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WO2001094262A1 - Dispersion colloidale d'un compose de cerium ou d'un compose de cerium et d'au moins un autre element choisi parmi les terres rares et des metaux de transition et comprenant un acide amine - Google Patents

Dispersion colloidale d'un compose de cerium ou d'un compose de cerium et d'au moins un autre element choisi parmi les terres rares et des metaux de transition et comprenant un acide amine Download PDF

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WO2001094262A1
WO2001094262A1 PCT/FR2001/001706 FR0101706W WO0194262A1 WO 2001094262 A1 WO2001094262 A1 WO 2001094262A1 FR 0101706 W FR0101706 W FR 0101706W WO 0194262 A1 WO0194262 A1 WO 0194262A1
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WO
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dispersion
cerium
amino acid
acid
water
Prior art date
Application number
PCT/FR2001/001706
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English (en)
Inventor
Jean-Yves Chane-Ching
Original Assignee
Rhodia Terres Rares
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rhodia Terres Rares filed Critical Rhodia Terres Rares
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Priority to CA002411749A priority patent/CA2411749A1/fr
Priority to AU2001274178A priority patent/AU2001274178A1/en
Priority to EP01940666A priority patent/EP1301435A1/fr
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    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
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    • C10N2050/00—Form in which the lubricant is applied to the material being lubricated
    • C10N2050/01—Emulsions, colloids, or micelles

Definitions

  • the present invention relates to a colloidal dispersion of a cerium compound or a cerium compound and at least one other element chosen from rare earths and transition metals and comprising an amino acid.
  • Cerium soils especially tetravalent cerium soils, are well known. Furthermore, cerium soils in combination with another element can be of great interest, for example for cosmetic applications, such as anti-UV, optics or in the field of phosphors.
  • the colloidal dispersion according to the invention is a dispersion of a cerium compound or a cerium compound and at least one other element M chosen from titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, aluminum, gallium, zirconium and rare earths other than cerium, and it is characterized in that it comprises an amino acid, this acid being at least partly linked to the constituent particles of the dispersion.
  • colloidal dispersion or sol of a cerium compound, or of a cerium compound and of another abovementioned element designates any system made up of fine solid particles of colloidal dimensions based on d oxide and / or hydrated oxide (hydroxide) of cerium and the other element, in suspension in a liquid phase, said species possibly also containing, possibly, residual quantities of bound or adsorbed ions such as for example acetates, citrates, nitrates, chlorides or ammoniums.
  • the percentage of these ions bound X or possibly X + Y in the case of two ions, expressed in molar ratio X / Ce or (X + Y) / Ce can vary for example between 0.01 and 1.5, more particularly between 0,01 and 1. It will be noted that in such dispersions, the cerium and the other element can be either completely in the form of colloids, or simultaneously in the form of ions or polyions and in the form of colloids.
  • rare earth is meant the elements of the group constituted by Pyttrium and the elements of the periodic classification of atomic number included inclusively between 57 and 71.
  • the main characteristic of the dispersion of the invention is that it comprises an amino acid linked at least in part to the colloidal particles.
  • bound is meant that there is a bond between the amino acid and the particles.
  • This connection can be of different types. It may firstly be a bond by chemical complexation between the acid group of the amino acid in ionized form and a cation present at the surface of the colloidal particle. This connection can also be of electrostatic nature between the ionized COO " pattern of the amino acid and the surface of the colloidal particle of positive charge. Finally, this connection can be made by adsorption between the amino acid and the surface of the particle.
  • bonds can also be demonstrated by different techniques, for example by determination of adsorption curves according to techniques known to those skilled in the art; chemical analyzes of supernatants of centrifugation or ultracentrifugation or by spectroscopic techniques of the Raman or infrared type on colloids separated from their liquid phase by ultracentrifugation.
  • the NH 2 function of the acid is free and thus constitutes a protonizable function improving the colloidal stability of the dispers ion or again, this function, as such, may exhibit chemical reactivity for further processing.
  • the amino acid is present in the dispersion as much as possible in the form bound to the particles which has just been described.
  • at least 50 mol% and even more preferably at least 75 mol% of the amino acid must be present in bound form.
  • the amino acid may more particularly be an aliphatic amino acid. It can in particular be a C 4 -C 10 acid and preferably a C - C 8 acid. It will be noted that the longer the acid chain, the more hydrophobic the colloidal particles which can adversely affect the stability of the dispersion in the case of aqueous dispersions.
  • the total amino acid content in the dispersion is generally between 0.1 and 1 mole of amino acid per 1 mole of cerium.
  • the dispersion can optionally contain cerium in the oxidation state III.
  • the level of cerium III is generally at most 50%. It is expressed here and for the whole description by the atomic ratio Ce III / Ce total.
  • the level of cerium III can more particularly be at most 35%, in particular in the case of a dispersion of cerium and another element M, and very particularly at most 10%. Furthermore, it is preferably at least 0.5%. This rate can more particularly be at least 1% and even more particularly at least 1.5%.
  • the dispersion also contains in this case cerium in the form of cerium IV. The invention also applies of course to the case where all the cerium is present in form IV.
  • the amount of this element is generally at most 50%, preferably at most 20%, this amount being expressed by the ratio moles of element M / sum of moles of element M and cerium.
  • Element M can be present in different oxidation states. The invention obviously applies to dispersions containing several elements M.
  • the dispersions of the invention have a pH value which can vary over a wide range, especially in the high pH range. They may for example have a pH value of between 4 and 8.5. These pH values, close to neutrality, allow interesting applications of the dispersions of the invention.
  • the dispersions of the invention are particularly pure in nitrate anions. More specifically, the content of nitrates anions in the dispersions of this variant, measured by the content of nitrates anions by weight of the colloidal particles is less than 80ppm.
  • the dispersions of the invention can also be pure as regards their content of chloride ions.
  • the dispersion of the invention can have a concentration of at least 50 g / l.
  • This concentration is expressed as oxide and taking into account the sum of cerium oxides and, where appropriate, the other or others of the foregoing.
  • This concentration can more particularly be at least 80 g / l.
  • the sizes of the colloidal particles which constitute the soils of the invention are also liable to vary over a wide range.
  • the particles can have an average diameter of between 2 and 80 nm, more particularly between 3 and 50 nm. This diameter is determined by photometric counting from an analysis by METHR (High Resolution Transmission Electron Microscopy).
  • the dispersions according to the invention can be aqueous dispersions, the continuous phase being water, or dispersions in a continuous phase which can be constituted by a water / organic solvent mixture miscible with water or alternatively dispersions in an organic solvent miscible with water.
  • solvents that may be mentioned are alcohols such as methanol or ethanol, glycols such as ethylene glycol, acetate derivatives of glycols such as ethylene glycol monoacetate, glycol ethers, polyols or ketones.
  • This process essentially consists in adding an amino acid to a starting colloidal dispersion of a cerium compound or a cerium compound and at least one other element M mentioned above.
  • the amino acid can be added in solid form or in solution.
  • the amount of amino acid added is adjusted according to the size of the colloidal particles and therefore their specific surface. The larger this area, the greater the amount of amino acid to be added to have a high level of acid in bound form.
  • an amount of 2 to 8 will be targeted, more particularly from 2 to 5 amino acid molecules per nm 2 of surface of colloidal particles.
  • any suitable colloidal dispersion can be used as the starting dispersion. Mention may thus be made, as suitable dispersions, of those described or obtained by the methods described in patent applications EP-A-206906, EP-A-208580, EP-A-208581, EP-A-239477 and EP-A-700870. It is possible to use very particularly the colloidal dispersions obtained by thermohydrolysis of an aqueous solution of a cerium IV salt such as a nitrate, in an acid medium in particular. Such a process is described in European patent applications EP-A-239477 or EP-A-208580.
  • This process for the preparation of dispersions based on cerium and on an element M comprises a first step in which a mixture of at least one salt of cerium with at least one salt of an element M is reacted with a base.
  • dispersions containing cerium III it is possible in particular to start from a cerium III salt or from a mixture comprising a cerium IV salt in addition to the cerium III salt.
  • cerium III salts it is possible to use more particularly cerium III acetate, chloride or nitrate as well as mixtures of these salts such as mixed acetate / chloride.
  • cerium IV cerium IV nitrate can be used and for the other elements chlorides and nitrates in particular. Salts of the same type can be used for the other element or elements M.
  • products of the hydroxide type can be used in particular.
  • the reaction of the cerium salt with the base takes place in the presence of an acid.
  • acids which can be used there may be mentioned the mineral acids and more particularly those corresponding to the cerium salts, in particular of cerium III, used in the reaction. Mention may in particular be made of acetic acid, nitric acid or hydrochloric acid. It should be noted that the acid can also be provided by the solution of a salt in which it is incorporated. For example, an acidic titanium chloride solution such as TiOCI 2 , 2HCI can be used as the starting solution.
  • the amount of acid present or used during the reaction is such that the atomic ratio H7 (Ce + M) is greater than 0.1, preferably 0.25.
  • the reaction of the base with the salts can be carried out continuously, by this is meant a simultaneous addition of the reactants to the reaction medium.
  • the pH of the reaction medium is usually between 7.5 and 9.5. It is possible to work under conditions such that the pH of the reaction medium is kept constant during the reaction.
  • a precipitate is obtained at the end of the above-mentioned reaction. This precipitate can be separated from the liquid medium by any known method, for example by centrifugation. The precipitate thus obtained can then be resuspended in water so as to give the dispersion of the invention.
  • the concentration of cerium in the dispersion thus obtained is generally between 0.005M and 2M, preferably between 0.05M and 0.25M.
  • the precipitate resulting from the reaction can be washed.
  • This washing can be done by putting the precipitate back into water and then, after stirring, by separating the solid from the liquid medium by centrifugation for example. This can be repeated several times if necessary.
  • the dispersion obtained after resuspension in water can be purified and / or concentrated by ultrafiltration.
  • Washing and ultrafiltration can be carried out in air or in an atmosphere of air and nitrogen or even under nitrogen.
  • the atmosphere under which these operations take place plays a role in the transformation of cerium III into cerium IV.
  • This oxidizing treatment can be done in two ways for example.
  • a first way is to keep the dispersion under stirring and in air, and this for a period which can vary from 3 to 20 hours for example.
  • the second way is to. add oxygenated water to the dispersion.
  • the amount of hydrogen peroxide added is adjusted so as to obtain in the final dispersion the ratio Ce III / Ce total given above.
  • This oxidation with addition of hydrogen peroxide is preferably carried out after stirring the dispersion in air for a period greater than 2 hours.
  • the duration of the addition of hydrogen peroxide can be between 30 min and 6 hours.
  • the process which has just been described above for the preparation of a dispersion of cerium and of another element M can be used in the case of the preparation of a dispersion of cerium alone and in which the cerium can be partly in Ce form III.
  • the first step of the process consists in reacting the base with only a cerium III salt and in the presence of an acid. Everything that has been described elsewhere for the process also applies in this case; the amount of acid, measured here by the H + / Ce ratio, verifying the values given above.
  • This process makes it possible, both for a starting dispersion of cerium alone and for that of a starting dispersion of cerium and of another element M, to obtain soils having a conductivity of at most 5 mS / cm, which is characteristic of a high purity, and a nitrate content of less than 80 ppm.
  • this process involves the formation of a precipitate which is then redispersed in water to give the starting dispersion. It can be noted that it is possible to add the amino acid at the same time as water is added to redisperse the precipitate. This procedure makes it possible to obtain concentrated dispersions directly without going through a concentration step, for example by ultrafiltration.
  • anionic resins are used.
  • this type of resins of those with a backbone of styrene-divinylbenzene copolymers.
  • Use may more particularly be made of those having quaternary ammonium, OH "functional groups.
  • anionic resins which can be used are Amberlite IRN 78® or Duolite A 101® resins.
  • the resin treatment is carried out in any suitable manner.
  • the resins can be brought into direct contact with the colloidal dispersion.
  • the quantity of anionic resin to be used is defined by the pH which it is desired to reach.
  • One of the advantages of the dispersions of the invention is the possibility of obtaining a dispersion at high pH by treatment with an anionic resin whose duration or number of steps are reduced.
  • this dispersion can be prepared from an aqueous dispersion as obtained by the methods described above and by addition of the organic solvent to this dispersion aqueous then distillation to remove the water or treatment with an ultrafiltration membrane for the progressive removal of the water.
  • the dispersions of the invention also allow access to redispersible compositions in the form of colloidal dispersions.
  • a dispersion according to the invention is subjected to evaporation, centrifugation, ultrafiltration or osmotic compression.
  • Osmotic compression is a known method, the principle of which is to balance the chemical potential of water through a membrane.
  • a dialysis bag for example made of cellulosic material
  • This bag being placed in an aqueous solution whose chemical potential of water is different from that of the aqueous phase of the dispersion.
  • This can be done, for example, using an aqueous solution of polyethylene glycol (PEG) or else dextran.
  • PEG polyethylene glycol
  • dextran dextran
  • Evaporation, centrifugation and ultrafiltration can be done using any suitable device.
  • the dispersion is dried by stoving at low temperature, preferably at a temperature below 50 ° C, or by using a rotavapor, the drying being moreover preferably carried out on dispersions after purification of the free amino acid. , unbound.
  • the treatments which have just been mentioned are carried out alone or in combination and make it possible to pass continuously from a colloidal dispersion to a gel or paste and then to a powder. This paste or powder can optionally be dried.
  • a redispersible composition is thus obtained in the form of a colloidal dispersion, which comprises particles based on cerium or cerium and on an element M as defined above and an amino acid at least partly linked to these particles.
  • the cerium and the other element can be in the form of oxide and / or hydrated oxide (hydroxide).
  • the other characteristics described above in particular with regard to the amino acid and its bond with the particles or with regard to the element M also apply to this composition.
  • the composition can be in the form of a gel, a paste or a powder. This composition can be redispersed in a liquid medium and a colloidal dispersion identical to the colloidal dispersion of the invention described above is thus obtained.
  • the dispersions of the invention can be used in many applications. Mention may be made of catalysis, especially for automotive post combustion, in which case the dispersions are used in the preparation of catalysts.
  • the dispersions can also be used for lubrication, in ceramics, in the manufacture of phosphor compounds or in optics.
  • the dispersions can also be used for their anti-UV properties, for example in the preparation of polymer films (of the acrylic or polycarbonate type for example) or of cosmetic compositions in particular in the preparation of anti-UV creams. Finally, they can be used on a substrate as anticorrosion agents.
  • a colloidal dispersion of Ce ⁇ 2 with a colloid diameter of 5 nm is obtained by adding 1400 g of demineralized water to 460 g of cerium compound obtained by thermohydrolysis at 100 ° C of a ceric nitrate solution previously preneutralized and according to the method of the type described in Example 1 of patent application EP 208580. The whole is stirred.
  • the CeO 2 concentration in the dispersion is 1M.
  • a solution A is obtained, obtained by dissolving 39.3 g of 6-aminocaproic acid (i.e. 0.3 moles of amino acid, with a molecular mass of 131.2 g) in demineralized water, made up to 150 cm 3 .
  • Solution A is added at room temperature, at a constant flow rate, for one hour, to 1000 ml of the colloidal dispersion of CeO 2 described above, stirred.
  • the dispersion is left under agitation for 2 hours.
  • 40 g of wet anionic resin, of the Amberlite IRN 78 Prolabo brand are added in forty minutes.
  • the product is filtered on a frit under a primary vacuum.
  • the pH of the dispersion is 4 and the equivalent concentration of CeO 2 , determined by steaming and calcination of an aliquot, is 0.98 M.
  • An aqueous colloidal dispersion of CeO 2 , free of nitrate ions, is prepared as follows.
  • the precipitation of the solid is carried out in a continuous assembly comprising:
  • the precipitate is separated from the mother liquors by centrifugation at 4500 rpm for 10 min. On an aliquot, by calcination at 1000 ° C., a CeO 2 percentage of the precipitate of 23.4% in CeO 2 oxide is determined.
  • the precipitate is dispersed by adding demineralized water to obtain a 0.25M Ce dispersion.
  • the mixture is stirred for 15 min. Centrifuge again. Two successive operations are thus carried out.
  • 100 ml of the 0.25 M Ce dispersion are diluted to 300 ml with demineralized water. Up to 100 ml are concentrated by ultrafiltration on 3 KD membranes. Three ultrafiltrations are thus carried out so as to obtain a colloidal dispersion having a clear appearance and at 0.12 M of Ce.
  • the pH of the dispersion is 3.5.
  • the NO 3 content is less than 80 ppm.
  • the ratio Ce III / Ce total is 1.9% and the conductivity of the dispersion is 0.9 mS / cm.
  • the size of the colloids is 3nm.
  • Example 3 An aqueous colloidal dispersion of cerium and lanthanum particles is obtained as follows.
  • a solution A is obtained by adding to water, with stirring, 525.6 g of Ce (CH 3 COO) 3 at 49.3% in CeO 2 and making up to 3000 ml.
  • a solution B is obtained by adding 135 g of lanthanum acetate at 46.4% in La which is made up to 750 ml.
  • a solid residue is separated by centrifugation at 4500 rpm for 10 min. Add solution B to solution A, then pour in 214.8 cc of 17.5 M acetic acid solution.
  • Precipitation is then carried out in a continuous assembly comprising: a one-liter reactor equipped with a paddle stirrer, with a base of the water tank, and a control electrode
  • the pH of the reaction medium is pH 8.5 for the entire duration of the reaction.
  • a precipitate is obtained which is separated by centrifugation at 4500 rpm for 10 minutes, the solid product is redispersed in demineralized water. We recentrifuge again.
  • the precipitate is evaluated at 34% as cerium and lanthanum oxide.
  • the precipitate is dispersed by adding demineralized water to obtain a 0.15 M dispersion in Ce and La.
  • the mixture is stirred for 15 min. Centrifuge again. Two successive operations are thus carried out.
  • the dispersion is then stirred under an atmosphere of air overnight.
  • 100ml of the 0.15M Ce and La dispersion are diluted to 300ml with water demineralized.
  • By ultrafiltration on 3 KD membranes up to 100 ml are concentrated. Three ultrafiltrations are thus carried out so as to obtain a dispersion at 0.08M in CeO 2 and La.
  • the pH is 4.1.
  • the concentration of nitrate ions in the colloidal dispersion is less than 80 ppm.
  • TEM cryometry particles of about 3 to 4 nm size are observed.
  • the pH is 4.6. 4 cm 3 of 0.1 M NH 4 OH are added at a constant flow rate over a period of 8 min.
  • the pH is 7.
  • the dispersion remains stable over a period of at least 1 month.
  • Example 4 An aqueous colloidal dispersion of cerium and aluminum particles is obtained as follows.
  • the precipitation of the solid is carried out in the continuous assembly described in Example 2.
  • a precipitate is obtained which is separated by centrifugation.
  • the precipitate is dispersed by adding demineralized water to obtain a 0.25 M Ce and Al dispersion.
  • the mixture is stirred for 15 min. Centrifuge again. Two successive operations are thus carried out.
  • the cerium III content of the dispersion is 60%.
  • the dispersion is then stirred under an atmosphere of air overnight. At the end of this treatment, the cerium III content is 31%.
  • 100 ml of the 0.25 M Ce and Al dispersion are diluted to 300 ml with demineralized water. Up to 100 ml are concentrated by ultrafiltration on 3 KD membranes. Three ultrafiltrations are thus carried out so as to obtain a dispersion at 0.68 M in CeO 2 -AIO ⁇ , 5 .
  • the pH of the dispersion is 4.2.
  • 0.5 g of 6-aminocaproic acid (3.8 millimoles) is added to a first aliquot of 20 cm 3 of dispersion (13.6 millimoles).
  • the pH of the dispersion is 4.5.
  • An aqueous colloidal dispersion of cerium and titanium particles is obtained in the following manner. 562.8 g of Ce (CH 3 COO) 3 at 49.3% in CeO 2 are added with stirring
  • the precipitation of the solid is carried out continuously in the assembly described in Example 1.
  • the pH of the reaction medium is 8.5 throughout the duration of the reaction.
  • a precipitate is obtained which is separated by centrifugation.
  • the precipitate contains 15% of cerium and titanium oxide.
  • the precipitate is dispersed by adding demineralized water to obtain a 0.12 M dispersion in Ce and Ti.
  • the mixture is stirred for 15 min. Centrifuge again. Two successive operations are thus carried out.
  • the cerium III content of the dispersion is 60%.
  • the dispersion is then stirred under an atmosphere of air overnight. At the end of this treatment, the cerium III content of the dispersion is 6.5%, the total cerium content is 17.2 g / l.
  • 100 ml of the 0.1 M dispersion in Ce and Ti are diluted to 300 ml with demineralized water.
  • 3 KD membranes By ultrafiltration on 3 KD membranes, up to 100 ml are concentrated. Three ultrafiltrations are thus carried out so as to obtain a dispersion at 0.34 M in CeO 2 -TiO 2 .
  • the pH is 3.8.
  • the nitrate concentration of the colloidal dispersion is less than 80 ppm.
  • TEM cryometry particles of about 3 to 4 nm size are observed.
  • Example 3 The procedure is as in Example 3 until the precipitate evaluated at 34% in cerium and lanthanum oxide is obtained.
  • a colloidal dispersion is obtained at pH 6.2.
  • the CeO 2 - La concentration is 0.4M.
  • the addition of the amino acid simultaneously with the resuspension in water of the precipitate leads to a more concentrated soil than that obtained in the case of Example 3.

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Abstract

La dispersion colloïdale de l'invention est une dispersion d'un composé de cérium ou d'un composé de cérium et d'au moins un autre élément choisi parmi le titane, le vanadium, le chrome, le manganèse, le fer, le cobalt, le nickel, le cuivre, le zinc, l'aluminium, le gallium, le zirconium et les terres rares autres que le cérium, et elle est caractérisée en ce qu'elle comprend un acide aminé, cet acide étant au moins en partie lié aux particules constitutives de la dispersion. Cette dispersion peut être utilisée sur un substrat comme agent anticorrosion, dans la préparation de films de polymères, dans une composition cosmétique, en catalyse notamment pour post combustion automobile, en lubrification ou dans les céramiques.

Description

DISPERSION COLLOÏDALE D'UN COMPOSE DE CERIUM OU D'UN
COMPOSE DE CERIUM ET D'AU MOINS UN AUTRE ELEMENT CHOISI
PARMI LES TERRES RARES ET DES METAUX DE TRANSITION ET
COMPRENANT UN ACIDE AMINE
La présente invention concerne une dispersion colloïdale d'un composé de cerium ou d'un composé de cerium et d'au moins un autre élément choisi parmi les terres rares et des métaux de transition et comprenant un acide aminé.
Les sols de cerium, tout particulièrement les sols de cerium tétravalent, sont bien connus. Par ailleurs, les sols de cerium en combinaison avec un autre élément peuvent présenter un grand intérêt par exemple pour des applications en cosmétique, comme anti-UV, en optique ou dans le domaine des luminophores.
Du fait de leurs nombreuses applications potentielles, on cherche aussi à obtenir des sols fonctionnalisables, c'est à dire des sols qui possèdent une fonction réactive pour un post traitement chimique, ce post traitement pouvant ainsi conférer des propriétés spécifiques aux sols comme la compatibilisation avec des matrices polymériques.
Il est aussi important de pouvoir disposer de dispersions colloïdales ayant des pH peu acides. Or, les procédés connus pour obtenir de telles dispersions, comme par exemple celui décrit dans la demande de brevet EP-A-700870, sont des procédés comprenant un nombre d'étapes relativement Important. Il serait donc intéressant de pouvoir disposer de procédés de mise en œuvre plus simple.
Les dispersions de l'invention répondent aux besoins qui viennent d'être mentionnés ci-dessus.
Dans ce but, la dispersion colloïdale selon l'invention est une dispersion d'un composé de cerium ou d'un composé de cerium et d'au moins un autre élément M choisi parmi le titane, le vanadium, le chrome, le manganèse, le fer, le cobalt, le nickel, le cuivre, le zinc, l'aluminium, le gallium, le zirconium et les terres rares autres que le cerium, et elle est caractérisée en ce qu'elle comprend un acide aminé, cet acide étant au moins en partie lié aux particules constitutives de la dispersion.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront encore plus complètement à la lecture de la description qui va suivre, ainsi que des divers exemples concrets mais non limitatifs destinés à l'illustrer. Pour la suite de la description, l'expression dispersion colloïdale ou sol d'un composé de cerium, ou d'un composé de cerium et d'un autre élément précité, désigne tout système constitué de fines particules solides de dimensions colloïdales à base d'oxyde et/ou d'oxyde hydraté (hydroxyde) de cerium et de l'autre élément, en suspension dans une phase liquide, lesdites espèces pouvant en outre, éventuellement, contenir des quantités résiduelles d'ions liés ou adsorbés tels que par exemple des acétates, des citrates, des nitrates, des chlorures ou des ammoniums. Le pourcentage de ces ions liés X ou éventuellement X+Y dans le cas de deux ions, exprimé en rapport molaire X/Ce ou (X+Y)/Ce peut varier par exemple entre 0,01 et 1 ,5, plus particulièrement entre 0,01 et 1. On notera que dans de telles dispersions, le cerium et l'autre élément peuvent se trouver soit totalement sous la forme de colloïdes, soit simultanément sous la forme d'ions ou de poly-ions et sous la forme de colloïdes. Par terre rare on entend les éléments du groupe constitué par Pyttrium et les éléments de la classification périodique de numéro atomique compris inclusivement entre 57 et 71.
La caractéristique principale de la dispersion de l'invention est qu'elle comprend un acide aminé lié au moins en partie aux particules colloïdales. Par "lié", on entend qu'il existe une liaison entre l'acide aminé et les particules. Cette liaison peut être de différents types. Il peut s'agir tout d'abord d'une liaison par complexation chimique entre le groupement acide de l'acide aminé sous forme ionisée et un cation présent en surface de la particule colloïdale. Cette liaison peut être aussi de nature électrostatique entre le motif COO" ionisé de l'acide aminé et la surface de la particule colloïdale de charge positive. Enfin, cette liaison peut se faire par adsorption entre l'acide aminé et la surface de la particule. On notera que les trois types de liaison donnés ci- dessus peuvent coexister. Ces liaisons peuvent par ailleurs être mises en évidence par différentes techniques par exemple par des déterminations de courbes d'adsorption selon les techniques connus de l'homme du métier; par des analyses chimiques de surnageants de centrifugation ou d'ultracentrifugation ou encore par des techniques spectroscopiques du type Raman ou infrarouge sur des colloïdes séparés de leur phase liquide par ultracentrifugation. Compte tenu de la liaison décrite ci-dessus entre l'acide aminé et les particules, la fonction NH2 de l'acide est libre et constitue ainsi une fonction protonisable améliorant la stabilité colloïdale de la dispersion ou encore, cette fonction, en tant que telle, peut présenter une réactivité chimique pour un traitement ultérieur.
Il est préférable que l'acide aminé soit présent dans la dispersion le plus possible sous la forme liée aux particules qui vient d'être décrite. Ainsi, et de préférence, au moins 50% en moles et encore plus préférentiellement au moins 75% en moles de l'acide aminé doit être présent sous forme liée.
L'acide aminé peut être plus particulièrement un acide aminé aliphatique. Ce peut être notamment un acide en C4-C10 et de préférence un acide en C - C8. On notera que plus la chaîne de l'acide est longue, plus les particules colloïdales deviennent hydrophobes ce qui peut nuire à la stabilité de la dispersion dans le cas des dispersions aqueuses.
La teneur totale en acide aminé dans la dispersion est généralement comprise entre 0,1 et 1 mole d'acide aminé pour 1 mole de cerium.
Une autre caractéristique de la dispersion est qu'elle peut contenir éventuellement du cerium à l'état d'oxydation III. Dans ce cas, le taux de cerium III est généralement d'au plus 50%. Il est exprimé ici et pour l'ensemble de la description par le rapport atomique Ce lll/Ce total. Le taux de cerium III peut être plus particulièrement d'au plus 35%, notamment dans le cas d'une dispersion de cerium et d'un autre élément M, et tout particulièrement d'au plus 10%. Par ailleurs, il est de préférence d'au moins 0,5%. Ce taux peut être plus particulièrement d'au moins 1 % et encore plus particulièrement d'au moins 1 ,5%. La dispersion contient en outre dans ce cas du cerium sous forme cerium IV. L'invention s'applique aussi bien entendu au cas où tout le cerium est présent sous forme IV. Dans le cas d'une dispersion contenant un élément M, la quantité de cet élément est généralement d'au plus 50%, de préférence d'au plus 20%, cette quantité étant exprimée par le rapport moles d'élément M/somme des moles d'élément M et de cerium. L'élément M peut être présent sous différents états d'oxydation. L'invention s'applique bien entendu aux dispersions contenant plusieurs éléments M.
Les dispersions de l'invention présentent une valeur de pH qui peut varier dans une large gamme, notamment dans la gamme des pH élevés. Elles peuvent présenter par exemple une valeur de pH comprise entre 4 et 8,5. Ces valeurs de pH, voisines de la neutralité, permettent des applications intéressantes des dispersions de l'invention.
Selon une autre variante, les dispersions de l'invention sont particulièrement pures en anions nitrates. Plus précisément, la teneur en anions nitrates des dispersions de cette variante, mesurée par la teneur en anions nitrates en poids des particules colloïdales est inférieure à 80ppm. Les dispersions de l'invention peuvent aussi être pures en ce qui concerne leur teneur en ions chlorures.
Selon une autre caractéristique, la dispersion de l'invention peut présenter une concentration d'au moins 50g/l. Cette concentration, est exprimée en oxyde et en prenant en compte la somme des oxydes de cerium et, le cas échéant, de l'autre ou des autres éléments précités. Cette concentration peut être plus particulièrement d'au moins 80g/l.
Les tailles des particules colloïdales qui constituent les sols de l'invention sont aussi susceptibles de varier dans une large gamme. Ainsi, les particules peuvent présenter un diamètre moyen compris notamment entre 2 et 80nm, plus particulièrement entre 3 et 50nm. Ce diamètre est déterminé par comptage photométrique à partir d'une analyse par METHR (Microscopie Electronique par Transmission à Haute Résolution). Enfin, les dispersions selon l'invention peuvent être des dispersions aqueuses, la phase continue étant l'eau, ou des dispersions dans une phase continue qui peut être constituée par un mélange eau/solvant organique miscible à l'eau ou encore des dispersions dans un solvant organique miscible à l'eau. On peut citer comme exemple de solvants, les alcools comme le méthanol ou Péthanol, les glycols comme l'éthylène glycol, les dérivés acétates des glycols comme le monoacétate d'éthylène glycol, les éthers de glycols, les polyols ou les cétones.
Le procédé de préparation des dispersions de l'invention va maintenant être décrit.
Ce procédé consiste essentiellement à ajouter un acide aminé à une dispersion colloïdale de départ d'un composé de cerium ou d'un composé de cerium et d'au moins un autre élément M précité.
L'acide aminé peut être ajouté sous forme solide ou en solution. La quantité d'acide aminé ajouté est ajustée en fonction de la tailles des particules colloïdales et donc de leur surface spécifique. Plus cette surface est importante, plus la quantité d'acide aminé à ajouter sera grande pour avoir un taux important d'acide sous forme liée. On visera de préférence une quantité de 2 à 8, plus particulièrement de 2 à 5 molécules d'acide aminé par nm2 de surface de particules colloïdales.
L'addition de l'acide aminé se fait habituellement à température ambiante, sous agitation. L'agitation peut être maintenue après l'addition. On peut utiliser toute dispersion colloïdale convenable à titre de dispersion de départ. On peut mentionner ainsi comme dispersions adaptées celles décrites ou obtenues par les procédés décrits dans les demandes de brevet EP-A-206906, EP-A-208580, EP-A-208581 , EP-A-239477 et EP-A-700870. On peut utiliser tout particulièrement les dispersions colloïdales obtenues par thermohydrolyse d'une solution aqueuse d'un sel de cerium IV comme un nitrate, en milieu acide notamment. Un tel procédé est décrit dans les demandes de brevet européen EP-A-239477 ou EP-A-208580. Il est possible de partir de dispersions préalablement purifiées ou de dispersions à pH de valeur élevée. Ces dispersions préalablement purifiées avant l'ajout de l'acide aminé ou à pH élevé peuvent avoir été obtenues par traitement par une résine cationique et/ou anionique comme décrit dans la demande de brevet précitée EP-A-700870.
On va décrire ci-dessous un procédé de préparation de sols pouvant contenir du cerium III et/ou un élément M précité et qui peuvent donc être utilisées comme produits de départ pour obtenir des dispersions selon l'invention qui comprendront en outre l'acide aminé.
Ce procédé de préparation des dispersions à base de cerium et d'un élément M comprend une première étape dans laquelle on fait réagir avec une base un mélange d'au moins un sel de cerium avec au moins un sel d'un élément M. Pour les dispersions contenant du cerium III, on peut partir notamment d'un sel de cerium III ou d'un mélange comprenant un sel de cerium IV en plus du sel de cerium III.
Comme sels de cerium III, on peut utiliser plus particulièrement l'acétate, le chlorure ou le nitrate de cerium III ainsi que des mélanges de ces sels comme des mixtes acétate/chlorure. Pour le cerium IV, on peut utiliser le nitrate de cerium IV et pour les autres éléments les chlorures et les nitrates notamment. On peut utiliser des sels du même type pour le ou les autres éléments M. Comme base, on peut utiliser notamment les produits du type hydroxyde.
On peut citer les hydroxydes d'alcalins ou d'alcalino-terreux et l'ammoniaque. On peut aussi utiliser les aminés secondaires, tertiaires ou quaternaires. Toutefois, les aminés et l'ammoniaque peuvent être préférés dans la mesure où ils diminuent les risques de pollution par les cations alcalins ou alcalino- terreux. On peut aussi mentionner l'urée.
Selon une caractéristique particulière de ce procédé, la réaction du sel de cerium avec la base se fait en présence d'un acide. Comme acides susceptibles d'être utilisés, on peut mentionner les acides minéraux et plus particulièrement ceux correspondant aux sels de cerium, notamment de cerium III, utilisés dans la réaction. On peut ainsi citer notamment l'acide acétique, l'acide nitrique ou l'acide chlorhydrique. II faut noter que l'acide peut aussi être apporté par la solution d'un sel dans laquelle il est incorporé. Par exemple, on peut utiliser comme solution de départ une solution de chlorure de titane acide comme TiOCI2, 2HCI.
La quantité d'acide présent ou mis en œuvre lors de la réaction est telle que le rapport atomique H7(Ce+M) soit supérieur à 0,1 , de préférence 0,25. La réaction de la base avec les sels peut se faire en continu, on entend par là une addition simultanée des réactifs dans le milieu réactionnel.
Le pH du milieu réactionnel est habituellement compris entre 7,5 et 9,5. On peut travailler dans des conditions telles que le pH du milieu réactionnel soit maintenu constant pendant la réaction. On obtient à l'issue de la réaction précitée un précipité. Ce précipité peut être séparé du milieu liquide par tout procédé connu par exemple par centrifugation. Le précipité ainsi obtenu peut ensuite être remis en suspension dans l'eau de manière à donner la dispersion de l'invention. La concentration en cerium dans la dispersion ainsi obtenue est généralement comprise entre 0.005M et 2M de préférence entre 0,05M et 0,25 M.
Avantageusement, le précipité issu de la réaction peut être lavé. Ce lavage peut se faire en remettant dans l'eau le précipité puis, après agitation, en séparant le solide du milieu liquide par centrifugation par exemple. Cette opération peut être répétée plusieurs fois si nécessaire. Selon une variante, la dispersion obtenue après remise en suspension dans l'eau peut être purifiée et/ou concentrée par ultrafiltration.
Le lavage et ('ultrafiltration peuvent se faire sous air ou dans une atmosphère d'air et d'azote ou encore sous azote. L'atmosphère sous laquelle se déroulent ces opérations joue un rôle dans la transformation du cerium III en cerium IV.
Après la remise en suspension dans l'eau et après l'éventuelle étape de lavage et, de préférence, avant l'étape de concentration si une concentration est mise en œuvre, il peut être avantageux de réaliser une oxydation de la dispersion; on améliore ainsi la stabilité de la dispersion. Ce traitement oxydant peut se faire de deux manières par exemple.
Une première manière consiste à maintenir la dispersion sous agitation et sous air, et ceci pendant une durée qui peut varier de 3 à 20 heures par exemple. La seconde manière consiste à. ajouter de l'eau oxygénée à la dispersion. La quantité d'eau oxygénée ajoutée est réglée de manière à obtenir dans la dispersion finale le rapport Ce lll/Ce total donné plus haut. Cette oxydation avec addition d'eau oxygénée est réalisée de préférence après une agitation sous air de la dispersion pour une durée supérieure à 2 heures. La durée de l'addition d'eau oxygénée peut être comprise entre 30 min et 6 heures.
Le procédé qui vient d'être décrit ci-dessus pour la préparation d'une dispersion de cerium et d'un autre élément M peut être utilisé dans le cas de la préparation d'une dispersion de cerium seul et dans laquelle le cerium peut être en partie sous forme Ce III. Dans ce cas, la première étape du procédé consiste à faire réagir la base avec seulement un sel de cerium III et en présence d'un acide. Tout ce qui a été décrit par ailleurs pour le procédé s'applique aussi dans ce cas; la quantité d'acide, mesurée ici par le rapport H+/Ce, vérifiant les valeurs données plus haut. Ce procédé permet d'obtenir, tant pour le cas d'une dispersion de départ de cerium seul que pour celui d'une dispersion de départ de cerium et d'un autre élément M, des sols présentant une conductivité d'au plus 5mS/cm, ce qui est caractéristique d'une pureté élevée, et une teneur en nitrate inférieure à 80ppm. Comme on l'a vu plus haut ce procédé passe par la formation d'un précipité qui est ensuite redispersé dans l'eau pour donner la dispersion de départ. On peut noter qu'il est possible d'ajouter l'acide aminé au moment même où l'on ajoute l'eau pour redisperser le précipité. Cette manière de procéder permet d'obtenir directement des dispersions concentrées sans passer par une étape de concentration, par exemple par ultrafiltration.
Après l'ajout de l'acide aminé, il est possible de purifier la dispersion colloïdale de l'acide aminé libre, non lié aux particules colloïdales; cette purification peut être réalisée par exemple par ultrafiltration.
Il est également possible de traiter la dispersion par une résine afin d'augmenter son pH.
On utilise de préférence des résines anioniques fortement basiques. A titre d'exemple, on pourra mentionner pour ce type de résines celles à squelette de copolymères styrène-divinylbenzène. On pourra utiliser plus particulièrement celles présentant des groupes fonctionnels ammonium quaternaire, OH". Des exemples de résines anioniques utilisables sont les résines Amberlite IRN 78® ou Duolite A 101®.
Le traitement par résine se fait de tout manière appropriée. Les résines peuvent être mises en contact direct avec la-,dispersion colloïdale. La quantité de résine anionique à utiliser est définie par le pH que l'on souhaite atteindre.
Un des avantages que présentent les dispersions de l'invention est la possibilité d'obtenir une dispersion à pH élevé par un traitement par une résine anionique dont la durée ou le nombre d'étapes sont réduits.
Il est aussi possible d'augmenter le pH des dispersions de l'invention telles qu'obtenues par les procédés décrits plus haut par addition d'une base comme l'ammoniaque.
Dans le cas d'une dispersion partiellement ou totalement en milieu solvant différent de l'eau, cette dispersion peut être préparée à partir d'une dispersion aqueuse telle qu'obtenue par les procédés décrits plus haut et par addition du solvant organique à cette dispersion aqueuse puis distillation pour éliminer l'eau ou traitement par une membrane d'ultrafiltration pour l'élimination progressive de l'eau. Les dispersions de l'invention permettent aussi d'accéder à des compositions redispersibles sous forme des dispersions colloïdales.
Pour obtenir une telle composition redispersible on fait subir à une dispersion selon l'invention une évaporation, une centrifugation, une ultrafiltration ou une compression osmotique. La compression osmotique est une méthode connu dont le principe consiste à équilibrer le potentiel chimique de l'eau à travers une membrane.
On procède en disposant la dispersion colloïdale dans un sac à dialyse par exemple en matière cellulosique, ce sac étant placé dans une solution aqueuse dont le potentiel chimique de l'eau est différent de celui de la phase aqueuse de la dispersion. Ceci peut se faire par exemple en utilisant une solution aqueuse de polyéthylène glycol (PEG) ou bien de dextran. La concentration en PEG ou en dextran fixe la pression osmotique et donc la concentration finale de la dispersion colloïdale.
L'évaporation, la centrifugation et l'ultrafiltration peuvent se faire en utilisant tout dispositif approprié. Préférentiellement, on sèche la dispersion par étuvage à basse température, de préférence à une température inférieure à 50°C, ou par utilisation d'un rotavapor, le séchage étant par ailleurs réalisé de préférence sur des dispersions après purification de l'acide aminé libre, non lié. Les traitements qui viennent d'être mentionnés sont conduits seuls ou en combinaison et permettent de passer d'une façon continue d'une dispersion colloïdale à un gel ou pâte puis à une poudre. Cette pâte ou cette poudre peut éventuellement être séchée. On obtient ainsi une composition redispersible sous forme d'une dispersion colloïdale, qui comprend des particules à base de cerium ou de cerium et d'un élément M tel que défini plus haut et un acide aminé au moins en partie lié à ces particules. Le cerium et l'autre élément peuvent être sous la forme d'oxyde et/ou d'oxyde hydraté (hydroxyde). Les autres caractéristiques décrites plus haut notamment au sujet de l'acide aminé et de sa liaison avec les particules ou au sujet de l'élément M s'appliquent aussi à cette composition. Comme indiqué précédemment, la composition peut se présenter sous forme d'un gel, d'une pâte ou d'une poudre. Cette composition peut être remise en dispersion dans un milieu liquide et on obtient ainsi une dispersion colloïdale identique à la dispersion colloïdale de l'invention décrite plus haut.
Les dispersions de l'invention peuvent être utilisées dans de nombreuses applications. On peut citer la catalyse notamment pour post combustion automobile, dans ce cas les dispersion sont utilisées dans la préparation de catalyseurs. Les dispersions peuvent aussi être employées pour la lubrification, dans les céramiques, dans la fabrication de composés luminophores ou encore en optique. Les dispersions peuvent aussi être mises en œuvre pour leurs propriétés anti-UV par exemple dans la préparation de films de polymères (du type acrylique ou polycarbonate par exemple) ou de compositions cosmétiques notamment dans la préparation de crèmes anti-UV. Elles peuvent être utilisées enfin sur un substrat en tant qu'agents d'anticorrosion.
Des exemples vont maintenant être donnés.
Exemple 1
Une dispersion colloïdale de Ceθ2 de diamètre de colloïdes de 5 nm est obtenue en réalisant l'addition de 1400 g d'eau déminéralisée à 460 g de composé de cerium obtenue par thermohydrolyse à 100°C d'une solution de nitrate cérique préalablement préneutralisée et selon le procédé du type décrit dans l'exemple 1 de la demande de brevet EP 208580. L'ensemble est mis sous agitation. La concentration en CeO2 de la dispersion est de 1M.
On prépare une solution A obtenue par dissolution de 39,3 g d'acide 6- aminocaproïque (soit 0,3 moles d'acide aminé, de masse moléculaire de 131 ,2 g) dans de l'eau déminéralisée, complétée à 150 cm3. La solution A est ajoutée à température ambiante, à débit constant, pendant une heure, à 1000 ml de la dispersion colloïdale de CeO2 décrite précédemment, mise sous agitation .
La dispersion est laissée sous agitatipn durant 2 heures. A une aliquote de 200 cm3 de dispersion, on ajoute en quarante minutes 40 g de résine anionique humide, de marque Amberlite IRN 78 Prolabo. On filtre le produit sur un fritte sous vide primaire. Le pH de la dispersion est de 4 et la concentration équivalent en CeO2, déterminée par étuvage et calcination d'une aliquote est de 0,98 M.
Exemple 2
Une dispersion colloïdale aqueuse de CeO2, exempte d'ions nitrates est préparée comme suit.
On ajoute dans un bêcher 416,5 g d'acétate de cerium (III) à 49,29% en oxyde CeO2 (soit 1 ,19 mole de Ce), puis 144 g d'acide acétique concentré (soit 2,4 mole de CH3COOH) préalablement dilué par addition de 100 ml d'eau déminéralisée. On met sous agitation. On complète ensuite à 2000ml par de l'eau déminéralisée. L'ensemble est mis sous agitation jusqu'à l'obtention d'une solution limpide à l'œil. Le mélange obtenu présente alors une concentration d'environ 0,5M en Ce et un rapport (H/Ce) molaire de 2.
La précipitation du solide est réalisée dans un montage en continu comprenant:
- un réacteur d'un litre équipé d'un agitateur à pales, avec un pied de cuve initial d'eau et d'une électrode asservie à une pompe régulatrice de pH dont la consigne est fixée à un pH de 8,7;
- deux flacons d'alimentation contenant d'une part, la solution de sel de cerium précédemment décrite et d'autre part, une solution d'ammoniaque 10 N.
Ainsi, 2400 ml de la solution d'acétate de cerium et 2900 ml d'ammoniaque 3 N ont été ajoutés en 270 mn.
Le précipité est séparé des eaux mères par centrifugation à 4500 t/mn durant 10 mn. Sur une aliquote, par calcination à 1000°C, on détermine un pourcentage en CeO2 du précipité de 23,4% en oxyde CeO2.
Le précipité est dispersée par addition d'eau déminéralisée pour obtenir une dispersion à 0,25M en Ce. On met sous agitation 15 mn. On centrifuge de nouveau. Deux opérations successives sont ainsi réalisées.
100 ml de la dispersion à 0,25 M en Ce sont dilués à 300 ml par de l'eau déminéralisée. Par ultrafiltration sur des membranes 3 KD, on concentre jusqu'à 100 ml. Trois ultrafiltrations sont ainsi réalisées de manière à obtenir une dispersion colloïdale présentant un aspect limpide et à 0,12 M de Ce. Le pH de la dispersion est de 3,5. La teneur en NO3 est inférieure à 80 ppm. Le rapport Ce lll/Ce total est de 1 ,9% et la conductivité de la dispersion est de 0,9mS/cm. La taille des colloïdes est de 3nm.
A 20 cm3 de dispersion à 0,12 M en CeO2 ( 2,4 millimoles) de pH, on ajoute 0,188 g g d'acide 6-aminocaproïque (1 ,4 millimoles) et on laisse sous agitation pendant 2 heures. Le pH de la dispersion est pH 4,6.
A la dispersion ainsi obtenue, on ajoute 5 cm3 de NH OH 0,1 M à débit contrôlé en 10 mn. Le pH est de 7.
Exemple 3 Une dispersion colloïdale aqueuse de particules de cerium et de lanthane est obtenue comme suit.
Une solution A est obtenue par addition à de l'eau, sous agitation, de 525,6 g de Ce(CH3COO)3 à 49,3 % en CeO2 et on complète à 3000 ml. Une solution B est obtenue par addition de 135 g d'acétate de lanthane à 46,4% en La que l'on complète à 750 ml. Un résidu solide est séparé par centrifugation à 4500 t/ mn pendant 10 mn. On additionne la solution B à la solution A, puis on verse 214,8 ce de solution d'acide acétique 17,5 M.
On réalise ensuite une précipitation dans un montage en continu comprenant : -un réacteur d'un litre équipé d'un agitateur à pales, avec un pied de cuve d'eau, et d'une électrode de contrôle
-deux flacons d'alimentation contenant d'une part la solution de sels de cerium et de lanthane précédemment décrite et d'autre part, une solution d'ammoniaque 3N. Le débit de la solution d'acétate de cerium et de lanthane est fixé à environ 600ml/h et le débit de la solution d'ammoniaque est de 336 ml/h.
Le pH du milieu réactionnel est de pH 8,5 pendant toute la durée de la réaction.
On obtient un précipité que l'on sépare par centrifugation à 4500 t/mn pendant 10 mn, on redisperse le produit solide dans de l'eau déminéralisée. On recentrifuge à nouveau.
Par calcination à 1000°C, le précipité est évalué à 34 % en oxyde de cerium et de lanthane.
Le précipité est dispersé par addition d'eau déminéralisée pour obtenir une dispersion à 0,15M en Ce et La. On met sous agitation 15 mn. On centrifuge de nouveau. Deux opérations successives sont ainsi réalisées. La dispersion est ensuite mise sous agitation sous atmosphère d'air, une nuit.
100ml de la dispersion à 0,15 M en Ce et La sont dilués à 300ml par de l'eau déminéralisée. Par ultrafiltration sur des membranes 3 KD, on concentre jusqu'à 100ml. Trois ultrafiltrations sont ainsi réalisées de manière à obtenir une dispersion à 0,08M en CeO2 et La. Le pH est de 4,1. La concentration en ions nitrates de la dispersion colloïdale est inférieure à 80 ppm. Par cryométrie MET, on observe des particules de taille d'environ 3 à 4 nm.
A 20 cm3 de cette dispersion (1 ,6 millimole), on réalise l'addition de 0,12 g d'acide 6-aminocaproïque ( 0,9 millimole) et on laisse sous agitation durant 2 heures.
Le pH est de 4,6 On ajoute à débit constant 4 cm3 de NH4OH 0,1 M sur une période de 8 mn.
Le pH est de 7. La dispersion reste stable sur une durée d'au moins 1 mois.
Exemple 4 Une dispersion colloïdale aqueuse de particules de cerium et d'aluminium est obtenue de la manière suivante.
On ajoute sous agitation dans un bêcher 585 g d'acétate de cerium à 49,3% en CeO2 (1 ,67 moles de Ce), 101 g d'AICI3, 9H2O (Mw= 241 g/ mole, 0,42 mole d'AI) et 103 g d'HCI 10 M, et on complète à 3000 ml par de l'eau déminéralisée. Le rapport molaire H+/(Ce+AI) est de 0,5.
La précipitation du solide est réalisée dans le montage en continu décrit à l'exemple 2.
Ainsi, 2440 ml de cette solution d'acétate de cérium-aluminium et 1580 ml d'ammoniaque 3 N ont été ajoutés en 244 mn. Le pH du milieu réactionnel est de 8,5 pendant toute la durée de la réaction.
On obtient un précipité que l'on sépare par centrifugation. Le précipité est dispersé par addition d'eau déminéralisée pour obtenir une dispersion à 0,25 M en Ce et Al. On met sous agitation 15 mn. On centrifuge de nouveau. Deux opérations successives sont ainsi réalisées. La teneur en cerium III de la dispersion est de 60%. La dispersion est ensuite mise sous agitation sous atmosphère d'air, une nuit. A l'issue de ce traitement, la teneur en cerium III est de 31%.
100 ml de la dispersion à 0,25 M en Ce et Al sont dilués à 300 ml par de l'eau déminéralisée. Par ultrafiltration sur des membranes de 3 KD, on concentre jusqu'à 100 ml. Trois ultrafiltrations sont ainsi réalisées de manière à obtenir une dispersion à 0,68 M en CeO2-AIOι,5. Le pH de la dispersion est de 4,2. Sur une première aliquote de 20 cm3 de dispersion ( 13,6 millimoles), on ajoute 0,5 g d'acide 6-aminocaproïque ( 3,8 millimoles). Le pH de la dispersion est de 4,5.
Sur une deuxième aliquote de 20 cm3 de dispersion, on ajoute 1 g d'acide 6-aminocaproïque. Le pH de la dispersion est de 4,7.
Exemple 5
Une dispersion colloïdale aqueuse de particules de cerium et de titane est obtenue de la manière suivante. On ajoute sous agitation 562,8 g de Ce(CH3COO)3 à 49,3% en CeO2
(soit 1 ,6 moles de Ce) et 125 g de TiOCI2) 2HCI à 3,19 mole/Kg de densité 1 ,56 (soit 0,4 moles en TiO2). On complète à 3000ml par de l'eau déminéralisée. Le rapport molaire H+/(Ce+Ti) est de 0,4.
La précipitation du solide est réalisée en continu dans le montage décrit à l'exemple 1.
Le pH du milieu réactionnel est de 8,5 pendant toute la durée de la réaction.
On obtient un précipité que l'on sépare par centrifugation.
Par calcination à 1000°C, on mesure que le précipité contient 15% d'oxyde de cerium et de titane.
Le précipité est dispersée par addition d'eau déminéralisée pour obtenir une dispersion à 0,12 M en Ce et Ti. On met sous agitation 15 mn. On centrifuge de nouveau. Deux opérations successives sont ainsi réalisées. La teneur en cerium III de la dispersion est de 60%. La dispersion est ensuite mise sous agitation sous atmosphère d'air, une nuit. A l'issue de ce traitement, la teneur en cerium III de la dispersion est de 6,5%, la teneur en cerium total est de 17,2g/l.
100ml de la dispersion à 0,1 M en Ce et Ti sont dilués à 300ml par de l'eau déminéralisée. Par ultrafiltration sur des membranes 3 KD, on concentre jusqu'à 100ml. Trois ultrafiltrations sont ainsi réalisées de manière à obtenir une dispersion à 0,34 M en CeO2-TiO2. Le pH est de 3,8. La concentration en nitrate de la dispersion colloïdale est inférieure à 80 ppm. Par cryométrie MET, on observe des particules de taille d'environ 3 à 4 nm.
A une aliquote de 20 cm3 de dispersion( 6,8 millimoles), on ajoute 0,53 g d'acide 6-aminocaproïque (4 millimoles). Le pH de la dispersion est de 4,7
A une aliquote de 10 cm3 de la dispersion ainsi obtenue, on ajoute 6 cm3 de NH4OH 0,1 M en 6 mn. Le pH est de 7. Exemple 6
On procède comme dans l'exemple 3 jusqu'à l'obtention du précipité évalué à 34 % en oxyde de cerium et de lanthane.
10,1 g de ce précipité ( 20 millimoles de Ceθ2-LaOι,5) sont redispersés dans 50 ml d'eau déminéralisée et avec 1,6 g d'acide 6-aminocaproïque ( 12,2 millimoles) . L'ensemble est mis sous agitation à l'air libre pendant une nuit.
On obtient une dispersion colloïdale à pH 6,2. La concentration en CeO2- La est de 0,4M. L'addition de l'acide aminé simultanément à la remise en suspension dans l'eau du précipité conduit à un sol plus concentré que celui obtenu dans le cas de l'exemple 3.

Claims

REVENDICATIONS
1- Dispersion colloïdale d'un composé de cerium ou d'un composé de cerium et d'au moins un autre élément M choisi parmi le titane, le vanadium, le chrome, le manganèse, le fer, le cobalt, le nickel, le cuivre, le zinc, l'aluminium, le gallium, le zirconium et les terres rares autres que le cerium, caractérisée en ce qu'elle comprend un acide aminé, cet acide étant au moins en partie lié aux particules constitutives de la dispersion.
2- Dispersion selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l'acide aminé est un acide aliphatique, plus particulièrement un acide en C4-C10.
3- Dispersion selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins 50% en moles et plus particulièrement au moins 75% en moles de l'acide aminé est présent sous forme liée aux particules.
4- Dispersion selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle contient du cerium III.
5- Dispersion selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente une quantité d'élément M d'au plus 50%, exprimé par le rapport moles d'élément M/somme des moles d'élément M et de cerium.
6- Dispersion selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce la teneur en acide aminé est comprise entre 0,1 et 1 mole d'acide pour 1 mole de cerium.
7- Dispersion selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente un pH compris entre 4 et 8,5.
8- Dispersion selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la phase continue est l'eau.
9- Dispersion selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la phase continue est constituée par un mélange eau/solvant organique miscible à l'eau ou par un solvant organique miscible^à l'eau. 10- Composition redispersible sous forme d'une dispersion colloïdale, caractérisée en ce qu'elle comprend des particules à base de cerium ou de cerium et d'un élément M choisi parmi le titane, le vanadium, le chrome, le manganèse, le fer, le cobalt, le nickel, le cuivre, le zinc, l'aluminium, le gallium, le zirconium et les terres rares autres que le cerium; et un acide aminé au moins en partie lié à ces particules
11- Procédé de préparation d'une dispersion selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on ajoute l'acide aminé à une dispersion colloïdale de départ d'un composé de cerium ou d'un composé de cerium et d'au moins un autre élément M précité.
12- Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce qu'après l'ajout de l'acide on traite la dispersion par une résine.
13- Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que la dispersion de départ a été obtenue par un procédé dans lequel on fait réagir au moins un sel de cerium III, le cas échéant en mélange avec un sel d'un élément M précité, avec une base et en présence d'un acide en quantité telle que le rapport molaire H+/Ce ou H+/(Ce+M) soit supérieur à 0,1 , puis on redisperse dans l'eau le précipité issu de la réaction précédente.
14- Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on ajoute l'acide aminé au moment où l'on redisperse dans l'eau le précipité.
15- Procédé selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que, préalablement à l'ajout de l'acide aminé, on traite la dispersion de départ par une résine.
16- Procédé de préparation d'une composition redispersible selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on part d'une dispersion du type selon l'une des revendications 1 à 9, ou du type obtenu par le procédé selon l'une des revendications 11 à 15, et on fait subir à la dite dispersion une évaporation, une centrifugation, une ultrafiltration ou une compression osmotique.
17- Utilisation d'une dispersion du type selon l'une des revendications 1 à 9 ou du type obtenu par le procédé selon l'une des revendications 11 à 15, sur un substrat comme agent anticorrosion, dans la préparation de films de polymères, dans une composition cosmétique, en catalyse notamment pour post combustion automobile, en lubrification, dans les céramiques, dans la fabrication de composés luminophores ou en optique.
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