本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)的領(lǐng)域，具體涉及一種片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料及其制備方法和在脫汞方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

氧化鈰是一種用途極廣的稀土氧化物，具有可快速轉(zhuǎn)換的Ce³⁺/Ce⁴⁺、優(yōu)越的儲(chǔ)放氧功能、高溫快速氧空位擴(kuò)散能力，被廣泛應(yīng)用于催化領(lǐng)域。當(dāng)將材料尺寸控制在納米尺寸時(shí)，呈現(xiàn)出獨(dú)特的物理化學(xué)性能，有利于提升其催化活性。而且不同形貌結(jié)構(gòu)的氧化鈰納米材料在催化性能也存在很大的差異。近年來，研究獲得了棒狀、花狀、球狀、纖維狀、片狀等多種形貌的氧化鈰材料，其中分散性好、規(guī)則有序、比表面積大的片狀納米氧化鈰材料在催化領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

而氧化鈰摻雜其他外來金屬離子后，離子尺寸不同引起的晶格結(jié)構(gòu)的扭曲形變，或摻雜離子價(jià)態(tài)的改變打破離子價(jià)態(tài)平衡，這些都可以導(dǎo)致晶格內(nèi)出現(xiàn)更多的晶格缺陷和氧空位，從而進(jìn)一步增加儲(chǔ)氧能力和氧化還原能力，進(jìn)而提高催化活性。因此研發(fā)新型的片狀金屬摻雜氧化鈰納米材料是重點(diǎn)發(fā)展方向之一。

目前氧化鈰納米材料的合成方法大多原料復(fù)雜、步驟復(fù)雜，周期長，且不夠清潔節(jié)能，不易推廣應(yīng)用，且材料在催化應(yīng)用方面存在一定的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。本發(fā)明的目的在于提供一種比表面積更大的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料及其制備和應(yīng)用。本發(fā)明制備方法簡單、制備周期短、清潔、重復(fù)性。制備的鈷摻雜氧化鈰納米材料比表面積大，儲(chǔ)氧能力強(qiáng)，脫汞效果好，應(yīng)用簡單，使用方便。

本發(fā)明的目的是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的。

一種片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，包括如下步驟：將硝酸鈰、鈷鹽、聚乙烯吡咯烷酮、尿素混合經(jīng)水熱反應(yīng)后，再經(jīng)過煅燒，獲得片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料。

所述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，鈷鹽包括氯化鈷、硝酸鈷、醋酸鈷中的一種或幾種。

所述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，鈰與鈷的摩爾比：1:(0.02～0.2)。

所述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，所采用的硝酸鈰、聚乙烯吡咯烷酮和尿素投加的質(zhì)量比為：1:(0.5～2):(2～6)。

所述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，水熱反應(yīng)溫度130℃-170℃，時(shí)間10-12小時(shí)。

所述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，煅燒溫度450-600℃，煅燒2-4h。

所述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，將硝酸鈰和鈷鹽及聚乙烯吡咯烷酮加入到去離子水中，磁力攪拌5-30分鐘，加入一定量的尿素混合水解反應(yīng)20-60分鐘，得到的混合物再進(jìn)行水熱反應(yīng)。

所述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物水洗三次，乙醇洗兩次，抽濾后，將其60℃干燥8小時(shí)以上，再進(jìn)行煅燒。

上述的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料用于催化脫汞。具體的方法為：

反應(yīng)溫度為150℃-250℃，氣態(tài)Hg⁰的濃度為50-100μg/m³，載氣為N₂，空速為150000h^-1，所述材料在載氣或含有4％以下O₂的載氣條件下進(jìn)行脫汞。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)本發(fā)明提供了一種片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的制備方法，制備過程簡單清潔可控，原料簡單易得，同時(shí)，目前許多效果較好的脫汞催化劑中含有Au、Pd等貴金屬，成本較高，本方法制備原料價(jià)格相對較低。

(2)本發(fā)明提供的鈷摻雜氧化鈰呈現(xiàn)形貌規(guī)則、尺寸均一的片狀結(jié)構(gòu)，晶粒有序堆疊，使材料結(jié)構(gòu)表面呈凹凸不平狀，有利于增加反應(yīng)位點(diǎn)和活性，同時(shí)與純二氧化鈰相比，材料表面氧含量及儲(chǔ)氧能力具有大幅度提升。

(3)本發(fā)明的鈷摻雜氧化鈰的納米材料，脫汞效果好，處理濃度為75μg/m³的Hg⁰蒸氣，在無氧或通入4％氧氣后，脫汞效果均可達(dá)到97％，而一般的催化劑往往還需要通入HCl才能進(jìn)行脫汞。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法所制備的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的SEM圖和TEM圖；

圖2為本發(fā)明方法所制備的片狀結(jié)構(gòu)的鈷摻雜氧化鈰納米材料的XRD圖譜；

圖3為實(shí)施例1中獲得的鈷摻雜氧化鈰脫汞效果圖；

圖4為實(shí)施例2中獲得的鈷摻雜氧化鈰脫汞效果圖。

具體實(shí)施方式

以下以具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但有必要指出以下實(shí)施例只用于對發(fā)明內(nèi)容的進(jìn)一步說明，并不會(huì)形成對本發(fā)明的限制。

實(shí)施例1

將0.143g硝酸鈰，0.095g氯化鈷及0.5g聚乙烯吡咯烷酮加入30mL去離子水中，磁力攪拌10min直到其完全溶解，然后將2.196g尿素加入到反應(yīng)溶液中，攪拌反應(yīng)30min，將混合物加入到水熱反應(yīng)釜中。將反應(yīng)釜放入烘箱中，150℃恒溫10h。然后將所得混合溶液用去離子水洗滌三次，乙醇洗兩次，在60℃烘箱中干燥10h，最后在馬弗爐中500℃煅燒4h，即可得到鈷摻雜氧化鈰的片狀納米材料。

實(shí)施例2

將0.143g硝酸鈰，0.062g醋酸鈷及0.5g聚乙烯吡咯烷酮加入30mL去離子水中，磁力攪拌10min直到其完全溶解，然后將2.196g尿素加入到反應(yīng)溶液中，攪拌反應(yīng)30min，將混合物加入到水熱反應(yīng)釜中。將反應(yīng)釜放入烘箱中，150℃恒溫10h。然后將所得混合溶液用去離子水洗滌三次，乙醇洗兩次，在60℃烘箱中干燥10h，最后在馬弗爐中500℃煅燒4h，即可得到鈷摻雜氧化鈰的片狀納米材料。

實(shí)施例3

將0.143g硝酸鈰，0.073g硝酸鈷及0.5g聚乙烯吡咯烷酮加入30mL去離子水中，磁力攪拌10min直到其完全溶解，然后將2.196g尿素加入到反應(yīng)溶液中，攪拌反應(yīng)30min，將混合物加入到水熱反應(yīng)釜中。將反應(yīng)釜放入烘箱中，150℃恒溫10h。然后將所得混合溶液用去離子水洗滌三次，乙醇洗兩次，在60℃烘箱中干燥10h，最后在馬弗爐中500℃煅燒4h，即可得到鈷摻雜氧化鈰的片狀納米材料。

實(shí)施例4

在200℃的條件下，分別以實(shí)施例1所制備的材料為催化劑處理濃度為75μg/m³的Hg⁰蒸氣，空速為150000h^-1，在通N₂載氣條件下，脫汞效果可達(dá)到97％。

實(shí)施例5

在200℃的條件下，分別以實(shí)施例2所制備的材料為催化劑處理濃度為75μg/m³的Hg⁰蒸氣，空速為150000h^-1，以N₂為載氣，在通4％O₂條件下，脫汞效果可達(dá)到98％。