[发明专利]钴铈复合金属氧化物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种钴铈复合金属氧化物及其制备方法与应用。

背景技术

氯代芳烃是一类广泛存在的污染物，在一些环境介质如沉积物、土壤和水体中都有发现。这类物质通常具有很高的毒性、难降解，并能通过食物链在生物体内蓄积，一旦进入环境中，将会给人类健康和生态环境带来极大的危害。对氯代芳烃这类污染物的控制已引起了普遍的关注。在我国除了处理、处置高浓度的氯代芳烃污染物废弃物外，还要控制工业过程烟气尾气排放高迁移性的氯代芳烃污染物。

一些金属氧化物催化剂由于价廉易得，并且具有较好的活性和较高的热稳定性、抗毒性，因而在氯苯类物质的降解方面引起了较多关注。近年来，一种简单经济的多元醇介导法构筑具有规则形貌的金属氧化物功能材料得到了广泛的发展。这种方法制备出的材料是由分级有序的纳米粒子组装而成的微米结构，因而同时具备微米结构和纳米结构的特征和优势，能够有效阻止团聚，并且与纯粹的纳米材料相比，分离和回收的难度也大大下降。因此利用三维微/纳米金属氧化物材料对氯代芳烃化合物进行处理势必存在着广泛的应用前景。而在材料研究中，多相复合一直是研究热点之一。通过多相复合可以得到多功能材料，可以提供或者提高单一材料所不具备的独特功能或性能。Co₃O₄是工程技术上有重要用途的过渡金属氧化物，在环保化学工程中，它是CO还原SO₂、氨氧化、甲烷还原NO的最有效催化剂，在氯代芳烃的降解方面也取得了较好的效果。另有研究表明，CeO₂有着优越的储放氧功能及高温快速氧空位扩散能力，而被广泛应用于氧化还原反应中。在氧化钴中添加氧化铈，可利用氧化铈优越的储放氧性能，使氧化钴和氧化铈之间产生显著的协同效应，促进氯代芳烃的降解向氧化开环的方向进行，从而有利于实现无害化降解。因此，如能制备成钴铈金属氧化物的复合型微/纳米结构材料必能大大提高氯代芳烃类污染物的降解性能。但是目前制备分级有序的三维微/纳材料，尤其是多组分的分级有序的三维微/纳材料，仍然存在着巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种钴铈复合金属氧化物及其制备方法与应用。

本发明提供的钴铈复合金属氧化物，由Co₃O₄相和CeO₂相组成；所述CeO₂相中的铈元素与所述Co₃O₄相中的钴元素的摩尔比为0.8-9∶1，优选1∶1。

所述钴铈复合金属氧化物的外观形貌为由纳米颗粒组成的花朵状，每个所述花朵的直径为0.5～1.5μm，优选0.8-1.2μm；每个所述纳米颗粒的粒径为5-25nm，优选10-15nm；所述钴铈复合金属氧化物的晶体结构为多晶态。

该钴铈复合金属氧化物可按照下述本发明提供的方法制备而得。

本发明提供的制备所述钴铈复合金属氧化物的方法，包括如下步骤：

1)将二价钴盐、三价铈盐、阳离子表面活性剂和尿素于多元醇中混匀进行回流反应，反应完毕冷却至室温，干燥后得到钴铈复合金属氧化物的前驱物；

2)将所述步骤1)所得钴铈复合金属氧化物的前驱物进行灼烧，得到所述钴铈复合金属氧化物。

上述方法的所述步骤1)中，所述二价钴盐选自硝酸钴、氯化钴和乙酸钴中的至少一种，所述三价铈盐选自硝酸铈、氯化铈和硫酸铈中的至少一种；所述阳离子表面活性剂选自四丁基溴化铵(TBAB)和十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种；所述多元醇选自碳原子数为2-5的一元醇、二元醇和三元醇中的至少一种，优选乙二醇和丙三醇中的至少一种。所述二价钴盐和三价铈盐的投料摩尔比为(0.8-1.5)∶1，优选1∶1；所述二价钴盐和三价铈盐的总投料摩尔用量与所述阳离子表面活性剂和尿素的投料摩尔用量比为(2-6)∶(10-25)∶(30-50)，优选4∶19∶37；所述二价钴盐和三价铈盐在所述多元醇中的总摩尔浓度为20-35mM，优选25-28mM，更优选26mM。所述回流反应步骤中，时间为15-40分钟，优选30-35分钟；所述干燥步骤中，温度为50-100℃，优选60℃，时间为4-8小时，优选6小时；

所述步骤2)灼烧步骤中，温度为400-650℃，优选600℃，时间为2-3小时，优选2小时。