硝酸铈(Ⅳ)性质、用途与生产工艺
硝酸铈为化学物质，助燃，具刺激性，无色或浅红色三斜系晶体易潮解，有毒，可与碱反应。
熔点150℃(失去3分子结晶水)。极易溶于水，溶于乙醇、酸、丙酮。用硫酸干燥可失去结晶水，风化可使其失去二个半分子结晶水;200℃即分解为二氧化铈，可与碱反应。用途：可用于分离铈与其他稀土金属，作磷酸酯水解的催化剂用作光谱分析试剂，镧、镨、钕的测定; 氧化剂、催化剂、医药和制造煤气灯纱罩的原料。
制法：将硫酸铈与硝酸钡反应，或由氧化铈或草酸铈与硝酸反应，再加过氧化氢作还原剂而得。
（1）高纯、洁净硝酸铈的制备：
得到的优化的工艺条件是: 用硝酸调节控制硝酸铈溶液的酸度为pH 为1，加热浓缩使溶液的温度为115 ℃，然后陈化1 h，在室温下搅拌冷却析晶; 析晶完全后，静置、过滤、洗涤，完成了超低杂质高纯、
洁净硝酸铈产品制备，其杂质Fe2O3、Al2O3、NiO、ZnO、CuO 和PbO 的含量均小于0． 5 × 10 － 6。同时在保证产品质量的情况下，实现了结晶母液的循环利用。本工艺具有制备方法简单、成本低、收率稳定、产品质量好、无环境污染等特点，应用前景广阔。
图1 洁净硝酸铈晶体的TEM 图
（1） 洪尚坤等研究了硝酸铈添加剂对7075铝合金微弧氧化陶瓷膜特性的影响，将硝酸铈加入磷化液, 将改变铝合金基体与磷化液液-固界面间的初始电位, 进而对整个磷化过程产生影响。磷化膜生成容易, 且成膜速度加快, 磷化完成时间缩短。硝酸铈在铝合金磷化过程中起到了磷化形核作用, 并磷化结晶细化而均匀。磷化膜的主要组成是Zn3(PO4)2•4H2O 和Zn2Fe(PO4)2•4H2O , 硝酸铈并没有构成磷化膜的组成成分。
（2）为进一步提高７０７５铝合金的表面耐磨性，张圣麟等研究了硝酸铈对6061铝合金磷化过程的影响,在硅酸钠、六偏磷酸钠复合电解液中加入不同质量浓度的硝酸铈添加剂，运用微弧氧化技术在其表面原位生长出氧化铝陶瓷膜。采用涂层测厚仪、维氏硬度计、扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、Ｘ射线衍射议（ＸＲＤ）等方法研究了硝酸铈添加剂对陶瓷膜厚度、显微硬度、表面形貌、相组成以及耐磨性的影响。结果表明：陶瓷膜主要由α－Ａｌ２Ｏ３和γ－Ａｌ２Ｏ３两相组成，当硝酸铈质量浓度为０．１２ｇ／Ｌ，陶瓷膜的厚度达到最大，约为１８μｍ；硬度达到最高，约为９１６ＨＶ０．２；致密性最佳；陶瓷膜表现出更好的耐磨性能。
（3）孙华等研究了硝酸铈对Ni-Co-P镀层组织结构和性能的影响，在Ni-Co-P 化学镀液中添加硝酸铈，研究硝酸铈对Ni-Co-P 镀层组织结构和性能的影响。利用扫描电子显微镜、X 射线衍射仪、电化学工作站和显微硬度计，与常规化学镀层进行比较，观察和分析了硝酸铈对化学镀Ni-Co-P 镀速、镀层形貌、结构、硬度和耐蚀性的影响。实验结果表明: 采用添加硝酸铈的镀液施镀后，获得的Ni-Co-P 镀层均匀致密，耐蚀性提高。镀层XＲD 衍射出现尖锐状衍射峰，呈微晶衍射特征。500 ℃热处理后，Ni-Co-P 合金镀层完全转变成晶态，产生硬化相Ni3 P。500 ℃热处理后，镀层硬度明显提高。采用添加硝酸铈的镀液施镀后，化学镀Ni-Co-P的镀速随硝酸铈含量的增加而增加，在0． 15 g•L － 1时镀速达到最大，获得的Ni-Co-P 镀层均匀致密，耐蚀性增加。添加硝酸铈后的镀层XＲD 衍射出现了尖锐状衍射峰，晶化现象更加明显，呈现晶体衍射特征。经过500 ℃热处理后镀层的硬度有明显的提高，最高可达到1300 HV。
（4）林碧兰等研究了硝酸铈处理对磷化膜组织和耐蚀性的影响，为了发挥磷化膜和铈盐膜的优势, 采用硝酸铈前处理或硝酸铈后处理对热镀锌层上的磷化膜进行改进, 通过SEM , EDS ,NSS 和Tafel 极化研究了硝酸铈改进磷化膜的显微组织和耐蚀性, 并与铬酸盐钝化膜进行了比较。结果表明:硝酸铈前处理或后处理改进磷化膜均为含P , O , Ce 和Zn 化合物的复合膜, 基本上克服了单一膜层的缺陷, 使得复合膜的耐蚀性明显增强;硝酸铈后处理改进复合膜的耐蚀性优于铬酸盐钝化膜, 有望成为高毒性铬酸盐钝化膜的替代品。1)硝酸铈前处理改进磷化膜是由P 、O 、Ce 和Zn化合物组成的复合膜, 表面主要是无定形的铈盐膜、一些针状晶体与少量的小裂纹和凹坑。热镀锌钢先磷化、后硝酸铈处理时 P、O 、 Ce 和Zn 化合物填补了磷酸锌晶体的间隙, 在锌层表面形成连续、完整的复合膜。3)硝酸铈前处理或后处理均明显提高了磷化膜的耐蚀性。硝酸铈后处理改进磷化膜的耐蚀性优于铬酸盐钝化膜, 有望成为高毒性铬酸盐钝化膜的替代品。
（5）: 杜云艳等研究了硝酸铈爆轰制备球形纳米CeO2颗粒，以硝酸铈为原料, 利用爆轰合成方法制备了CeO2 纳米粒子。采用XRD 和TEM 对爆轰产物进行了检测和表征, 并考察了尿素和亚硝酸钠对爆轰产物形貌的影响。3 次实验结果表明, 实验所得的CeO2 晶体
均为立方莹石结构, 粒径分别为45、64 、33 nm 。比较发现:混合炸药中加入尿素后, 颗粒外观呈球形;混合炸药加入亚硝酸钠后, 颗粒直径较小。通过3 个对比实验对爆轰合成纳米CeO2 粒子进行了探索性研究。3 个实验均制备出了纳米CeO2粒子。颗粒形貌随添加物的不同而改变。从爆轰法制备CeO2的过程可见, 在产物中并没有产生必须回收的任何化学溶剂、酸碱类, 所以无需像其他合成方法一样对污染物进行回收处理。另外, 这种制备纳米CeO2 的方法生产工序简单、成本低廉, 具有大规模工业应用的前景, 值得深入研究和开发。
图2 纳米CeO2 的TEM 照片
利用六水硝酸铈改性赤泥，焙烧后制得吸附剂，朱丽等研究了吸附剂吸附除磷的影响因素，为赤泥综合利用开辟了新的途径。用六水硝酸铈改性赤泥并处理含磷废水。实验结果表明：当硝酸铈质量分数为 0.45%、焙烧温度为 500 ℃时，制备的吸附剂的吸附性能最好；用该吸附剂处理含磷废水，当初始废水pH 为 3、振荡时间为 80 min 时，废水TP 去除率约为 95%，废水中磷质量浓度为 0.41 mg/L，达到 GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级标准。该吸附剂的吸附过程符合 Langmuir 吸附模型。以六水硝酸铈改性赤泥作为吸附剂，当硝酸铈质量分数为 0.45%、焙烧温度为 500 ℃时，
制备的吸附剂的吸附性能最好；用该吸附剂处理含磷废水，当初始废水 pH 为 3 、振荡时间为 80 min时，废水 TP 去除率约为 95%，废水中磷质量浓度为 0.41 mg/L，达到 GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级标准。b）等温吸附实验结果表明，该吸附剂的吸附行为符合 Langmuir 方程，且平衡吸附量为 8.23 mg/g。
（1）李善评等研究了硝酸铈对污泥胞外多聚物及污泥颗粒化的影响，发现不同质量浓度硝酸铈对活性污泥的比耗氧速率、增长速度、脱氢酶活性及微生物相产生不同程度的影响, 质量浓度为50 mg/ L 时对改善污泥性能有较为明显的作用。以普通活性污泥为接种污泥, 葡萄糖和乙酸钠为碳源, 在两个SBR 反应器内对比污泥颗粒化过程。通过监测EPS 组分、污泥疏水性、MLSS 、SVI 、COD、TN 和TP,发现硝酸铈可以促进污泥颗粒化过程。稳定后的含铈颗粒污泥同时具有脱氮除磷作用, COD、TN、TP 去除率分别达到95 %、80%和85 %。(1)实验结果表明低质量浓度的硝酸铈有利于提高活性污泥的活性, 加快活性污泥的生长, 促进活性污泥絮体的聚集, 高质量浓度的硝酸铈对活性污泥的生长和活性有抑制作用。(2)适宜质量浓度的硝酸铈对微生物的代谢和胞外酶的分泌产生有利于污泥絮体凝聚的影响, 对活性污泥的颗粒化有明显的促进作用, 特别是在污泥颗粒化的第一阶段硝酸铈作用显著, 含铈污泥的颗粒化进程明显快于普通方法培养的污泥, 两反应器内的污泥在形态与密度上有较大区别。硝酸铈不仅加速了活性污泥颗粒化进程还增强了颗粒污泥脱氮、除磷能力。
（2）徐丽珊等研究了硝酸铈对酸雨胁迫下白菜种子萌发的影响，结果表明, 随着酸雨pH 值的下降, 白菜种子发芽率、根长、活力指数、发芽指数递减可能是减弱了种子萌发、幼苗生长时酸雨诱发的自由基反应, 以及对根系生长的促进作用。较低浓度的硝酸铈(如5、10 mg /L)对白菜种子萌发具有促进作用, 但随着硝酸铈浓度的提高(如50 mg /L), 白菜种子萌发受到抑制。酸雨对一定浓度硝酸铈浸种的白菜种子胁迫作用减轻, 表明硝酸铈有缓解酸雨胁迫种子萌发的作用。从初步研究看, 酸雨胁迫将抑制白菜种子的萌发, 降低白菜的产量;较低浓度的硝酸铈能促进白菜种子的萌发, 提高白菜的产量, 也能提高白菜种子对酸雨胁迫的抗性。但是应用硝酸铈溶液对白菜种子浸种来提高白菜的产量及缓解酸雨的作用时, 选择合适的浓度十分重要。
（3）安徽农业科学探讨了不同浓度的稀土化合物硝酸铈对组培苗的影响, 为稀土化合物硝酸铈在农业上的应用提供参考。将南瓜组培苗培养在含不同浓度硝酸铈的MS培养基上, 通过对组培苗的叶片数、株高、鲜重、叶绿素含量等指标的测试, 来研究稀土化合物硝酸铈对组培苗的影响。当硝酸铈浓度不高于10.0 μg/ml时, 对南瓜组培苗的生长无明显影响, 南瓜组培苗的鲜重和叶绿素a、叶绿素b的含量略有提高, 并且在硝酸铈浓度为10.0 μg/ml时, 叶绿素含量、鲜重、株高均达到最大值;当浓度高于10.0 μg/ml时, 硝酸铈对南瓜组培苗产生毒害作用并随着其浓度的升高而增加;当浓度为200.0 μg/ml时, 3组组培苗全部死亡。可见稀土化合物硝酸铈对组培苗的影响具有浓度依赖性, 低浓度(10.0 μg/ml)有助于组培苗的生长发育, 而高浓度对组培苗有毒害作用。
（4）颜学武等进行了关于硝酸铈减少OH自由基作用的研究，OH 自由基属于活性氧自由基，具有强氧化作用，在生物体内可损伤机体。硝酸铈中稀土离子Ce3+具有变价特性，较容易实现三价与四价之间的转变，并能与OH 自由基反应。本研究利用纳米TiO2 的光催化作用产生OH 自由基，将硝酸铈与TiO2 混合，以DMPO 作为捕捉剂，用电子自旋共振（ESR）的方法证实了在硝酸铈的作用下，纳米TiO2产生的OH 自由基数量大为减少，从而证明硝酸铈可有效清除OH 自由基由于稀土元素Ce 具有变价特性，较容易实现三价与四价之间的转变，可利用此特性来清除氧化性极强的OH 自由基。ESR 实验证实：在硝酸铈的作用下，纳米TiO2 产生的OH 自由基数量大为减少，从而证明硝酸铈可有效清除OH 自由基。
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生产方法
可分别由氢氧化铈溶于稀硝酸和硝酸制得。
硝酸铈(Ⅳ)
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