣會嚴(yán)重污染環(huán)境。借助于催化劑的作用，天然氣可在較低溫度下燃燒，從而避免因高溫而使空氣中的N2氧化成N0X，實(shí)現(xiàn)天然氣高效燃燒、超低排放過程，因此，催化氧化是一項(xiàng)環(huán)境友好且具有良好應(yīng)用前景的綠色技術(shù)。用于甲烷氧化的傳統(tǒng)催化劑為負(fù)載型貴金屬，雖具有優(yōu)良的低溫催化活性，但存在價(jià)格昂貴、高溫易燒結(jié)等缺點(diǎn)，因此，研發(fā)價(jià)廉且熱穩(wěn)定性好的新型高性能催化材料具有重要眉、ο
類鈣鈦礦型復(fù)合金屬氧化物I^2CuO4,具有良好的催化活性和熱穩(wěn)定性，并且化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，適于作為催化氧化及其母相材料。
目前所報(bào)道的制備La2CuO4的方法主要有固態(tài)反應(yīng)法[YANGDongsheng，WU Baimei，ZHENG ffeihua,et al. THERMALCONDUCTIVITY OF ExcEss-OXYGEN-DOPEDLa2CuO4 [J]. CHINESE JOURNAL OF LOW TEMPERATUREPHYSICS,2001,23(1) :44-47]，自蔓延燃燒法[WANG Xiaohui, ZHOUYanchun.Preparation of La2CuO4Precursor powers by self-propagatingcombustion synthesis and their crystallization[J]. Chinese Juournal ofMaterial Research. 2001,15(4) :387-393.]，水熱法[ZHANG Yue, ZHANG Lei, DENG Jiguang, et al. Hydrothermal fabrication andcatalytic performance of single-crystalline La2_xSrxCu04(x = 0,1)withspecific morphologies for methane oxidation[J]. Chinese Journal ofCatalysis,2009,30(4) :347-354.]等。
但這些方法都存在著自身的不足之處，例如，固態(tài)反應(yīng)法為了獲得純度高的目標(biāo)產(chǎn)物，反應(yīng)物粉應(yīng)該足夠細(xì)，且需要在高溫下長時(shí)間焙燒以及多次中間研磨，該方法耗費(fèi)時(shí)間，且在產(chǎn)物中有較多的雜質(zhì)相；對于自蔓延燃燒法，燃燒反應(yīng)十分劇烈，燃燒溫度較高，反應(yīng)過程快，不好控制，產(chǎn)品易于燒結(jié)，且產(chǎn)品中極有可能出現(xiàn)非平衡相或亞穩(wěn)相；對于水熱法，技術(shù)難度大(溫壓控制嚴(yán)格)，設(shè)備要求高(耐高溫高壓的鋼材，耐腐蝕的內(nèi)襯)，安全性能差，反應(yīng)周期長。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能夠獲得針狀，棒狀，紡錘狀的La2CuO4粉體的溶膠_凝膠法制備特定形貌銅酸鑭(La2CuO4)粉體的方法，所制備的La2CuO4結(jié)晶良好，形貌完整，可重復(fù)性好，且反應(yīng)溫度低，大大降低了能耗，節(jié)約了成本，并且操作簡單。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
1)按(0. 5 4) 1的摩爾比將分析純的硝酸鑭(La (NO3) 3 · 6H20)和硝酸銅(Cu(NO3)3 ·3Η20)用去離子水溶解，配制成總金屬離子濃度為0. 5mol/L 2. 5mol/L的溶液 A；
2)按甘氨酸與金屬離子總和為(0. 3 2. 5) 1的摩爾比向溶液A中加入甘氨酸后再加入硝酸鑭(La(NO3)3 · 6H20)和硝酸銅(Cu(NO3)3 · 3H20的總質(zhì)量2%~ 8%的分散齊U，并用尿素調(diào)節(jié)pH = 1. 5 4. 5，于50°C 80°C恒溫?cái)嚢栊纬伤{(lán)色的透明溶液B ；
3)將溶液B靜置陳化2h 20h后所形成的溶膠置入鼓風(fēng)干燥箱中于70°C 100°C 恒溫干燥得干凝膠；
4)將干凝膠用研缽研成粉末，置入馬弗爐中，以5°C /min的升溫速率，自室溫升溫至500°C 900°C，保溫Ih 6h，隨爐冷卻至室溫，將產(chǎn)品研磨成粉末，即得特定形貌的 La2CuO4 粉體。
所述的分散劑為EDTA、硬脂酸或草酸。
溶膠-凝膠法是制備超細(xì)粉體的一種低溫工藝，具有制品純度高、化學(xué)均勻性好、 顆粒細(xì)、合成溫度低、成分容易控制、工藝設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn)。利用溶膠-凝膠法能夠獲得粒徑分布較窄，形貌可控，組分分布均勻的產(chǎn)品，是制備La2CuO4粉體的優(yōu)良方法。本發(fā)明采用溶膠-凝膠法制備特定形貌的La2CuO4粉體，它的優(yōu)點(diǎn)是凝膠中不同組員分布均勻，達(dá)到分子級或原子級，反應(yīng)過程易于控制，通過添加不同種類的模板劑，可得到比表面積較大且形貌可控的粉體，并且設(shè)備要求低，操作簡單。分別以EDTA，硬脂酸，草酸為分散劑，可以獲得針狀，棒狀，紡錘狀的La2CuO4粉體，所制備的La2CuO4結(jié)晶良好，形貌完整，可重復(fù)性好，且反應(yīng)溫度低，大大降低了能耗，節(jié)約了成本，并且操作簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1為實(shí)施例1所制備的La2CuO4粉體的X-射線衍射(XRD)圖譜。
圖2為實(shí)施例1所制備的La2CuO4粉體的透射電鏡(TEM)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例1:
1)按2 1的摩爾比將分析純的硝酸鑭(La(NO3)3 · 6H20)和硝酸銅 (Cu(NO3)3 · 3H20)用去離子水溶解，配制成總金屬離子濃度為0. 5mol/L的溶液A ；
2)按甘氨酸與金屬離子總和為1. 2 1的摩爾比向溶液A中加入甘氨酸后再加入硝酸鑭(La(NO3)3 · 6H20)和硝酸銅(Cu (NO3) 3 · 3H20的總質(zhì)量2%的分散劑硬脂酸，并用尿素調(diào)節(jié)pH = 2. 5，于80°C恒溫?cái)嚢栊纬伤{(lán)色的透明溶液B ；
3)將溶液B靜置陳化IOh后所形成的溶膠置入鼓風(fēng)干燥箱中于90°C恒溫干燥得干凝膠；
4)將干凝膠用研缽研成粉末，置入馬弗爐中，以5°C /min的升溫速率，自室溫升溫至650°C，保溫3h，隨爐冷卻至室溫，將產(chǎn)品研磨成粉末，即得棒狀La2CuO4粉體。
由圖1可以看出產(chǎn)物為單一相的I^2CuO4，由圖2可以看出，形貌為棒狀，直徑約為 0. 25 μ m。
實(shí)施例2
1)按2. 5 1的摩爾比將分析純的硝酸鑭(La (NO3) 3 · 6H20)和硝酸銅 (Cu(NO3)3 · 3H20)用去離子水溶解，配制成總金屬離子濃度為lmol/L的溶液A ；
2)按甘氨酸與金屬離子總和為2 1的摩爾比向溶液A中加入甘氨酸后再加入硝酸鑭(La(NO3)3 · 6H20)和硝酸銅(Cu(NO3)3 · 3H20的總質(zhì)量3%的分散劑EDTA，并用尿素調(diào)節(jié)pH = 3，于80°C恒溫?cái)嚢栊纬伤{(lán)色的透明溶液B ；
3)將溶液B靜置陳化15h后所形成的溶膠置入鼓風(fēng)干燥箱中于100°C恒溫干燥得干凝膠；
4)將干凝膠用研缽研成粉末，置入馬弗爐中，以5°C /min的升溫速率，自室溫升溫至700°C，保溫2h，隨爐冷卻至室溫，將產(chǎn)品研磨成粉末，即得特定形貌的La2CuO4粉體。
實(shí)施例3
1)按0. 5 1的摩爾比將分析純的硝酸鑭(La (NO3) 3 · 6H20)和硝酸銅 (Cu(NO3)3 · 3H20)用去離子水溶解，配制成總金屬離子濃度為1. 5mol/L的溶液A ；
幻按甘氨酸與金屬離子總和為0.8 1的摩爾比向溶液A中加入甘氨酸后再加入硝酸鑭(La(NO3)3 · 6H20)和硝酸銅(Cu(NO3)3 · 3H20的總質(zhì)量6%的分散劑草酸，并用尿素調(diào)節(jié)pH = 1. 5，于50°C恒溫?cái)嚢栊纬伤{(lán)色的透明溶液B ；
3)將溶液B靜置陳化池后所形成的溶膠置入鼓風(fēng)干燥箱中于70°C恒溫干燥得干凝膠；
4)將干凝膠用研缽研成粉末，置入馬弗爐中，以5°C /min的升溫速率，自室溫升溫至500°C，保溫6h，隨爐冷卻至室溫，將產(chǎn)品研磨成粉末，即得特定形貌的La2CuO4粉體。
實(shí)施例4
1)按3 1的摩爾比將分析純的硝酸鑭(La(NO3)3 · 6H20)和硝酸銅 (Cu(NO3)3 · 3H20)用去離子水溶解，配制成總金屬離子濃度為2mol/L的溶液A ；
2)按甘氨酸與金屬離子總和為0. 3 1的摩爾比向溶液A中加入甘氨酸后再加入硝酸鑭(La(NO3)3 · 6H20)和硝酸銅(Cu(NO3)3 · 3H20的總質(zhì)量5%的分散劑EDTA，并用尿素調(diào)節(jié)pH = 4. 5，于60°C恒溫?cái)嚢栊纬伤{(lán)色的透明溶液B ；
3)將溶液B靜置陳化他后所形成的溶膠置入鼓風(fēng)干燥箱中于80°C恒溫干燥得干凝膠；
4)將干凝膠用研缽研成粉末，置入馬弗爐中，以5°C /min的升溫速率，自室溫升溫至900°C，保溫lh，隨爐冷卻至室溫，將產(chǎn)品研磨成粉末，即得特定形貌的La2CuO4粉體。
實(shí)施例5
1)按4 1的摩爾比將分析純的硝酸鑭(La(NO3)3 · 6H20)和硝酸銅 (Cu(NO3)3 · 3H20)用去離子水溶解，配制成總金屬離子濃度為2. 5mol/L的溶液A ；
幻按甘氨酸與金屬離子總和為2. 5 1的摩爾比向溶液A中加入甘氨酸后再加入硝酸鑭(La(NO3)3 · 6H20)和硝酸銅(Cu(NO3)3 · 3H20的總質(zhì)量8%的分散劑草酸，并用尿素調(diào)節(jié)pH = 3. 5，于70°C恒溫?cái)嚢栊纬伤{(lán)色的透明溶液B ；
3)將溶液B靜置陳化20h后所形成的溶膠置入鼓風(fēng)干燥箱中于90°C恒溫干燥得干凝膠；
4)將干凝膠用研缽研成粉末，置入馬弗爐中，以5°C /min的升溫速率，自室溫升溫至800°C，保溫4h，隨爐冷卻至室溫，將產(chǎn)品研磨成粉末，即得特定形貌的La2CuO4粉體。權(quán)利要求
1.溶膠-凝膠法制備特定形貌銅酸鑭(La2CuO4)粉體的方法，其特征在于1)按(0.5 4) 1的摩爾比將分析純的硝酸鑭(La (NO3) 3 · 6H20)和硝酸銅 (Cu(NO3)3 ·3Η20)用去離子水溶解，配制成總金屬離子濃度為0. 5mol/L 2. 5mol/L的溶液 A；2)按甘氨酸與金屬離子總和為(0.3 2.5) 1的摩爾比向溶液A中加入甘氨酸后再加入硝酸鑭(La(NO3)3-BH2O)和硝酸銅(Cu (NO3) 3 ·3Η20的總質(zhì)量2% 8%的分散劑，并用尿素調(diào)節(jié)pH = 1. 5 4. 5，于50°C 80°C恒溫?cái)嚢栊纬伤{(lán)色的透明溶液B ；3)將溶液B靜置陳化池 20h后所形成的溶膠置入鼓風(fēng)干燥箱中于70°C 100°C恒溫干燥得干凝膠；4)將干凝膠用研缽研成粉末，置入馬弗爐中，以5°C/min的升溫速率，自室溫升溫至 500°C 900°C，保溫Ih 他，隨爐冷卻至室溫，將產(chǎn)品研磨成粉末，即得特定形貌的La2CuO4 粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶膠-凝膠法制備特定形貌銅酸鑭(La2CuO4)粉體的方法， 其特征在于所述的分散劑為EDTA、硬脂酸或草酸。
全文摘要
溶膠-凝膠法制備特定形貌銅酸鑭粉體的方法，將硝酸鑭和硝酸銅用去離子水溶解得溶液A；向溶液A中加入甘氨酸后再加入分散劑，并用尿素調(diào)節(jié)pH＝1.5～4.5得溶液B；將溶液B靜置陳化后干燥得干凝膠；將干凝膠用研缽研成粉末，置入馬弗爐中煅燒后研磨成粉末，即得特定形貌的La2CuO4粉體。本發(fā)明采用溶膠-凝膠法制備特定形貌的La2CuO4粉體，分別以EDTA，硬脂酸，草酸為分散劑，可以獲得針狀，棒狀，紡錘狀的La2CuO4粉體，所制備的La2CuO4結(jié)晶良好，形貌完整，可重復(fù)性好，且反應(yīng)溫度低，大大降低了能耗，節(jié)約了成本，并且操作簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號B01J23/83GK102502768SQ20111037590
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者吳建鵬, 孫瑩, 曹麗云, 李意峰, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學(xué)