Page 121 - 《精细化工》2022年第11期

第 11 期 姬定西，等: 稳定分散的纳米 CeO 2 胶体的制备及性能 ·2271·

分布稳定，平均粒径在 25~30 nm 之间，粒径分布指 集而导致体系不稳定发生沉降 [17] 。当 pH=9 时，所
数（PDI）均<0.3，胶体稳定性较好，可稳定贮存 得纳米 CeO 2 胶体的稳定性最好，可以有效地分散在
–
12 个月。 PVA 中。这可能与 OH 在纳米 CeO 2 胶体粒子表面
的吸附有关。由于纳米 CeO 2 粒子表面包覆着 PVA
表 1 纳米 CeO 2 胶体的平均粒径、PDI 及其贮存稳定性 分子，存在着定向排列的水化层，其氢原子具有亲
Table 1 Average particle size, PDI and storage stability of –
nano CeO 2 colloids 水性，溶液中的 OH 容易与其氢原子形成氢键而被
吸附。由于分子在水化层中的排列较为稳固，避免
样品 胶体 1 胶体 2 胶体 3 胶体 4 胶体 5
了因为分子的布朗运动造成的氢键断裂，因此，OH –
平均粒径/nm 28.2 29.8 27.7 25.9 26.4 [18]
PDI 0.206 0.251 0.196 0.224 0.253 会被吸附在胶体粒子表面 。当 pH 增大时，意味
–
贮存稳定性/月 12 12 12 12 12 着体系中的 OH 浓度会增大，当胶体粒子表面达到
注：胶体 1~5 为平行制备的样品。 吸附平衡时，单位吸附量会持续增大，因此，胶体
的 Zeta 电位绝对值会随之下降。
图 2 为利用纳米粒度电位仪测得的纳米 CeO 2
胶体的粒径分布图。

图 3 纳米 CeO 2 胶体的 Zeta 电位

Fig. 3 Zeta potential of nano CeO 2 colloids
图 2 纳米 CeO 2 胶体的粒径分布图
Fig. 2 Particle size distribution of nano CeO 2 colloids 2.3 纳米 CeO 2 的 XRD 分析
图 4 为纳米 CeO 2 胶体干燥后的 XRD 谱图。
从图 2 可以看出，纳米 CeO 2 胶体胶粒的粒径分

布范围为 10~40 nm，粒径分布较窄，平均粒径为
28.2 nm。这是因为，当 PVA 加入到反应体系中，体
系的酸性会增加，胶体粒子吸附了 PVA 分子中的
+
H 会带正电，由于正负电荷之间库仑力的作用，带
正电的胶体粒子可以吸引带负电的 PVA 的长链分
子，空间位阻作用又会使胶粒与胶粒形成隔离带，
难以聚集 [16] 。因此，吸附了 PVA 分子的胶体粒子可
以均匀地生长，降低粒子尺寸，使纳米粒子得以稳
定，保持较好的分散性，提高胶体的稳定性。纳米

CeO 2 胶体的粒径测试和贮存结果表明，以 PVA 为
图 4 纳米 CeO 2 胶体干燥后的 XRD 谱图
分散剂，可以获得粒径分布较窄、长时间稳定贮存 Fig. 4 XRD pattern of nano CeO 2 colloids after drying
的纳米 CeO 2 胶体。
从图 4 可以看出，样品在 2θ = 28.55°、33.08°、
图 3 为采用纳米粒度电位仪测得的纳米 CeO 2
胶体的 Zeta 电位。从图 3 可以看出，纳米 CeO 2 胶 47.47°、56.33°、59.08°、69.40°、76.69°和 79.06°
体在酸性条件下 Zeta 电位绝对值较小，而随着碱性 处出现的衍射峰分别对应(111)、(200)、(220)、(311)、
的增强，其绝对值逐渐增大，直至达到负的极值点 (222)、(400)、(331)和(420)晶面，结合 JCPDS No.
后略有下降。由此可见，在其他条件相同的情况下， 34-0394 标准立方 CeO 2 的 XRD 谱图，二者峰型相
碱性环境更有利于胶体体系的稳定。这是由于 Zeta 匹配，没有其他杂峰，说明产物具有较高的纯度，
电位的绝对值<30 mV 时，胶粒间的静电斥力较小， 为含有萤石结构的 CeO 2 晶体 [19] 。根据 X 射线衍射
不足以对抗胶粒间的范德华力，因此，造成粒子聚 理论，在晶粒尺寸<100 nm 时，随着晶粒尺寸的变