一种球形氧化镧

摘要

本发明公开了一种球形氧化镧，所述球形氧化镧的平均粒径为150nm～1.2μm，在1000℃下焙烧后的比表面积为1‑7m2/g，在500℃下焙烧后的比表面积为120‑144m2/g。本发明还公开了所述球形氧化镧的制备方法，包括如下步骤：(1)混合镧盐、水和乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和短链有机酸，搅拌溶解后进行水热反应；(2)在160‑240℃下反应1‑8小时；冷却后离心得到沉淀物，干燥沉淀物得到球形氧化镧。本发明制备的氧化镧形貌成球形且有较均一形貌、结晶度好、分散性好、热稳定性高、比表面积大；适用于机动车尾气中的应用。

权利要求

1.一种球形氧化镧，其特征在于，球形氧化镧的平均粒径为150nm～1.2μm，在1000℃下焙烧后的比表面积为1-7m2/g，其中，所述球形氧化镧的制备方法包括如下步骤：(1)混合镧盐、水和乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和短链有机酸，搅拌溶解后进行水热反应；

(2)在160-240℃下反应1-8小时；冷却后离心得到沉淀物，干燥沉淀物得到球形氧化镧，其中，所述步骤(1)中水与乙二醇的体积比为6-10:50-80。

2.如权利要求1所述的球形氧化镧，其特征在于，在500℃下焙烧后的比表面积为120-2

144m/g。

3.如权利要求1所述的球形氧化镧，其特征在于，镧盐与聚乙烯吡咯烷酮摩尔比为(200-270):1，短链有机酸与水和乙二醇之和的体积比为1：50-88，镧盐与水和乙二醇之和的质量比为4-8:63-92。

4.如权利要求1所述的球形氧化镧，其特征在于，所述步骤(1)中先将镧盐溶解于水和乙二醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮搅拌至透明澄清的溶液，再加入短链有机酸后搅拌至透明澄清的溶液。

5.如权利要求1-4任一项所述的球形氧化镧，其特征在于，所述镧盐为La(NO3)3·6H2O或LaCl3·7H2O。

6.如权利要求1-4任一项所述的球形氧化镧，其特征在于，所述短链有机酸选自冰乙酸、丙酸、正丁酸和正己酸。

7.权利要求1或2所述球形氧化镧在机动车尾气中的应用。

说明书

一种球形氧化镧

技术领域

[0001] 本发明属于微纳米材料合成领域，具体涉及一种球形氧化镧。

背景技术

[0002] 稀土元素有独特的4f电子轨道，轨道中电子的运动方式使稀土元素具有不同于其它元素的光学、电学和磁学性质。氧化镧作为轻稀土氧化物中的一种，在精密光学玻璃、荧光材料、固态电解质电池、陶瓷电容器和气体传感器等方面都有重要应用。另外，氧化镧同样是良好的催化材料，广泛应用于多相催化领域。在机动车尾气净化催化剂中，氧化镧与氧化铈都可作为助剂，提高贵金属的分散度，抑制贵金属晶粒的生长，提高催化活性；镧基钙钛矿型氧化物由于结构缺陷产生氧空位，同样就有很好的催化活性。

[0003] 合成氧化镧的方法多样，传统的沉淀法和溶胶凝胶法合成的氧化镧多为无定形，存在热稳定性差，高温易烧结等不足，在高温环境下的应用受限。传统方法得到的La2O3一般为无定形，结晶度低、热稳定性差，一般通过掺杂来提高比表面积和热稳定性，经1000℃焙2
烧后比表面小于1m/g，应用于机动车尾气催化效率低。

[0004] CN200910089538.3公开了一种用作尺寸标准物质的氧化镧微球，所述氧化镧微球为无机一有机杂化微球，由氧化镧与聚乙烯吡咯烷酮分子组成，其中氧化镧与聚乙烯吡咯烷酮的重量比为11-16:1，该无机一有机杂化微球为多晶结构，属于立方晶系，晶体结构为萤石型，晶胞为面心立方结构，微球形状因子小于1.2，尺寸范围为90nm-450nm，尺寸值的相对不确定度小于5}0。上述方法的需两次水热合成，操作方法繁琐，且得到的氧化镧微球在1000℃高温焙烧后其比表面积低于1m2/g，应用于机动车尾气催化效率也低。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种结晶度好、分散性好、有较均一的形貌的球形氧化镧。

[0006] 为达到上述目的，本发明采用了下述技术方案：

[0007] 一种球形氧化镧，球形氧化镧的平均粒径为150nm～1.2μm，在1000℃下焙烧后的比表面积为1-7m2/g。

[0008] 优选的，在500℃下焙烧后的比表面积为120-144m2/g。

[0009] 优选的，所述球形氧化镧的制备方法包括如下步骤：

[0010] (1)混合镧盐、水和乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和短链有机酸，搅拌溶解后进行水热反应；

[0011] (2)在160-240℃下反应1-8小时；冷却后离心得到沉淀物，干燥沉淀物得到球形氧化镧。

[0012] 优选的，所述步骤(1)中水与乙二醇的体积比为6-10:50-80。

[0013] 优选的，镧盐与聚乙烯吡咯烷酮摩尔比为(200-270):1，短链有机酸与水和乙二醇之和的体积比为1：50-88，镧盐与水和乙二醇之和的质量比为4-8:63-92。

[0014] 优选的，所述步骤(1)中先将镧盐溶解于水和乙二醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮搅拌至透明澄清的溶液，再加入短链有机酸后搅拌至透明澄清的溶液。

[0015] 优选的，所述镧盐为La(NO3)3·6H2O或LaCl3·7H2O。

[0016] 优选的，所述短链有机酸选自冰乙酸、丙酸、正丁酸和正己酸。

[0017] 本发明所述球形氧化镧在机动车尾气中的应用。

[0018] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0019] 1、本发明制备氧化镧反应时间短、操作简便、易控制、易重复，采用合适的有机酸及其用量，合成的氧化镧形貌成球形且有较均一形貌、结晶度好、分散性好、热稳定性高、比表面积大。

[0020] 2、本发明采用乙二醇为溶剂，乙二醇可与镧发生较强的配位作用，使其在合成阶段控制纳米晶的生长。此外，乙二醇的粘度高，可降低成核和生长速率，使得到的产物形貌更均匀、规则。同时还能形成具有较低表面能的球形二级结构，使得制备的球形氧化镧热稳定性高。

[0021] 水的加入调节了粘度，避免球形颗粒发生粘连。同时，本发明采用PVP作为表面活性剂，且与水和乙二醇在合适比例范围内，不仅制备得到氧化镧是球形的，而且其有较均一形貌、结晶度好、分散性好、热稳定性高、比表面积大。

[0022] 此外，PVP和短链有机酸的加入调控了形貌，PVP吸附于球形表面，限制粒径的尺寸并防止球形颗粒间的粘连；短链有机酸影响球形颗粒的尺寸，短链有机酸由于存在羧基和烷基，一端的羧基可以和La3+配位，另一端的烷基可以修饰纳米粒子并影响纳米粒子间的相互作用。

附图说明

[0023] 图1实施例1中氧化镧的X射线衍射图谱

[0024] 图2实施例1中氧化镧经750℃焙烧后的SEM电镜图

具体实施方式

[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表达的范围。

[0026] 各实施例和对比例制备氧化镧的所使用的原料配方如下：

[0027]

[0028] 实施例1

[0029] 制备一种球形氧化镧，具有包括如下步骤：

[0030] (1)称取La(NO3)3·6H2O溶解于去离子水和乙二醇的混合液中，搅拌至完全溶解，再加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分子量M＝58000)，搅拌约1h，得到透明澄清的溶液，加入丙酸，继续搅拌0.5h；

[0031] (2)得到透明澄清的混合液转入100ml聚四氟乙烯内衬中，放入不锈钢反应釜，200℃反应200min；

[0032] (3)待反应釜冷却至室温后，将产品以10000r/min的转速离心5min，得到沉淀物，再用去离子水和乙醇交替洗涤3次，随后于80℃干燥12h得到氧化镧。

[0033] 测试准备：(1)将实施例1制备的氧化镧进行干燥，并用研钵研磨成细粉，将其中一半于500℃焙烧1h，升温速率2℃/min，得到碳酸二氧镧；将其中另一半于1000℃焙烧4h，升温速率3℃/min，得到了的氧化镧粉末。

[0034] (2)XRD测试：将实施例1制备的氧化镧进行XRD测试得到X射线衍射图谱，如图1所示，结果表明制备得到的氧化镧为六方晶相。

[0035] (3)SEM测试：将实施例1制备的氧化镧进行SEM扫描电镜测试，其形貌如图2所示，从图2可以看出，实施例1制备的氧化镧为粒径在150～300nm的球形。

[0036] 对比例1-1

[0037] 一种球形氧化镧，其制备时未采用分子量为58000的聚乙烯吡咯烷酮，其余原料与制备方法及各性能测试同实施例1。

[0038] 对比例1-2

[0039] 一种球形氧化镧，其制备时去离子水与乙二醇未在合适范围内，其余原料与制备方法及各测试同实施例1。

[0040] 对比例1-3

[0041] 一种球形氧化镧，其制备时去离子水与乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮三者均未在合适范围内，其余原料与制备方法及测试同实施例1。

[0042] 对比例1-4

[0043] 一种球形氧化镧，其制备时采用十二烷基硫酸钠代替聚乙烯吡咯烷酮，其余原料与制备方法及测试同实施例1。

[0044] 以上所有实施例和对比例的测试结果如下表：

[0045]

[0046] 以上数据表明，对比例1-1未采用分子量为58000的聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，相对于实施例1制备的氧化镧，其平均粒径较大形貌不规则且发生团聚现象，经500℃、1000℃焙烧后，热稳定性性相对于实施例1更差，尤其是1000℃焙烧后，其比表面积更低，相对于实施例1其不适用于机动车尾气催化剂。

[0047] 对比例1-2去离子水与乙二醇未在合适范围内，相对于实施例1制备的氧化镧，其平均粒径较大形貌不规则且发生团聚现象，经500℃、1000℃焙烧后，热稳定性性相对于实施例1更差，尤其是1000℃焙烧后，其比表面积更低，相对于实施例1其不适用于机动车尾气催化剂。

[0048] 对比例1-3去离子水与乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮未在合适范围内，相对于实施例1制备的氧化镧，其平均粒径较大形貌不规则且发生团聚现象，经500℃、1000℃焙烧后，热稳定性性相对于实施例1更差，尤其是1000℃焙烧后，其比表面积更低，相对于实施例1其不适用于机动车尾气催化剂。

[0049] 对比例1-4采用十二烷基硫酸钠代替聚乙烯吡咯烷酮，相对于实施例1制备的氧化镧，其平均粒径较大形貌不规则且发生团聚现象，经500℃、1000℃焙烧后，热稳定性性相对于实施例1更差，尤其是1000℃焙烧后，其比表面积更低，相对于实施例1其不适用于机动车尾气催化剂。

[0050] 根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。