專利名稱：電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化鈰的制備方法，特別是一種電解法制備高純度納米二氧化鈰的 方法。技術(shù)背景二氧化鈰是一種性質(zhì)優(yōu)良且用途極為廣泛的稀土材料，主要用作吸收紫外線的添加 劑，具有高精度要求的玻璃、硅片等材料拋光的拋光粉；還可應(yīng)用于儲(chǔ)氫材料、壓電陶瓷、 汽油催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬、汽車尾氣凈化器、燃料電池電極催 化劑、硬質(zhì)合金刀具材料的添加劑等，具有廣闊的市場(chǎng)前景。目前，制備二氧化鈰的方法有以下幾種1、 用加酸溶解的方式制備二氧化鈰(公開號(hào)CN 1683248A)將四價(jià)鈰溶液與配位溶液用硫酸或硝酸溶解再加堿(氨水和NaOH)調(diào)節(jié)pH，再通過 加入還原劑(肼、肼鹽、二氧化硫脲等)、電解還原或直接加熱、灼燒后獲得納米二氧化 鈰粉末。但該方法工藝要求復(fù)雜，不易控制，產(chǎn)品純度低。2、 以可溶性鈰鹽制備納米Ce02的方法(公開號(hào)CN 1532147A; CN 1791654A) 將硝酸鈰——乙醇溶液與氨水——乙醇溶液混合，形成凝膠，長(zhǎng)時(shí)間陳化，過濾、干燥數(shù)小時(shí)，高溫焙燒，得到Ce02?；?qū)⒑兴?、水溶性鈰鹽和氨或銨鹽的反應(yīng)物混合物在 連續(xù)式反應(yīng)器中，在高溫和一定壓力下反應(yīng)一定時(shí)間，得到含二氧化鈰細(xì)顆粒的溶液。但 這兩種方法工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，反應(yīng)條件苛刻、時(shí)間長(zhǎng)，得到的二氧化鈰純度低。3、 納米二氧化鈰的電化學(xué)制備方法(公開號(hào)CN 1789496A)將Ce(N03)3、硝酸銨、氨水為原料進(jìn)行直流電解氧化為四價(jià)鈰并水解，得到黃色二氧 化鈰沉淀。但該方法由于Ce02和Ce(0H)3易沉積于陰極表面，從而導(dǎo)致電極鈍化、電流效 率低、電解時(shí)間較長(zhǎng)，并且由于電解過程中加入了 NH4+使得該方法制得的二氧化鈰產(chǎn)品純 度較低。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的制備二氧化鈰的方法中所存在的工藝要求復(fù)雜、不易控制、產(chǎn)品純 度低的不足之處，提供一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品純度高的電解法制備高純度 納米二氧化鈰的方法。本發(fā)明一種電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法是通過如下方式完成的在電解槽 底部裝有發(fā)射頻率100 800KHz、功率為40 200W的超聲波發(fā)射裝置和進(jìn)氣管，在電解槽的頂部設(shè)有排氣管，電解液釆用O. 1 2.5mol/L、純度為99.9%三氯化鈰溶液，陰陽(yáng)電極均采 用鈦基鉑電極。電解時(shí)，開啟超聲波振蕩裝置，氧氣通過進(jìn)氣管進(jìn)入電解槽，電解槽內(nèi)的 各種氣體通過電解槽頂部的排氣管排出。電解過程中將陰陽(yáng)電極按每分鐘l次的頻率進(jìn)行 互換，在[15V電壓下直流電解1 3小時(shí)，得到沉淀物，抽濾、烘干可制得納米二氧化鈰粉 末。其中，在電解過程中電化學(xué)原理如下-陽(yáng)極主反應(yīng)2C1— - 2e —+ Cl2 f 陰極主反應(yīng)2H20 + 2e_~^20H—+ H2個(gè) 3C12+4H20 —4C10—+2C1—+8H+ Ce3++30H—Ce(0H)3 | 2Ce(0H)3+C10— —2Ce02 +3H20+Cr 2Ce3++C10>2H+~> 2Ce4++Cl-+H20 Ce4++40H"~> Ce02 +H20 j 4Ce (OH) 3+02 ~ 4Ce02 +6H20 4Ce4++ 02 +120H— — 4Ce02 +6H20 在電解過程中，利用陽(yáng)極析出的氯氣，溶于水生成具有強(qiáng)氧化性的HCIO，其與已通入 的氧氣02共同作為氧化劑將陰極表面生成的Ce(0H)3氧化生成Ce02，也將溶液中&3+氧化 為Ce4、其進(jìn)一步水解生成Ce02，同時(shí)C10—還原成Cr，重新參與電解。在電解過程中超聲 波振蕩裝置所發(fā)出的超聲波將電解過程中生成的Ce(0H)3膠體粉碎，并將Ce(0H)3膠體從陽(yáng) 極表面脫落，避免陽(yáng)極鈍化，同時(shí)減小合成的Cea晶體的粒徑。 本發(fā)明與現(xiàn)有的制備二氧化鈰的方法相比，具有以下特點(diǎn)1、 設(shè)備及工藝流程簡(jiǎn)單，工藝條件要求低，不需要高溫焙燒和萃取就可得到高純度 的"02，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。2、 利用電解過程中自身生成的HC10和空氣中的02作強(qiáng)氧化劑，將三價(jià)鈽氧化為四價(jià) 鈰以合成Ce02晶體，無需外加氧化劑，無需沉淀劑，產(chǎn)品無需洗滌，制得的二氧化鈰純度 達(dá)到99. 0-99. 9%。3、 由于在電解槽內(nèi)加裝超聲波發(fā)射裝置，在電解過程中所發(fā)出的超聲波有利于將電 解生成、并黏附在陽(yáng)極上的Ce(0H)3膠體從陽(yáng)極表面振落，也有利于減小Ce(0H)3膠體粒徑 和Ce02晶體粒徑，從而可制得納米Ce02晶體。4、 由于在電解過程中將陰陽(yáng)電極按每分鐘l次的頻率進(jìn)行互換，避免了陽(yáng)極鈍化。5、 以鈦基鉑材料為電極，由于鉑為惰性材料，大幅度地減少電解過程中的電極消耗， 延長(zhǎng)了電極使用壽命，降低了生產(chǎn)成本。


圖1為電解法制備高純度納米二氧化鈰的電解裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)照附圖，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。 實(shí)例l:一種電解法制備高純度納米二氧化鈰的電解裝置包括電解槽1、電極2、進(jìn)氣管3、 超聲波發(fā)射裝置4和排氣管5，其中，電解槽1釆用玻璃電解槽，電解槽的尺寸為 200mraX100mmX120mm,超聲波發(fā)射裝置4和進(jìn)氣管3裝在電解槽1底部，排氣管5裝在 電解槽1頂部，在電解槽1中注入1. 2L電解液，電解液采用0. 1 2. 5mol/L、純度為99. 95% 三氯化鈰溶液，陰陽(yáng)電極2均采用鈦基鉑電極，極板間距為18腿，超聲波發(fā)射裝置4的發(fā) 射頻率為600KHz、功率為60W。電解時(shí)，開啟超聲波發(fā)射裝置4，氧氣通過進(jìn)氣管3進(jìn)入 電解槽l，電解槽l內(nèi)的各種氣體通過電解槽1頂部的排氣管5排出。電解過程中，電源 采用IOV的直流穩(wěn)壓電源，將陰陽(yáng)電極2按每分鐘1次的頻率進(jìn)行極性互換，電解時(shí)間為 3小時(shí)，電解結(jié)束后將電解液過濾分離，干燥得納米二氧化鈰粉體，其中，Ce02平均粒徑 為15nm，純度為99. 0%。實(shí)例2:一種電解法制備高純度納米二氧化鈰的電解裝置包括電解槽l、電極2、進(jìn)氣管3、超 聲波發(fā)射裝置4和排氣管5，其中，電解槽l采用玻璃電解槽，電解槽的尺寸為 200mmX100mmX120mm，超聲波發(fā)射裝置4和進(jìn)氣管3裝在電解槽1底部，排氣管5裝在電解 槽1頂部，在電解槽1中注入1.2L電解液，電解液采用O. 1 2. 5mol/L、純度為99. 95%三氯 化鈰溶液，陰陽(yáng)電極2均采用鈦基鉑電極，極板間距為18mm，超聲波發(fā)射裝置4的發(fā)射頻率 為800KHz、功率為200W。電解時(shí)，開啟超聲波發(fā)射裝置4，氧氣通過進(jìn)氣管3進(jìn)入電解槽1， 電解槽1內(nèi)的各種氣體通過電解槽1頂部的排氣管5排出。電解過程中，電源采用15V的直流 穩(wěn)壓電源，將陰陽(yáng)電極2按每分鐘1次的頻率進(jìn)行極性互換，電解時(shí)間為2小時(shí)，電解結(jié)束 后將電解液過濾分離，干燥得納米二氧化鈰粉體，其中，Ce02平均粒徑為8nm，純度為99. 6%。
權(quán)利要求
1. 一種電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法，其特征在于在電解槽底部裝有超聲波發(fā)射裝置和進(jìn)氣管，在電解槽的頂部設(shè)有排氣管，電解液采用三氯化鈰溶液，陰陽(yáng)電極均采用鈦基鉑電極，電解時(shí)，開啟超聲波振蕩裝置，氧氣通過進(jìn)氣管進(jìn)入電解槽，電解槽內(nèi)的各種氣體通過電解槽頂部的排氣管排出，電解過程中將陰陽(yáng)電極按每分鐘1次的頻率進(jìn)行互換，電解1～3小時(shí)，得到沉淀物，經(jīng)抽濾、烘干制得納米二氧化鈰粉末。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法，其特征在于電解槽 釆用玻璃電解槽。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法，其特征在于超 聲波發(fā)射裝置采用發(fā)射頻率100 800KHz、功率為40 200W的超聲波發(fā)射裝置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法，其特征在于電 源采用8 15V的直流穩(wěn)壓電源。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法，其特征在于陰 陽(yáng)電極均采用鈦基鉑電極。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法，其特征在于 電解液采用0. 1 2. 5mol/L、純度為99. 9%三氯化鈰溶液。
全文摘要
本發(fā)明是一種電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的制備二氧化鈰的方法中所存在的工藝復(fù)雜、不易控制、產(chǎn)品純度低的不足之處，提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)品純度高的電解法制備高純度納米二氧化鈰的方法。本發(fā)明電解法制備高純度納米二氧化鈰的技術(shù)方案是在電解槽底部裝有超聲波發(fā)射裝置和進(jìn)氣管，在電解槽的頂部設(shè)有排氣管，電解液采用三氯化鈰溶液，陰陽(yáng)電極均采用鈦基鉑電極。電解時(shí)，開啟超聲波振蕩裝置，氧氣通過進(jìn)氣管進(jìn)入電解槽，電解過程中將陰陽(yáng)電極按每分鐘1次的頻率進(jìn)行互換，電解1～3小時(shí)，得到沉淀物，抽濾、烘干可制得納米二氧化鈰粉末。
文檔編號(hào)C25B1/00GK101270479SQ200810060669
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月16日
發(fā)明者葉群峰, 李小忠, 王冬根, 婷 郭, 陳海峰, 韓偉琴 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)