[发明专利]一种新型掺杂纳米氧化锆催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明是涉及一种新型掺杂纳米氧化锆催化剂的制备方法，更具体的说是一种制备具有高催化活性的掺杂型自组装纳米氧化锆催化剂的方法。

背景技术

氧化锆具有优良的物理化学稳定性，在高温状态下又具备固体电解质的特性，同时由于其分子结构的特殊性，从而具备一定的催化作用，掺杂的氧化锆因其独特的化学活性位点，在降解生物采油及生物质等方面具有广泛的用途。而掺杂纳米氧化锆因兼有高比表面积、稳定性好的特点，使得其表现出良好的应用前景。目前，纳米氧化锆的制备方法主要有气相法和液相法，气相法以氯化锆或醇锆为原料，经过高温水解或热解而制得纳米氧化锆。这类方法具有产品分散性好、粒径分布窄等优点，但存在设备复杂、投资大等缺点。液相法主要有沉淀法、溶胶-凝胶法，水热法和醇盐水解法等，由于醇盐成本高，因此主要开发以廉价的氯氧化锆为原料、以碱(氨水或强碱)为中和沉淀剂，制得氢氧化锆凝胶，经洗涤除去杂质，再经表面活性剂分散处理，在高温下灼烧脱水制得纳米氧化锆。目前CN101070186、CN101412537等制备了一系列纳米氧化锆粉体，但对于掺杂的研究较少。这些方法存在的缺点是：设备复杂，制备工艺复杂、耗时长、能耗高、分散度低、成本高。

发明内容

本发明目的在于克服上述缺点，提供一种工艺简单、投资少、能耗低，分散度高的掺杂纳米氧化锆的制备方法。

本发明提供掺杂纳米氧化锆催化剂的制备方法，以氯氧化锆(ZrOCl₂·8H₂O)为原料，九水合硝酸铬为掺杂剂，氨水(NH₃·H₂O)为沉淀剂，采用溶胶-凝胶法制备掺杂纳米氧化锆(ZrO₂)，制备步骤如下：(1)以浓度为0.05～0.2mol／L氯氧化锆ZrOCl₂·8H₂O溶液作为母液，加入0.5mmol的九水合硝酸铬，用NH₃·H₂O调节使其生成共沉淀，过滤，用大量的水洗涤；(2)将沉淀物转移到HNO₃水溶液中，超声条件下形成透明胶体，此时溶液的pH小于1；(3)取上述胶体1mmol，加入质量百分比浓度为1～4％的表面活性剂SDS作为模板剂；(4)在室温下不断搅拌2h，之后再在水浴中80℃快速搅拌3h；(5)离心得沉淀物，用去离子水洗涤，电炉烘干，研钵研磨成细粉；(6)在600℃下对上述前驱物置于马弗炉中煅烧4小时，得到掺杂纳米氧化锆。

上述步骤(1)ZrOCl₂·8H₂O较佳的浓度为0.1mol／L，NH₃·H₂O较佳的百分比浓度为25％，表面活性剂SDS较佳的浓度为2％。上述步骤(2)超声过程中，温度为40～50℃时有利于溶胶的生成。另外，硝酸的量是形成胶体的关键。上述步骤(5)中电炉烘干的温度100～200℃，时间约10分钟。在研钵中研磨经过干燥的沉淀，有助于避免粉体在煅烧过程中的凝聚。

本发明的技术效果(1)本发明所使用的原料氯氧化锆、氨水等均为价格低廉的原料；本发明无需特殊设备如反应釜等，无需高压、高温热解条件，整个过程均可在普通实验室内完成，使材料、设备投资以及能耗远低于现有纳米氧化锆制备技术，可显著降低生产成本；(2)制备工艺简单，可在6个小时之内完成，耗时短，可实现高效生产。本发明不仅设备、工艺简单，投资少，能耗低，生产率高，生产成本低。粒径可控地分布在10～30nm之间。整个生产过程是一种低耗能产生高效益的掺杂纳米氧化锆的制备方法。(3)本发明所制备的掺杂纳米氧化锆可用于柴油制备及生物质的降解等领域。

本发明以廉价的氯氧化锆为原料，采用廉价的氨水作为为沉淀剂，采用溶胶-凝胶法制备掺杂纳米氧化锆的方法，工艺简单、投资少、能耗低，过程绿色环保，产品质量高，因此是一种社会效益与经济效益均显著的掺杂纳米氧化锆的制备方法。

具体实施方式

实施例1