一種鈷納米顆粒的製備方法

2023-05-19 06:10:46 4

專利名稱：一種鈷納米顆粒的製備方法
技術領域：
本發明涉及金屬納米顆粒的製備，具體涉及ー種鈷納米顆粒的製備方法。
背景技術：
鈷納米顆粒為一種納米功能金屬材料，具有一系列獨特的物理化學性質，在催化劑、電池材料及硬質合金粘結劑、新型光傳感器材料等眾多領域都有廣泛的應用前景。鈷粉作為粉末冶金中的粘結劑能保證硬質合金有一定的韌性，用納米WC- Co粉體燒結製備的微型鑽頭，在加工印刷電路板時是普通硬質合金鑽頭壽命的3 4倍，不鏽鋼鑽頭的50 倍，最佳切削速度提高0.98 2.74倍，並且抗破損性顯著提高。以納米鈷製成的複合催化劑可使有機物加氫或脫氫反應的效率比傳統鈷催化劑提高十倍。超細納米鈷硬質合金及其塗層刀具、エ模具已顯示出在現代高速切削、少用或不用冷卻液切削、高溫合金、鈦合金、噴塗材料、淬火鋼加工等難加工材料領域的明顯優勢，被逐步應用於現代製造業的各個領域如印刷電路板微鑽、高效精密切削刀具、精密模具、高耐磨零件等領域。目前我國主要用草酸鹽沉澱-煅燒-氫還原法生產鈷粉，該方法得到的鈷粉粒度一般為1.0 3.0 um, 形態呈樹枝狀且粒度分布不均勻，容易伴有夾粗現象，迄今，我國尚不能エ業生產平均粒度 0. 5um以下的超細球形鈷粉。作為世界上最大的鈷生產商，美國OMG公司和比利時UM公司主要採用熱分解法、氧化物還原法和高壓氫還原法三種納米鈷粉製備エ藝，這三種方法對設備要求都很嚴格，尺寸也不容易控制。化學溶液法由於所需設備簡單、原料低廉，而且反應條件要求低，可以大大降低生產成本，如公開號為CN1923415的發明專利，就公開了以水合胼為還原劑，十六烷基三甲基溴化銨為分散穩定劑，在90-200° C、大於1個大氣壓下與鈷鹽水溶液進行反應，得到片狀鈷納米顆粒，此方法得到的鈷納米顆粒平均粒徑較大，一般都為幾十鈉米，還原劑的水合胼毒性較大，影響健康。北京科技大學王志遠等報導了以 CoCl2-BH2O為原料，以NaBH4為還原劑，以三乙醇胺和PVP為絡合剤，在無水乙醇中合成了鈷納米顆粒的研究，此方法得到的鈷納米顆粒平均粒徑也大於lOnm，易產生鈷的硼化物，還原劑NaBH4毒性也較大，生產成本較高，製備過程也較複雜。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供ー種エ藝簡單、成本較低、毒性少、得到的鈷納米顆粒平均粒徑不大於lOnm、分散性好的鈷納米顆粒的製備方法。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種鈷納米顆粒的製備方法，由下述步驟組成
A、將硝酸鈷溶於無水乙醇或無水甲醇或無水丙醇中，攪拌至硝酸鈷完全溶解，配成硝酸鈷濃度為0. 1 0. 6g/L的硝酸鈷溶液待用；
B、將低分子醇胺溶於無水乙醇或無水甲醇或無水丙醇中，攪拌至醇胺完全溶解，配成低分子醇胺濃度為1 9g/L的醇胺溶液待用，所述低分子醇胺為乙醇胺 戊醇胺；
C、將乙烯吡咯烷酮(PVP)溶於無水乙醇或無水甲醇或無水丙醇中，攪拌至乙烯吡咯烷酮完全溶解，配成乙烯吡咯烷酮濃度為1 9g/L的乙烯吡咯烷酮溶液待用；
D、將所述硝酸鈷溶液、醇胺溶液、乙烯吡咯烷酮溶液按體積比2飛1 1均勻混合為反應液，在60、0° C溫度條件下，攪拌反應至反應液的顏色變成穩定的暗黃色，然後攪拌下自然冷卻至室溫，得到鈷納米顆粒膠體溶液；
Ε、將所述鈷納米顆粒膠體溶液濃縮乾燥，得到球狀鈷納米顆粒。所述低分子醇胺為乙醇胺。低分子醇胺作為還原劑，尤其是乙醇胺，毒性很少，省去了以素性較大NaBH4，簡化了生產エ藝，節約了生產成本，且對硝酸鈷還原效果好，生成的鈷粉分散性好，為球狀，粒度細，且生產中。步驟A中所述硝酸鈷溶液中硝酸鈷濃度為0. 4g/L，步驟B中所述醇胺溶液中低分子醇胺濃度為6g/L，步驟C中所述乙烯吡咯烷酮溶液中乙烯吡咯烷酮濃度為4g/L，步驟D 中，所述硝酸鈷溶液、醇胺溶液、乙烯吡咯烷酮溶液的體積比5 1 :1。與現有技術相比，本發明的優點在於ー種鈷納米顆粒的製備方法，以硝酸鈷為原料，以低分子醇胺為還原劑，以乙烯吡咯烷酮為表面活性劑和穩定劑，以無水乙醇或無水甲醇或無水丙醇為溶剤，分別溶解後混合均勻，在6(T80° C溫度條件下，攪拌反應至反應液的顏色變成穩定的暗黃色，自然冷卻至室溫，再濃縮乾燥，得到球狀鈷納米顆粒。本發明的方法生產中毒性很少，生產溫度較低，生產エ藝簡單，設備簡単，生產成本較低，得到的鈷納米顆粒呈球狀，分散性好，平均粒徑不大於lOnm。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進ー步詳細描述。實施例1
將0.04 g硝酸鈷溶於IOOml無水乙醇中，攪拌至硝酸鈷完全溶解，配成硝酸鈷濃度為 0. 4g/L的硝酸鈷溶液待用；將0. 15g分析純乙醇胺溶解於25ml無水乙醇中並攪拌至乙醇胺完全溶解，配成乙醇胺濃度為6g/L的乙醇胺溶液待用；將0. Ig PVP溶解於25 ml無水乙醇中並攪拌至PVP完全溶解，配成PVP濃度為4g/L的PVP溶液待用；然後將硝酸鈷溶液、乙醇胺溶液、PVP溶液三種溶液均勻混合，在6(T80° C溫度條件下，攪拌反應，反應液的顏色逐漸從深藍向黃緑，再向淺黃直至暗黃轉變，然後在反應液的顏色變成穩定的暗黃色，攪拌下自然冷卻至室溫，得到鈷納米顆粒膠體溶液；再用旋轉蒸發器濃縮，真空乾燥箱中乾燥， 得到平均粒徑不大於lOnm、分散性好的球狀鈷納米顆粒。實施例2
與實施例1基本相同，所不同的只是0. Olg硝酸鈷溶於IOOml無水甲醇中，0. 05g分析純戊醇胺溶解於50 ml無水甲醇中，0. 05g PVP溶解於50 ml無水甲醇中。實施例3
與實施例1基本相同，所不同的只是0. 07g硝酸鈷溶於120ml無水丙醇中，0. 18g分析純丙醇胺溶解於20 ml無水丙醇中，0. 18g PVP溶解於20 ml無水丙醇中。實施例4
與實施例1基本相同，所不同的只是0. 06g硝酸鈷溶於120ml無水甲醇中，0. 16g分析純丁醇胺溶解於20 ml無水乙醇中，0. 14g PVP溶解於20 ml無水丙醇中。
權利要求
1.一種鈷納米顆粒的製備方法，其特徵在於由下述步驟組成A、將硝酸鈷溶於無水乙醇或無水甲醇或無水丙醇中，攪拌至硝酸鈷完全溶解，配成硝酸鈷濃度為0. 1 0. 6g/L的硝酸鈷溶液待用；B、將低分子醇胺溶於無水乙醇或無水甲醇或無水丙醇中，攪拌至醇胺完全溶解，配成低分子醇胺濃度為1 9g/L的醇胺溶液待用，所述低分子醇胺為乙醇胺 戊醇胺；C、將乙烯吡咯烷酮溶於無水乙醇或無水甲醇或無水丙醇中，攪拌至乙烯吡咯烷酮完全溶解，配成乙烯吡咯烷酮濃度為1 9g/L的乙烯吡咯烷酮溶液待用；D、將所述硝酸鈷溶液、醇胺溶液、乙烯吡咯烷酮溶液按體積比2飛11均勻混合為反應液，在60、0° C溫度條件下，攪拌反應至反應液的顏色變成穩定的暗黃色，然後攪拌下自然冷卻至室溫，得到鈷納米顆粒膠體溶液；Ε、將所述鈷納米顆粒膠體溶液濃縮乾燥，得到球狀鈷納米顆粒。
2.如權利要求1所述的ー種鈷納米顆粒的製備方法，其特徵在於所述低分子醇胺為乙醇胺。
3.如權利要求1所述的ー種鈷納米顆粒的製備方法，其特徵在於步驟A中所述硝酸鈷溶液中硝酸鈷濃度為0. 4g/L，步驟B中所述醇胺溶液中低分子醇胺濃度為6g/L，步驟C中所述乙烯吡咯烷酮溶液中乙烯吡咯烷酮濃度為4g/L，步驟D中，所述硝酸鈷溶液、醇胺溶液、乙烯吡咯烷酮溶液的體積比5:1:1。
全文摘要
本發明公開了一種鈷納米顆粒的製備方法，以硝酸鈷為原料，以低分子醇胺為還原劑，以乙烯吡咯烷酮為表面活性劑和穩定劑，以無水乙醇或無水甲醇或無水丙醇為溶劑，分別溶解後混合均勻，在60~80°C溫度條件下，攪拌反應至反應液的顏色變成穩定的暗黃色，自然冷卻至室溫，再濃縮乾燥，得到球狀鈷納米顆粒。本發明的方法生產中毒性很少，生產溫度較低，生產工藝簡單，設備簡單，生產成本較低，得到的鈷納米顆粒呈球狀，分散性好，平均粒徑不大於10nm。
文檔編號B82Y40/00GK102554256SQ201110453159
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者周敏, 徐清波, 徐鍵, 李健子, 董建峰 申請人:寧波大學