[发明专利]介孔氧化锆的一种制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种介孔材料的制备方法，具体来说，是应用于催化剂领域的介孔氧化锆的制备方法，属于催化剂制备技术领域。

背景技术

氧化锆，尤其是介孔氧化锆在催化剂领域是一种常被采用的材料，如被用于尾气净化催化剂的储氧材料、选择性催化还原(SCR)催化剂、燃料电池。然而，在实际应用时，一般都有较高的温度(如高于500℃)，孔径较小的氧化锆易发生孔烧结而使催化剂活性下降，因此，制备孔径较大的氧化锆可以有效提高氧化锆的高温稳定性。

目前，可知的制备氧化锆的方法很多，但用于工业化制备氧化锆的方法主要为碱沉淀法和水热合成法。

专利US2009/0005239A1在锆盐溶液中加入SO₄^2-以优化碱沉淀过程，SO₄^2-与Zr⁴⁺的摩尔比值范围在0.40～0.52，在低于25℃(优选低于2℃)的条件下加碱至pH值高于11，然后将得到的氢氧化锆在低于3Barg的压力条件下水热处理，最后进行热处理得到孔容和孔径都较大的氧化锆。但是，由于碱沉淀过程需要将混合溶液冷却至25℃甚至2℃以下，这就需要特殊的冷却装置和很高的能耗。因此，这种制备方法应用于规模化的工业生产并不很理想。

专利US7431910132在锆盐溶液中加入SO₄^2-以优化碱沉淀过程和后续的洗涤过滤过程，SO₄^2-与Zr⁴⁺的摩尔比值范围在0.42～0.7，在低于50℃的条件下加碱沉淀得到氢氧化锆，该氢氧化锆作为氧化锆的前躯体用于铈锆固溶体的制备。

专利US2008/00907在锆盐溶液中加入SO₄^2-配成混合溶液，SO₄^2-与ZrO₂的质量比值范围在0.3～0.6(即SO₄^2-与Zr⁴⁺的摩尔比值范围在0.38～0.77)，然后在不低于65℃的条件下加热该混合溶液使Zr⁴⁺发生水解生成碱式硫酸锆，该碱式硫酸锆作为氧化锆的前躯体用于铈锆固溶体的制备。

与专利US2008/00907类似，专利CN100347092C在锆盐溶液中加入SO₄^2-配成混合溶液，SO₄^2-与ZrO2的质量比值范围在0.2～0.6(即SO₄^2-与Zr⁴⁺的摩尔比值范围在0.25～0.77)，然后加热该混合溶液使Zr⁴⁺发生水解生成碱式硫酸锆，然后继续加碱沉淀，并多次洗涤后得到纳米氢氧化锆。

专利US2008/00907和专利CN100347092C所采用的水解生成碱式硫酸锆的方法，在SO₄^2-与Zr⁴⁺的摩尔比值低于0.4的情况下，需要很长的时间才能使水解发生。此外，由于得到的碱式硫酸锆的晶粒较大(0.5-2μm)，最终得到的氧化锆的热稳定性能也较差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种工艺条件温和，易实现工业化生产的制备介孔氧化锆的方法。本方法制备得到的氧化锆前躯体氢氧化锆，经450℃热处理4小时，所得氧化锆的平均孔径达6～9nm；经550℃热处理4小时，所得氧化锆的平均孔径达9～14nm。

本发明的技术方案：一种介孔氧化锆的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)锆盐溶液的制备：将水溶性锆盐用去离子水配制成0.2～1mol/L的水溶液备用；

所述水溶性锆盐为ZrOCl₂、ZrO(NO₃)₂、Zr(NO₃)₄及其各种水合物之一；

(2)SO₄^2-的水溶液的制备：配制含SO₄^2-的水溶液，与步骤(1)制备的水溶性锆盐溶液混合均匀，使混合溶液中SO₄^2-与Zr⁴⁺的摩尔比为0.10～0.30；