一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料的制备方法，属于储氧材料制备技术领域。本发明称取硅酸钠与水，滴加盐酸溶液，超声分散得分散液，与硝酸镁溶液、硝酸铝溶液、丙酮、乙酰丙酮铈，在氨水滴定作用下，使其负载于分散液中的原硅酸沉淀物表面，过滤得原硅酸沉淀，脱水后，在氮气保护下煅烧，再经乙醇、氢氧化钠溶液、去离子水洗涤，过滤得滤渣进行活化制得掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料。本发明的有益效果是：本发明制备步骤简单，有效提高了其比表面积，储氧能力提高了22～26%；所得产品具有空间立体结构，在1123K以上，无烧结现象发生，储氧能力和比表面积无变化。

权利要求

1.一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）称取150～200g硅酸钠，将其放入容器中，同时向容器中加入550～650mL水，控制温度为37～39℃，在300r/min下搅拌1～2h，边搅拌边以2～3滴/s速率向其中滴加20～25mL质量分数为30%盐酸溶液，搅拌完成后，将装有混合溶液的容器移入超声分散器中，进行超声分散处理2～3h，得分散液；

（2）分别向上述所得的分散液中加入15～25mL质量浓度为1.5mol/L硝酸镁溶液和15～

20mL质量浓度为1.2mol/L硝酸铝溶液，在260r/min下搅拌混合均匀后，向其中滴加10～

12mL丙酮，并进行超声分散处理1～2h，随后再向其中加入10～15g乙酰丙酮铈混合后，于摇床中，振荡处理2～3h；

（3）待振荡处理后，以2～3滴/s速率向所得的振荡物中滴加10～15mL质量分数为17%氨水，调节pH至9.0～10.0，静置2～3h后，离心分离得下层沉淀，将所得的下层沉淀放入105～

110℃烘箱中烘干，随后将烘干物放入高温煅烧炉中，同时向其中通入氮气，控制氮气通入速率为20～22mL/min，通入时间为10～15min，再控制高温煅烧炉温度为800～900℃，煅烧4～6h；

（4）待煅烧完后，将煅烧物用乙醇超声洗涤2～3min，并用2.0mol/L氢氧化钠溶液洗涤2～3min，洗涤后，再用去离子水洗涤2～3min，随后过滤得过滤物，将过滤物放入50～60℃真空干燥箱中干燥2～3h；

（5）待干燥后，将干燥物放入活化箱中，控制活化箱温度为800～900℃，活化3～5h，活化后，将活化物置于碾磨机中，控制碾磨机压力为8～10MPa，碾磨30～40min，即制得一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料。

说明书

一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料的制备方法，属于储氧材料制备技术领域。

背景技术

[0002] 储氧材料，粉末，据所含元素的不同显不同的颜色，主要为黄色、棕色等；是以氧化铈为主的稀土元素、碱土金属元素或者过渡金属元素组成的二元或多元复合氧化物。第一代铈基储氧材料的组成为纯CeO2，其主要特点是储氧性能依赖于比表面积，热稳定性差，高于850℃老化后比表面积迅速下降，从而失去储氧性能；第二代铈基储氧材料的组成为CeO2-ZrO2，其特点是储氧材料的表面和体相都可储氧，因此储氧性能不仅依赖于材料比表面积，但在高温下织构热稳定性差，比表面积迅速下降，从而影响储/放氧性能的发挥；第三代铈基储氧材料还处在发展阶段，其中研究焦点主要集中在低价离子如Y3+、La3+、Al3+等掺杂CeO2-ZrO2固溶体，目的是在体相中增加氧离子缺陷，以改进CeO2-ZrO2固溶体的结构、织构和储氧性能。但在1123K以上，CeO2容易发生烧结，失去多孔结构，从而使储氧能力和比表面积降低。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题：针对储氧材料在1123K以上，CeO2容易发生烧结，失去多孔结构，从而使储氧能力和比表面积降低的弊端，提供了一种称取硅酸钠与水，滴加盐酸溶液，超声分散得分散液，与硝酸镁溶液、硝酸铝溶液、丙酮、乙酰丙酮铈，在氨水滴定作用下，使其负载于分散液中的原硅酸沉淀物表面，过滤得原硅酸沉淀，脱水后，在氮气保护下煅烧，再经乙醇、氢氧化钠溶液、去离子水洗涤，过滤得滤渣进行活化制得掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料的方法。本发明制备步骤简单，所得产品具有空间立体结构，储氧能力高。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

[0005] （1）称取150～200g硅酸钠，将其放入容器中，同时向容器中加入550～650mL水，控制温度为37～39℃，在300r/min下搅拌1～2h，边搅拌边以2～3滴/s速率向其中滴加20～25mL质量分数为30%盐酸溶液，搅拌完成后，将装有混合溶液的容器移入超声分散器中，进行超声分散处理2～3h，得分散液；

[0006] （2）分别向上述所得的分散液中加入15～25mL质量浓度为1.5mol/L硝酸镁溶液和15～20mL质量浓度为1.2mol/L硝酸铝溶液，在260r/min下搅拌混合均匀后，向其中滴加10～12mL丙酮，并进行超声分散处理1～2h，随后再向其中加入10～15g乙酰丙酮铈混合后，于摇床中，振荡处理2～3h；

[0007] （3）待振荡处理后，以2～3滴/s速率向所得的振荡物中滴加10～15mL质量分数为17%氨水，调节pH至9.0～10.0，静置2～3h后，离心分离得下层沉淀，将所得的下层沉淀放入
105～110℃烘箱中烘干，随后将烘干物放入高温煅烧炉中，同时向其中通入氮气，控制氮气通入速率为20～22mL/min，通入时间为10～15min，再控制高温煅烧炉温度为800～900℃，煅烧4～6h；

[0008] （4）待煅烧完后，将煅烧物用乙醇超声洗涤2～3min，并用2.0mol/L氢氧化钠溶液洗涤2～3min，洗涤后，再用去离子水洗涤2～3min，随后过滤得过滤物，将过滤物放入50～60℃真空干燥箱中干燥2～3h；

[0009] （5）待干燥后，将干燥物放入活化箱中，控制活化箱温度为800～900℃，活化3～5h，活化后，将活化物置于碾磨机中，控制碾磨机压力为8～10MPa，碾磨30～40min，即制得一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料。

[0010] 本发明的原理：通过在硅酸钠中滴加盐酸溶液，经超声分散得分散液，再引入硝酸镁溶液、硝酸铝溶液，以提高材料的耐高温性，再在氨水滴定作用下，使其负载于分散液中的原硅酸沉淀物表面，原硅酸沉淀经脱水后，在氮气保护下煅烧，再经乙醇、氢氧化钠溶液、去离子水洗涤，过滤得滤渣进行活化，使得材料具有多孔空间立体结构，有效提高了材料的储氧能力和比表面积。

[0011] 本发明制得的一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料在1000～1200℃时，储氧量为451.6～512.3μmol/g，孔容量为0.29～0.41mL/g，比表面积为65.4～84.2m2/g。

[0012] 本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

[0013] （1）本发明制备步骤简单，有效提高了其比表面积，储氧能力提高了22～26%；

[0014] （2）所得产品具有空间立体结构，在1123K以上，无烧结现象发生，储氧能力和比表面积无变化。

具体实施方式

[0015] 首先称取150～200g硅酸钠，将其放入容器中，同时向容器中加入550～650mL水，控制温度为37～39℃，在300r/min下搅拌1～2h，边搅拌边以2～3滴/s速率向其中滴加20～25mL质量分数为30%盐酸溶液，搅拌完成后，将装有混合溶液的容器移入超声分散器中，进行超声分散处理2～3h，得分散液；然后分别向上述所得的分散液中加入15～25mL质量浓度为1.5mol/L硝酸镁溶液和15～20mL质量浓度为1.2mol/L硝酸铝溶液，在260r/min下搅拌混合均匀后，向其中滴加10～12mL丙酮，并进行超声分散处理1～2h，随后再向其中加入10～
15g乙酰丙酮铈混合后，于摇床中，振荡处理2～3h；待振荡处理后，以2～3滴/s速率向所得的振荡物中滴加10～15mL质量分数为17%氨水，调节pH至9.0～10.0，静置2～3h后，离心分离得下层沉淀，将所得的下层沉淀放入105～110℃烘箱中烘干，随后将烘干物放入高温煅烧炉中，同时向其中通入氮气，控制氮气通入速率为20～22mL/min，通入时间为10～15min，再控制高温煅烧炉温度为800～900℃，煅烧4～6h；再待煅烧完后，将煅烧物用乙醇超声洗涤2～3min，并用2.0mol/L氢氧化钠溶液洗涤2～3min，洗涤后，再用去离子水洗涤2～3min，随后过滤得过滤物，将过滤物放入50～60℃真空干燥箱中干燥2～3h；最后待干燥后，将干燥物放入活化箱中，控制活化箱温度为800～900℃，活化3～5h，活化后，将活化物置于碾磨机中，控制碾磨机压力为8～10MPa，碾磨30～40min，即制得一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料。

[0016] 实例1

[0017] 首先称取150g硅酸钠，将其放入容器中，同时向容器中加入550mL水，控制温度为37℃，在300r/min下搅拌1h，边搅拌边以2滴/s速率向其中滴加20mL质量分数为30%盐酸溶液，搅拌完成后，将装有混合溶液的容器移入超声分散器中，进行超声分散处理2h，得分散液；然后分别向上述所得的分散液中加入15mL质量浓度为1.5mol/L硝酸镁溶液和15mL质量浓度为1.2mol/L硝酸铝溶液，在260r/min下搅拌混合均匀后，向其中滴加10mL丙酮，并进行超声分散处理1h，随后再向其中加入10g乙酰丙酮铈混合后，于摇床中，振荡处理2h；待振荡处理后，以2滴/s速率向所得的振荡物中滴加10mL质量分数为17%氨水，调节pH至9.0，静置
2h后，离心分离得下层沉淀，将所得的下层沉淀放入105℃烘箱中烘干，随后将烘干物放入高温煅烧炉中，同时向其中通入氮气，控制氮气通入速率为20mL/min，通入时间为10min，再控制高温煅烧炉温度为800℃，煅烧4h；再待煅烧完后，将煅烧物用乙醇超声洗涤2min，并用
2.0mol/L氢氧化钠溶液洗涤2min，洗涤后，再用去离子水洗涤2min，随后过滤得过滤物，将过滤物放入50℃真空干燥箱中干燥2h；最后待干燥后，将干燥物放入活化箱中，控制活化箱温度为800℃，活化3h，活化后，将活化物置于碾磨机中，控制碾磨机压力为8MPa，碾磨
30min，即制得一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料。本发明制备步骤简单，有效提高了其比表面积，储氧能力提高了22%；所得产品具有空间立体结构，在1130K，无烧结现象发生，储氧能力和比表面积无变化；制得的一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料在1000
2
℃时，储氧量为451.6μmol/g，孔容量为0.29mL/g，比表面积为65.4m/g。

[0018] 实例2

[0019] 首先称取175g硅酸钠，将其放入容器中，同时向容器中加入600mL水，控制温度为38℃，在300r/min下搅拌2h，边搅拌边以3滴/s速率向其中滴加23mL质量分数为30%盐酸溶液，搅拌完成后，将装有混合溶液的容器移入超声分散器中，进行超声分散处理3h，得分散液；然后分别向上述所得的分散液中加入20mL质量浓度为1.5mol/L硝酸镁溶液和18mL质量浓度为1.2mol/L硝酸铝溶液，在260r/min下搅拌混合均匀后，向其中滴加11mL丙酮，并进行超声分散处理2h，随后再向其中加入13g乙酰丙酮铈混合后，于摇床中，振荡处理3h；待振荡处理后，以3滴/s速率向所得的振荡物中滴加13mL质量分数为17%氨水，调节pH至9.5，静置
3h后，离心分离得下层沉淀，将所得的下层沉淀放入108℃烘箱中烘干，随后将烘干物放入高温煅烧炉中，同时向其中通入氮气，控制氮气通入速率为21mL/min，通入时间为13min，再控制高温煅烧炉温度为850℃，煅烧5h；再待煅烧完后，将煅烧物用乙醇超声洗涤3min，并用
2.0mol/L氢氧化钠溶液洗涤3min，洗涤后，再用去离子水洗涤3min，随后过滤得过滤物，将过滤物放入55℃真空干燥箱中干燥3h；最后待干燥后，将干燥物放入活化箱中，控制活化箱温度为850℃，活化4h，活化后，将活化物置于碾磨机中，控制碾磨机压力为9MPa，碾磨
35min，即制得一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料。本发明制备步骤简单，有效提高了其比表面积，储氧能力提高了24%；所得产品具有空间立体结构，在1181K上，无烧结现象发生，储氧能力和比表面积无变化；制得的一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料在
1100℃时，储氧量为484.9μmol/g，孔容量为0.35mL/g，比表面积为74.8m2/g。

[0020] 实例3

[0021] 首先称取200g硅酸钠，将其放入容器中，同时向容器中加入650mL水，控制温度为39℃，在300r/min下搅拌2h，边搅拌边以3滴/s速率向其中滴加25mL质量分数为30%盐酸溶液，搅拌完成后，将装有混合溶液的容器移入超声分散器中，进行超声分散处理3h，得分散液；然后分别向上述所得的分散液中加入25mL质量浓度为1.5mol/L硝酸镁溶液和20mL质量浓度为1.2mol/L硝酸铝溶液，在260r/min下搅拌混合均匀后，向其中滴加12mL丙酮，并进行超声分散处理2h，随后再向其中加入15g乙酰丙酮铈混合后，于摇床中，振荡处理3h；待振荡处理后，以3滴/s速率向所得的振荡物中滴加15mL质量分数为17%氨水，调节pH至10.0，静置
3h后，离心分离得下层沉淀，将所得的下层沉淀放入110℃烘箱中烘干，随后将烘干物放入高温煅烧炉中，同时向其中通入氮气，控制氮气通入速率为22mL/min，通入时间为15min，再控制高温煅烧炉温度为900℃，煅烧6h；再待煅烧完后，将煅烧物用乙醇超声洗涤3min，并用
2.0mol/L氢氧化钠溶液洗涤3min，洗涤后，再用去离子水洗涤3min，随后过滤得过滤物，将过滤物放入60℃真空干燥箱中干燥3h；最后待干燥后，将干燥物放入活化箱中，控制活化箱温度为900℃，活化5h，活化后，将活化物置于碾磨机中，控制碾磨机压力为10MPa，碾磨
40min，即制得一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料。本发明制备步骤简单，有效提高了其比表面积，储氧能力提高了26%；所得产品具有空间立体结构，在1213K，无烧结现象发生，储氧能力和比表面积无变化；制得的一种掺杂镁、铝介孔空心微球铈基储氧材料在1200℃时，储氧量为512.3μmol/g，孔容量为0.41mL/g，比表面积为84.2m2/g。