常溫下製備球形超細鎳粉的方法

2023-05-05 09:47:06 1

專利名稱：常溫下製備球形超細鎳粉的方法
技術領域：
本發明屬於功能粉體材料製備技術領域，涉及一種製備球形超細鎳粉的方法。
背景技術：
超細鎳粉具有表面活性高、比表面積大、導電性好等特點，在催化劑、電池材料、粉末冶金、多層陶瓷電容器等領域均顯示出良好的性能，得到了廣泛的應用，市場需求增長很快。目前超細鎳粉的生產方法主要有電解法、羰基鎳熱分解法、氣相氫還原法、蒸發一冷凝法、溶液還原法等方法。但這些方法都存在著成本高或不易實現工業化等問題，尤其目前國內超細鎳粉生產工業還比較落後，產品質量和數量都不能滿足日益增長的工業需求，高尖產品缺少，造成國內市場供需矛盾十分突出，大部分只能依靠進口。 液相還原法可製備形貌、粒度可控以及其他各方面性能指標較好的超細鎳粉，並且所需設備簡單，操作容易，易於實現工業化。因此該法逐漸引起了廣大科學工作者的重視。發明專利CN01144702.8採用水合肼做還原劑，添加硼氫化鉀做輔助還原劑，在50 80°C反應即製得納米金屬鎳粉。文獻一種具有特殊形貌的超細鎳粉製備研究以NiCl2為主要原料，水合肼為還原劑，PVP為保護劑，在超聲波作用下首次成功地製備了類球狀、面心立方晶體結構的超細鎳粉，鎳粉粒徑在0. I 0. 7m之間，但球表面長刺，相應的刺長在20 250nm之間，刺直徑在20 80nm之間。文獻Preparation of submicron nickel powders by microwave-assistedhydrothermal method]以NiCl2 6H20為原料，以水合肼做還原劑，採用氫氧化鈉和碳酸鈉調節溶液的PH值為12，在醇水體系中，以傳統和微波加熱的方法加熱，製備了球形的超細鎳粉。文獻液相還原法製備超細球形鎳粉採用NiSO4 5H20為原料，利用NaOH調節溶液的PH值並形成Ni (OH)2，還原劑採用N2H4 H2O,還原過程中加入晶核引發劑及表面活性齊U，製備出了振實密度高達3. 0以上、質量中位徑為IMffl的球形鎳粉。發明專利CN200710120159. 7，公開以水合肼為還原劑，在不引入其它鹼性物質的條件下，通過溶劑熱反應製得金屬鎳粉。日本專利(公開特許公報(A).平3257106. 1991. 11. 15)曾介紹用水合肼或含水合肼的混合還原劑還原鎳鹽製備鎳粉，該法反應速度較快，但顆粒形狀不規則，團聚嚴重，很難製得亞微米級鎳粉。但是在常溫下製備出表面光滑、球形度較好的超細鎳粉的報導尚未見報導，也沒有相關發明專利的申請
發明內容
為解決現有技術無法在常溫下製備出表面光滑、球形度較好的超細鎳粉的問題，本發明提供一種常溫下製備球形超細鎳粉的方法，其技術方案如下
常溫下製備球形超細鎳粉的方法，包括以下步驟
(1)在2(T25°C的溫度下，向二價鎳鹽的水溶液中邊攪拌邊加入表面活性劑，製備得鎳鹽活性溶液；
(2)在2(T25°C的溫度下，向肼或水合肼中加入鹼溶液，調節溶液的pH值為12 14，製備得鹼性還原劑；
(3)在2(T25°C的溫度下，強力機械攪拌的條件下，將步驟(I)製備的鎳鹽活性溶液緩慢加入步驟(2)製備的鹼性還原劑中，反應30分鐘，得到具有固相和液相的反應混合物；
(4)將上述具有固相和液相的反應混合物在2(T25°C的溫度下，經抽濾，得到的固體用 去離子水洗至中性，再用丙酮清洗3次，然後放於60°C烘箱中烘乾，製得球形超細鎳粉。作為本發明方法的優先方案，上述方案還可作如下設計
所述步驟(I)中的鎳鹽在水溶液中的濃度為0. 2 lmol/L，表面活性劑在水溶液中的的質量百分比濃度為廣2%;
所述步驟(2)中的鹼在溶液中的濃度為0. 5^2mol/L ；
所述步驟(3)中的肼或水合肼的摩爾濃度與鎳離子的摩爾濃度之比，也就是[肼或水合肼]/[Ni2+] =2. 2 6: I。作為本發明方法的進一步優先方案
所述步驟(I)中的二價鎳鹽為硫酸鎳或氯化鎳或硝酸鎳。作為本發明方法的更進一步優先方案
所述步驟(2)中的水合肼中肼質量百分含量為80%。作為本發明方法的更進一步優先方案
所述步驟(I)中的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、烷基酚聚氧乙烯醚、檸檬酸鈉、聚乙二醇中的一種或兩種以上的混合物。作為本發明方法的更進一步優先方案
所述步驟(2)中的鹼為氫氧化鈉或氫氧化鉀；
所述步驟(3)中強力攪拌時的攪拌速度為150(T2000r/min。本發明方法製備超細鎳粉的反應的溫度條件為常溫，反應結束後為了便於生產化以及防止超細鎳粉由於放置時間過長引起一些性能的改變，所以採用將鎳粉置於60°C烘箱，使其快速乾燥。本發明的特點是，採用二價鎳鹽溶液為原料，肼或水合肼為還原劑，在常溫條件下，向二價鎳鹽溶液中加入表面活性劑；將鹼溶液與肼或水合肼混合，調節溶液的PH值達到12 14 ;將鎳鹽溶液滴加入鹼性還原劑溶液中，由於初期溶液鹼性較強，水合肼濃度較高,反應迅速進行，生成大量的鎳晶核，反應生成的鎳又進一步催化反應的進行，使反應在常溫下即可進行，所加表面活性劑又可阻止粉的繼續生長，改善粉的表面性能，從而得到粒度均勻、分布範圍窄、平均粒度在0. 2 3Mm、表面光滑的球形超細鎳粉。本發明方法簡單易行，生產成本低。本發明製備的超細鎳粉具有優良的物理化學性能，如具有很高的比表面活性、體積效應、導電性，可以被用於電池材料、多層陶瓷電容器；具有很好的催化性能，可以分散在載液中形成磁流體，是一種優良的磁性材料；具有很好的粘結性質且價格卻相對便宜的鎳超細鎳粉，可以廣泛應用於粉末冶金行業。
具體實施例方式 下面以實例進一步說明本發明的實質內容,但本發明的內容並不限於此。實施例I
本實施例中的工藝過程和步驟如下
在溫度為20°C的條件下，先配製好硫酸鎳溶液，向硫酸鎳溶液中加入表面活性劑；向肼溶液中加入氫氧化鈉溶液，調節溶液的PH值為12。然後將硫酸鎳溶液加入肼溶液中，在機械攪拌速度為1500r/min的條件下反應30min。其中硫酸鎳溶液的濃度為0. 2mol/L,表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮，質量濃度為1%，氫氧化鈉的濃度為0. 5mol/L，[肼]/[Ni2+]=2. 2 I。反應結束，抽濾，用去離子水清洗至中性，再用丙酮清洗3次，然後放於60°C烘箱中烘乾。粉體粒度為30(T500nm，呈類球形。 實施例2
本實施例中的工藝過程和步驟如下
在溫度為25°C的條件下，先配製好硫酸鎳溶液，向硫酸鎳溶液中加入表面活性劑；向肼溶液中加入氫氧化鈉溶液，調節溶液的pH值為14。然後將硫酸鎳溶液加入肼溶液中，在機械攪拌速度為2000r/min的條件下反應30min。其中硫酸鎳溶液的濃度為lmol/L,表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮，質量濃度為2%，氫氧化鈉的濃度為2mol/L，[肼]/[Ni2+]=6 :1。反應結束，抽濾，用去離子水清洗至中性，再用丙酮清洗3次，然後放於60°C烘箱中烘乾。粉體粒度為10(T300nm，呈類球形。實施例3
本實施例中的工藝過程和步驟如下
在溫度為22. 5°C的條件下，先配製好硫酸鎳溶液，向硫酸鎳溶液中加入表面活性劑；向肼溶液中加入氫氧化鈉溶液，調節溶液的pH值為13。然後將硫酸鎳溶液加入肼溶液中，在機械攪拌速度為1750r/min的條件下反應30min。其中硫酸鎳溶液的濃度為0. 75mol/L，表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮，質量濃度為I. 5%，氫氧化鈉的濃度為I. 25mol/L,[肼]/[Ni2+] =4. I :1。反應結束，抽濾，用去離子水清洗至中性，再用丙酮清洗3次，然後放於60°C烘箱中烘乾。粉體粒度為20(T300nm，呈類球形。實施例4
將上述步驟中的硫酸鎳用氯化鎳代替，其他分別同實施例I一3。粉體粒度為20(T500nm，呈類球形。實施例5
將上述步驟中的硫酸鎳用硝酸鎳代替，其他分別同實施例I一3。粉體粒度為20(T500nm，呈類球形。實施例6
將上述步驟中的還原劑肼用水合肼代替，其他分別同實施例I一5。粉體粒度為20(T600nm，呈類球形。實施例7
將上述步驟中的表面活化劑聚乙烯吡咯烷酮用烷基酚聚氧乙烯醚代替，其他分別同實施例I一6。粉體粒度為20(T500nm，呈類球形。
實施例8
將上述步驟中的表面活化劑聚乙烯吡咯烷酮用檸檬酸鈉代替，其他分別同實施例I一6。粉體粒度為20(T500nm，呈類球形。
實施例9將上述步驟中的表面活化劑聚乙烯吡咯烷酮用聚乙二醇代替，其他分別同實施例I一6。粉體粒度為20(T400nm，呈類球形。
實施例10將上述步驟中的表面活化劑聚乙烯吡咯烷酮用聚乙烯吡咯烷酮和烷基酚聚氧乙烯醚代替，其他分別同實施例I一6。粉體粒度為20(T400nm，呈類球形。
實施例11 將上述步驟中的表面活化劑聚乙烯吡咯烷酮用聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇代替，其他分別同實施例I一6。粉體粒度為20(T400nm，呈類球形。
實施例12將上述步驟中的表面活化劑聚乙烯吡咯烷酮用檸檬酸鈉、烷基酚聚氧乙烯醚和聚乙二醇代替，其他分別同實施例I一6。粉體粒度為20(T300nm，呈類球形。實施例13
將上述步驟中的氫氧化鈉用氫氧化鉀代替，其他分別同實施例I一 12。粉體粒度為20(T500nm，呈類球形。
權利要求
1.常溫下製備球形超細鎳粉的方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)在2(T25°C的溫度下，向二價鎳鹽的水溶液中邊攪拌邊加入表面活性劑，製備得鎳鹽活性溶液； (2)在2(T25°C的溫度下，向肼或水合肼中加入鹼溶液，調節溶液的pH值為12 14，製備得鹼性還原劑； (3)在2(T25°C的溫度下，強力機械攪拌的條件下，將步驟(I)製備的鎳鹽活性溶液緩慢加入步驟(2)製備的鹼性還原劑中，反應30分鐘，得到具有固相和液相的反應混合物； (4)將上述具有固相和液相的反應混合物在2(T25°C的溫度下，經抽濾，得到的固體用去離子水洗至中性，再用丙酮清洗3次，然後放於60°C烘箱中烘乾，製得球形超細鎳粉。
2.根據權利要求I所述的常溫下製備球形超細鎳粉的方法，其特徵在於 所述步驟(I)中的鎳鹽在水溶液中的濃度為O. 2 lmol/L，表面活性劑在水溶液中的的質量百分比濃度為廣2%; 所述步驟(2)中的鹼在溶液中的濃度為O. 5^2mol/L ； 所述步驟(3)中的肼或水合肼的摩爾濃度與鎳離子的摩爾濃度之比為2. 2飛1。
3.根據權利要求I或2所述的常溫下製備球形超細鎳粉的方法，其特徵在於 所述步驟(I)中的二價鎳鹽為硫酸鎳或氯化鎳或硝酸鎳。
4.根據權利要求3所述的常溫下製備球形超細鎳粉的方法，其特徵在於 所述步驟(2)中的水合肼中肼質量百分含量為80%。
5.根據權利要求4所述的常溫下製備球形超細鎳粉的方法，其特徵在於 所述步驟(I)中的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、烷基酚聚氧乙烯醚、檸檬酸鈉、聚乙二醇中的一種或兩種以上的混合物。
6.根據權利要求5所述的常溫下製備球形超細鎳粉的方法，其特徵在於 所述步驟(2)中的鹼為氫氧化鈉或氫氧化鉀； 所述步驟(3)中強力攪拌時的攪拌速度為150(T2000r/min。
全文摘要
常溫下製備球形超細鎳粉的方法，屬於功能粉體材料製備技術領域，解決了現有技術無法在常溫下製備超細鎳粉的問題，包括(1)20~25℃溫度下向二價鎳鹽的水溶液中加入表面活性劑，製得鎳鹽活性溶液；(2)20~25℃溫度下向肼或水合肼中加入鹼溶液，調節pH值為12~14，製得鹼性還原劑；(3)在20~25℃溫度、強力攪拌下，將鎳鹽活性溶液緩慢加入鹼性還原劑中，反應30分鐘，得到反應混合物；(4)將反應混合物在20~25℃溫度下經抽濾，得到的固體用去離子水洗至中性，再用丙酮清洗3次，然後放於60℃烘箱中烘乾，製得球形超細鎳粉。本發明常溫下即可製得球形超細鎳粉，成本低，操作方便。
文檔編號B22F9/24GK102962470SQ201210437868
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者王敏, 譚寧, 黃峰 申請人:昆明舒揚科技有限公司