【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種二氧化鈰纖維及其制備方法和應用，屬于合成纖維。
技術介紹
1、柴油車尾氣排放的碳煙顆粒是霧霾天氣的主要誘因之一，同時，碳煙顆粒常常會粘附so2及致癌物等，隨呼吸進入到體內，對人和動物均有危害，嚴重情況下甚至可能會致癌。因此，消除碳煙顆粒對減少環境污染，保護人體健康都有重大意義。在柴油機顆粒過濾器上加裝催化劑，進行催化燃燒是消除碳煙顆粒最徹底有效的手段。
2、研究人員已經研發了各種各樣的催化劑，例如堿金屬、過渡金屬氧化物、貴金屬和稀土基催化劑。但堿金屬催化劑通常不以單一氧化物形式出現，多被負載或摻雜于其他催化劑中；過渡金屬氧化物催化活性差、起燃溫度高、易中毒；貴金屬氧化物價格昂貴，使用受到限制。
3、在稀土基氧化物中，二氧化鈰的原料儲量最為豐富(鈰是稀土元素中豐度最高的)。二氧化鈰在許多領域有著廣泛的應用在環境保護方面，可作為催化劑用于廢氣處理、汽車尾氣凈化和揮發性有機物(vocs)催化燃燒等；在能源領域，可以作為固體氧化物燃料電池的電解質和催化劑，用于實現高效能源轉換和儲存。此外，二氧化鈰還可以作為催化劑用于合成氣的制備、甲醇制備和有機合成等。因此其具有價廉性優的特點。
4、二氧化鈰擁有卓越的氧儲存/釋放能力、高濃度的氧空位和高離子遷移率，是一種理想的碳煙燃燒催化劑。二氧化鈰催化劑對碳煙燃燒的作用是促進氧從氣相向碳煙顆粒表面的轉移。不同價態間的可逆氧化還原反應(ce4+/ce3+)是二氧化鈰催化劑具有優異催化性能的條件。因此，二氧化鈰是一種理想的催化劑材料。
5、
6、目前，采用鈰的鹽類前驅體制備得到的前驅體，需要加入大量的助紡劑，才能提高在靜電紡絲時纖維的拉伸能力。專利文獻cn113351211a公開一種含鎳顆粒的二氧化鈰纖維狀催化劑，制備使用的鈰源(硝酸鈰)本身沒有可紡性，需要通過加入大量的助紡劑來提供可紡性；另外，醋酸鈰在各類溶劑中的溶解性差，需要大量的溶劑才能完全溶解，同時溶劑的大量使用也會隨之提高助紡劑如聚乙烯吡咯烷酮(pvp)的加入量，使得前驅體纖維中鈰成分占比很小，燒結損失大。專利文獻cn114875658a中采用浸漬的方法將鈰負載到二氧化硅纖維膜上得到二氧化硅纖維負載二氧化鈰，該方法使用硝酸鈰作為原料，硝酸根在燒結中會發生劇烈分解，破壞纖維形貌。
7、因此，研發一種紡絲溶膠穩定，目標元素含量高，纖維形貌好，晶粒均勻、直徑細、比表面積大的二氧化鈰纖維，具有重要的意義。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，尤其是現有二氧化鈰纖維的制備過程中需要大量的助紡劑進行靜電紡絲，前驅體溶膠中目標元素含量低，獲得的纖維質量差的缺點，本專利技術提供一種二氧化鈰纖維及其制備方法和應用。
2、本專利技術選用乙酰丙酮為鈰鹽的配體，采用鈰的氯化物為鈰源，取代現有技術所采用的鈰鹽，得到的紡絲溶膠穩定，采用靜電紡絲技術，成功制得了二氧化鈰前驅體纖維，大大提高了前驅體纖維中鈰的含量，得到的纖維形貌好，二氧化鈰纖維晶粒均勻、直徑細、比表面積大，在催化反應中可以更好地與碳煙顆粒接觸。
3、本專利技術的技術方案如下：
4、一種二氧化鈰纖維的制備方法，包括步驟如下：
5、(1)將鈰源充分溶解在溶劑中，加入乙酰丙酮進行配位，攪拌均勻，隨后按照助紡劑與鈰源的質量比為(1～17.6):100的比例，向二氧化鈰前驅體溶液中加入助紡劑，攪拌至溶解完全，得到二氧化鈰前驅體溶膠；
6、(2)對二氧化鈰前驅體紡絲溶膠進行靜電紡絲，得到二氧化鈰前驅體纖維；
7、(3)將二氧化鈰前驅體纖維在空氣氣氛下，升溫至500～800℃進行熱處理，得二氧化鈰纖維。
8、根據本專利技術，優選的，步驟(1)中，所述的鈰源為鈰的氯化物。
9、根據本專利技術，優選的，步驟(1)中，所述的鈰源為無水三氯化鈰和/或七水三氯化鈰。
10、根據本專利技術，優選的，步驟(1)中，鈰源與乙酰丙酮的摩爾比為1：(0.5～10)。
11、進一步優選的，步驟(1)中，鈰源與乙酰丙酮的摩爾比為1：(1～1.3)。
12、根據本專利技術，優選的，步驟(1)中，攪拌速度為100～350r/min。
13、根據本專利技術，優選的，步驟(1)中，加入助紡劑后攪拌時間為0.5～2h。
14、根據本專利技術，優選的，步驟(1)中，所述的溶劑為低碳醇。
15、根據本專利技術，優選的，步驟(1)中，鈰源與溶劑的重量比為1：(1～2)。
16、根據本專利技術，優選的，步驟(1)中，低碳醇為甲醇、乙醇或異丙醇。
17、根據本專利技術，優選的，步驟(1)中，攪拌反應溫度為0～70℃，攪拌反應時間為1～2h，攪拌速度為200～350r/min。
18、根據本專利技術，優選的，步驟(1)中，所述的助紡劑為聚氧化乙烯(peo)、pvp、聚乙烯醇縮丁醛(pvb)、聚乙烯醇(pva)之一或兩者以上任意組合。
19、根據本專利技術，優選的，步驟(1)中，助紡劑與鈰源的質量比為(1～8)：100。
20、乙酰丙酮的選擇、用量以及溶膠體系的選擇是得到高鈰含量、可紡性強、穩定的紡絲溶膠的關鍵，乙酰丙酮的用量過少，乙酰丙酮與鈰源配位不好，得不到穩定可紡的前驅體。乙酰丙酮的用量過多，體系中殘余游離的乙酰丙酮，并且溶膠可紡性差。本專利技術的溶劑體系是得到溶解性好、可紡性強、均一穩定溶膠的保障，由于鈰源的特殊性，其他體系容易產生沉淀，無法形成均一可紡性強的溶膠，本專利技術得到的前驅體溶膠中目標元素含量高，可紡性強、均一穩定，成功實現了以簡單方法得到紡絲溶膠穩定，目標元素含量高，纖維形貌好，晶粒均勻、直徑細、比表面積大的二氧化鈰纖維。
21、根據本專利技術，優選的，步驟(2)中，靜電紡絲條件為：紡絲電壓10～25kv，推進速度0.5～2ml/h，接收距離15～25cm，紡絲濕度20～45％，紡絲溫度20～40℃。
22、根據本專利技術，優選的，步驟(3)中，以1℃/min的升溫速率升至熱處理溫度，保溫1h，得二氧化鈰纖維；
23、根據本專利技術，優選的，步驟(3)中，熱處理溫度為500～600℃，最優選500℃。
24、本專利技術采用較低的熱處理溫度就可以得到催化性能優良的二氧化鈰纖維。但是熱處理溫度太低，有機物無法完全去除，影響催化性能。熱處理溫度過高，將會導致二氧化鈰纖維晶粒變大、比表面積減小，催化性能降低。
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1.一種二氧化鈰纖維的制備方法，包括步驟如下：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的鈰源為鈰的氯化物。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的鈰源為無水三氯化鈰和/或七水三氯化鈰，鈰源與乙酰丙酮的摩爾比為1：(0.5～10)，攪拌速度為100～350r/min，加入助紡劑后攪拌時間為0.5～2h。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的溶劑為低碳醇，鈰源與溶劑的重量比為1:(1～2)。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，低碳醇為甲醇、乙醇或異丙醇，攪拌反應溫度為0～70℃，攪拌反應時間為1～2h，攪拌速度為200～350r/min，所述的助紡劑為聚氧化乙烯(PEO)、PVP、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙烯醇(PVA)之一或兩者以上任意組合，助紡劑與鈰源的質量比為(1～8):100。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，靜電紡絲條件為：紡絲電壓10～25kV，推進速度0.5～2mL/h，
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，以1℃/min的升溫速率升至熱處理溫度，保溫1h，得二氧化鈰纖維；步驟(3)中，熱處理溫度為500～600℃，最優選500℃。
8.一種二氧化鈰纖維，采用權利要求1-7任一所述方法制得，得到的二氧化鈰纖維直徑700～2000nm，屬于立方晶相，晶粒均勻。
9.權利要求8所述的二氧化鈰纖維的應用，用于碳煙催化。
10.根據權利要求9所述的應用，具體應用方法如下：
...【技術特征摘要】
1.一種二氧化鈰纖維的制備方法，包括步驟如下：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的鈰源為鈰的氯化物。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的鈰源為無水三氯化鈰和/或七水三氯化鈰，鈰源與乙酰丙酮的摩爾比為1：(0.5～10)，攪拌速度為100～350r/min，加入助紡劑后攪拌時間為0.5～2h。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的溶劑為低碳醇，鈰源與溶劑的重量比為1:(1～2)。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，低碳醇為甲醇、乙醇或異丙醇，攪拌反應溫度為0～70℃，攪拌反應時間為1～2h，攪拌速度為200～350r/min，所述的助紡劑為聚氧化乙烯(peo)、pvp、聚乙烯醇縮丁醛(pvb)、...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王新強，米晨雨，謝永帥，朱陸益，張光輝，劉本學，許東，張曉謙，郭振峰，朱澤，黃孜婷，李龍飛，王曉晴，張天琦，殷允廣，王友梅，徐黎明，王一帆，馬德華，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：
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