專利名稱：一種納米鎳粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米鎳粉的制備方法，可用于民用或軍事用途，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米鎳粉的工業(yè)化生產(chǎn)工藝屬于納米材料制備領(lǐng)域的高新技術(shù)，目前國內(nèi)外生產(chǎn)納米鎳粉的方法主要有方法一，等離子(或激光)加熱蒸發(fā)法將金屬鎳在真空室內(nèi)，采用高溫等離子體加熱揮發(fā)，用惰性氣體或氮氣將鎳蒸汽帶入低溫收集室中。該方法的特點是可以生產(chǎn)不同的納米金屬粉體，生產(chǎn)量可調(diào)，產(chǎn)品的分散性較好，但設(shè)備投資大，成本高，由于表面清潔未被修飾而易氧化，產(chǎn)品暴露在空氣中，有易燃的危險性。
方法二，直接電解還原法用鎳作為陽極，鎳鹽的飽和水溶液加一定量的還原劑和分散劑作為電解液，通過電解在陰極直接得到納米鎳粉體。該方法特點是生產(chǎn)過程簡單，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，顆粒不均勻，很難得到50納米以下的粉體，并且粉體團聚嚴(yán)重，不適合納米鎳的大規(guī)模生產(chǎn)，由于條件苛刻一般在實驗室狀態(tài)下才適合采用此方法。
方法三，多元醇還原Ni(OH)2法直接用鎳鹽在堿性溶液中沉淀得到Ni(OH)2，再在多元醇下還原處理，目前對該方法研究較多，但還沒有應(yīng)用到生產(chǎn)上，由于生產(chǎn)工藝不成熟，粉末顆粒不均勻，此外納米鎳粉很難從粘稠的多元醇中分離出來，產(chǎn)品純度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以達(dá)到國家納米鎳質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等級的納米粉體，產(chǎn)品在常溫狀態(tài)下長久儲存不會產(chǎn)生表面氧化現(xiàn)象，且分散性好，尺寸可調(diào)的納米鎳粉的新型獨特的制備方法。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案的特征在于，采用非水電解液，直接犧牲陽極金屬鎳的電化學(xué)方法，其具體過程為第一步，電化學(xué)反應(yīng)過程在電解槽內(nèi)，用金屬鎳板作為陽極，導(dǎo)電材料作為陰極，電解液為對環(huán)境友好的無水工業(yè)試劑乙醇，濃度為90-100％，蓋沒金屬鎳板和導(dǎo)電材料，加入濃度為0.1％-10％，與乙醇比為1∶8-800的四庚基銨鹽TBA添加劑，TBA不參加化學(xué)反應(yīng)，在電化學(xué)的反應(yīng)中，生成具有高活性的納米鎳的亞穩(wěn)相前驅(qū)物R2-Ni，取出鎳的前驅(qū)物顆粒；第二步，還原熱處理將納米鎳的亞穩(wěn)相前驅(qū)物R2-Ni，與濃度為100％的還原醇類及有機無水還原液體，按1∶10--100比例密封在高壓釜中，加熱還原熱處理，壓力為50-100大氣壓(G)，溫度為200-270℃，時間為2-5小時，還原后得到分散于有機溶液中，表面被修飾的納米鎳粉；第三步，分離、干燥將還原后得到的納米鎳和有機溶液混合物，通過離心裝置使兩者分離得到濕的納米鎳粉，再用真空干燥箱進(jìn)行干燥處理，溫度為30-50℃，處理后可直接得到符合國家納米鎳質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的納米金屬鎳粉產(chǎn)品；第四步，產(chǎn)品包裝成品在手套箱中進(jìn)行稱量包裝，采用PVC密封包裝袋，外加塑料瓶，20公斤以上采用鋁合金桶包裝。
金屬鎳板Ni，電解液，添加劑的消耗量可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模而定。
本發(fā)明在電解槽內(nèi)，用金屬鎳板Ni作為陽極，其它導(dǎo)電材料作為陰極，電解液為對環(huán)境友好的工業(yè)試劑無水乙醇，四庚基銨鹽TBA作為添加劑，該添加劑在乙醇溶液中能電離，只起到增加導(dǎo)電作用，不參加化學(xué)反應(yīng)。在電化學(xué)的反應(yīng)中，陽極鎳失去電子變成鎳離子，它與具有弱負(fù)電極性的乙醇結(jié)合，生成具有高活性的納米鎳的亞穩(wěn)相前驅(qū)物R2-Ni，通過過濾取出鎳的納米前驅(qū)物顆粒，在此過程中，無氣體、液體排放，反應(yīng)過程沒有熱量散發(fā)，其化學(xué)反應(yīng)過程為。
本發(fā)明將納米鎳的亞穩(wěn)相前驅(qū)物R2-Ni與無水乙醇密封在高壓釜中，進(jìn)行加熱還原處理，處理過程中除高壓釜周圍有一定低溫?zé)崃可l(fā)外，整個處理過程無任何廢氣、廢液排放，其反應(yīng)過程為第一步的逆過程，即鎳離子獲得從乙醇被氧化失去的電子，還原成鎳原子，由于在有機溶劑環(huán)境下，顆粒長大被抑制，從而可以得到納米級鎳粉，乙醇被氧化成乙醛，還原過程為，；從而得到表面被修飾的納米鎳粉，由于得到的納米鎳粉表面被有機醇包覆修飾，故在空氣中能長時間保存不氧化。采用第一步電化學(xué)反應(yīng)，是為了要得到具有高活性納米結(jié)構(gòu)的R2-Ni，這樣才能保證第二步逆過程的實施。
本發(fā)明與方法一“等離子加熱蒸發(fā)法”相比較，具有生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)品成本低，設(shè)備投資小的特點，克服了“等離子加熱蒸發(fā)法”生產(chǎn)的納米鎳表面所無法避免的氧化問題。
本發(fā)明與方法二“直接電解還原法”比較，具有生產(chǎn)出的納米鎳粉的顆粒大小更易控制，顆粒分布范圍窄，解決了該方法在粉體干燥過程中容易團聚的問題。因為整個過程都是在非水溶液中進(jìn)行，顆粒形核長大的參變量少，易于控制，顆粒與顆粒之間被有機分子包圍，因而不易團聚。
本發(fā)明與方法三“多元醇還原Ni(OH)2法”比較，具有生產(chǎn)工藝簡單，無副產(chǎn)品、廢棄物的排放，生產(chǎn)成本低，反應(yīng)過程中無任何其他雜質(zhì)離子的引進(jìn)，因此產(chǎn)品具有純度高、分散性好和顆粒小的特點，解決了方法三中納米鎳與多元醇難分離，純度低以及顆粒大的問題。
本發(fā)明的優(yōu)點是生產(chǎn)的納米鎳粉產(chǎn)品完全達(dá)到國家納米鎳質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等級，其化學(xué)成分、物理性能、比表面積均能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，同時也達(dá)到國際先進(jìn)水平的質(zhì)量等級。與美國量子球納米材料公司的產(chǎn)品相比，利用本專利方法生產(chǎn)的產(chǎn)品納米鎳粉體在常溫狀態(tài)下長久儲存不會發(fā)生表面氧化。
本發(fā)明較其它方法在同樣生產(chǎn)規(guī)模情況下，具有以下優(yōu)點投資小，生產(chǎn)成本低于1000元/公斤；生產(chǎn)量隨時可調(diào)，生產(chǎn)者可根據(jù)市場供需行情靈活調(diào)整實際生產(chǎn)量；成品粉體分散性好，易于分裝、保存和運輸；生產(chǎn)過程無有害廢氣、廢液等污染物排放，能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境友好的新材料環(huán)保型生產(chǎn)秩序；電解過濾后的電解液送回電解槽循環(huán)使用，還原熱處理生產(chǎn)剩余物乙醛可回收利用或作為生產(chǎn)原料出售，可進(jìn)入循環(huán)經(jīng)濟。本發(fā)明方法生產(chǎn)質(zhì)量可控，廠房內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境清潔。
具體實施方案以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體說明，本發(fā)明的金屬鎳板電極Ni的消耗量可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模而定。
實施例1 按生產(chǎn)10克產(chǎn)品制備。
一種納米鎳粉的制備方法，采用電化學(xué)方法，該方法的操作過程為第一步，電化學(xué)反應(yīng)在電解槽內(nèi)，用30克金屬鎳板Ni作為陽極，導(dǎo)電材料碳玻璃作為陰極，電解液為對環(huán)境友好的工業(yè)試劑無水乙醇160克，濃度為100％，蓋沒金屬鎳板和導(dǎo)電材料，加入6克濃度為2％的四庚基銨鹽TBA作為添加劑，該添加劑在乙醇溶液中能電離，只起到增加導(dǎo)電作用，不參加化學(xué)反應(yīng)。在電化學(xué)的反應(yīng)中，陽極鎳失去電子變成鎳離子，它與具有弱負(fù)電極性的乙醇結(jié)合，生成具有高活性的納米鎳的亞穩(wěn)相前驅(qū)物R2-Ni，通過過濾取出鎳的納米前驅(qū)物顆粒；其化學(xué)反應(yīng)過程為；第二步，還原熱處理將納米鎳的亞穩(wěn)相前驅(qū)物R2-Ni，與濃度為100％的無水乙醇按1∶50的比例密封在高壓釜中，進(jìn)行加熱還原處理，壓力為65個大氣壓，溫度為250℃，時間為3小時，還原后得到表面被乙醇修飾的納米鎳粉。處理過程中除高壓釜周圍有一定低溫?zé)崃可l(fā)外，整個處理過程無任何廢氣、廢液排放；其反應(yīng)過程為第一步的逆過程，即鎳離子獲得從乙醇被氧化失去的電子，還原成鎳原子。由于在有機溶劑環(huán)境下，顆粒長大被抑制，從而可以得到納米級鎳粉，乙醇被氧化成乙醛，化學(xué)反應(yīng)的過程為，；第三步，分離、干燥將還原后得到的納米鎳和有機溶液混合物，通過離心裝置使兩者分離而得到濕的納米鎳粉，再用真空干燥箱在40℃狀態(tài)下進(jìn)行干燥處理，處理后可直接得到符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的納米金屬鎳粉產(chǎn)品，剩余20克鎳板可繼續(xù)使用，直至完全電解。塊體鎳板轉(zhuǎn)化為納米鎳粉的轉(zhuǎn)化率為99％以上；第四步，產(chǎn)品包裝成品在手套箱中進(jìn)行稱量包裝，采用PVC密封包裝袋或塑料瓶包裝。
實施例2 按年產(chǎn)1噸生產(chǎn)量，一年200工作日(8小時工作班制)，即按每天生產(chǎn)成品5公斤計算。
一種納米鎳粉的制備方法，采用電化學(xué)方法，其方法為第一步.電化學(xué)反應(yīng)在密閉電解槽內(nèi)，用15公斤金屬鎳板Ni作為陽極，導(dǎo)電材料金屬銅作為陰極，電解液為對環(huán)境友好的工業(yè)試劑無水乙醇80公斤，蓋沒金屬鎳板和導(dǎo)電材料，濃度為95％，加入4公斤濃度為5％的四庚基銨鹽TBA作為添加劑，該添加劑在乙醇溶液中能電離，只起到增加導(dǎo)電作用，不參加化學(xué)反應(yīng)。在電化學(xué)的反應(yīng)中，陽極鎳失去電子變成鎳離子，它與具有弱負(fù)電極性的乙醇結(jié)合，生成具有高活性的納米鎳的亞穩(wěn)相前驅(qū)物R2-Ni，通過過濾取出鎳的納米前驅(qū)物顆粒，過濾后電解液可直接送回電解槽繼續(xù)循環(huán)使用。在此過程中，無氣體、液體排放，反應(yīng)過程沒有熱量散發(fā)，其化學(xué)反應(yīng)過程為；第二步，還原熱處理將納米鎳的亞穩(wěn)相前驅(qū)物R2-Ni，與濃度為100％的無水乙醇按1∶60比例密封在高壓釜中，進(jìn)行加熱還原處理，壓力為80個大氣壓，溫度為260℃，時間為3小時，還原后得到表面被乙醇修飾的納米鎳粉。處理過程中除高壓釜周圍有一定低溫?zé)崃可l(fā)外，整個處理過程無任何廢氣、廢液排放，其反應(yīng)過程為第一步的逆過程，即鎳離子獲得從乙醇被氧化失去的電子，還原成鎳原子。由于在有機溶劑環(huán)境下，顆粒長大被抑制，從而可以得到納米級鎳粉，乙醇被氧化成乙醛?；瘜W(xué)反應(yīng)的過程為，；第三步，分離、干燥將還原后得到的納米鎳和有機溶液混合物，通過工業(yè)液體離心裝置，分離得到濕的納米鎳粉，再用真空干燥箱進(jìn)行干燥處理，溫度為50℃，處理后可直接得到符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的納米金屬鎳粉產(chǎn)品；剩余10公斤鎳板可繼續(xù)使用，直至完全電解。塊體鎳板轉(zhuǎn)化為納米鎳粉的轉(zhuǎn)化率為99％以上，分離后的液體收集儲存，達(dá)到一定量之后分離回收再利用或作為生產(chǎn)原料出售。
第四步，產(chǎn)品包裝成品在手套箱中進(jìn)行稱量包裝，采用PVC密封包裝袋，外加塑料瓶，20公斤以上采用鋁合金桶包裝。
實施例3 按年產(chǎn)5噸生產(chǎn)量，一年200工作日(16小時2班制)，即按每天生產(chǎn)成品25公斤計算。
一種納米鎳粉的制備方法，采用電化學(xué)方法，其方法為第一步，電化學(xué)反應(yīng)在密閉電解槽內(nèi)，用75公斤金屬鎳板Ni作為陽極，金屬鎳作為陰極，電解液為對環(huán)境友好的工業(yè)試劑無水乙醇240公斤，濃度為90％，蓋沒金屬鎳板和導(dǎo)電材料，加入24公斤濃度為10％的四庚基銨鹽TBA作為添加劑，該添加劑在乙醇溶液中能電離，只起到增加導(dǎo)電作用，不參加化學(xué)反應(yīng)。在電化學(xué)的反應(yīng)中，陽極鎳失去電子變成鎳離子，它與具有弱負(fù)電極性的乙醇結(jié)合，生成具有高活性的納米鎳的亞穩(wěn)相前驅(qū)物R2-Ni，通過過濾取出鎳的納米前驅(qū)物顆粒，進(jìn)行下一步還原處理，過濾后的電解液送回電解槽繼續(xù)循環(huán)使用。在此過程中，無氣體、液體排放，反應(yīng)過程沒有熱量散發(fā)，其化學(xué)反應(yīng)過程為；第二步，還原熱處理將納米鎳的亞穩(wěn)相前驅(qū)物R2-Ni，與濃度為100％的無水乙醇按1∶70比例密封在高壓釜中，進(jìn)行加熱還原處理，壓力為100個大氣壓，溫度為270℃，時間為3小時，還原后得到表面被乙醇修飾的納米鎳粉，處理過程中除高壓釜周圍有一定低溫?zé)崃可l(fā)外，整個處理過程無任何廢氣、廢液排放；其反應(yīng)過程為第一步的逆過程，即鎳離子獲得從乙醇被氧化失去的電子，還原成鎳原子，由于在有機溶劑環(huán)境下，顆粒長大被抑制，從而可以得到納米級鎳粉，乙醇被氧化成乙醛，化學(xué)反應(yīng)的過程為，；
第三步，分離、干燥將還原后得到的納米鎳和有機溶液混合物，通過離心裝置使兩者分離而得到濕的納米鎳粉，再用真空干燥箱在40℃進(jìn)行干燥處理，處理后可直接得到符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的納米金屬鎳粉產(chǎn)品。剩余50公斤鎳板可繼續(xù)使用，直至完全電解。塊體鎳板轉(zhuǎn)化為納米鎳粉的轉(zhuǎn)化率為99％以上；分離后的液體收集儲存，達(dá)到一定量之后分離回收再利用或作為生產(chǎn)原料出售，進(jìn)入循環(huán)經(jīng)濟；第四步，產(chǎn)品包裝成品在手套箱中進(jìn)行稱量包裝，采用PVC密封包裝袋，外加塑料瓶，20公斤以上采用鋁合金桶包裝。
本發(fā)明方法產(chǎn)品性能測試對比表 本發(fā)明符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19588-2004納米鎳粉。
上表中的檢測結(jié)果，由國家指定最高資質(zhì)的納米鎳粉標(biāo)準(zhǔn)檢測單位的檢測報告提供。
權(quán)利要求
1.一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于，采用電化學(xué)方法，其方法為第一步.電化學(xué)反應(yīng)過程在電解槽內(nèi)，用金屬鎳板作為陽極，導(dǎo)電材料作為陰極，電解液為對環(huán)境友好的無水工業(yè)試劑乙醇，濃度為90-100％，蓋沒金屬鎳板和導(dǎo)電材料，加入濃度為0.1％-10％，與乙醇比為1∶8到1∶800的四庚基銨鹽TBA添加劑，TBA不參加化學(xué)反應(yīng)，在電化學(xué)的反應(yīng)中，生成具有高活性的納米鎳的亞穩(wěn)相前驅(qū)物R2-Ni，取出鎳的前驅(qū)物顆粒；第二步.還原熱處理將納米鎳的亞穩(wěn)相前驅(qū)物R2-Ni，與濃度為100％的乙醇，按1∶10--100比例密封在高壓釜中，加熱還原熱處理，壓力為50-100大氣壓(G)，溫度為200-270℃，時間為2-5小時，還原后得到表面被有機醇修飾的納米鎳粉；第三步.分離、干燥將還原后得到的納米鎳和有機溶液混合物，通過離心裝置使兩者分離得到濕的納米鎳粉，再用真空干燥箱進(jìn)行干燥處理，溫度為30-50℃，處理后可直接得到符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的納米金屬鎳粉產(chǎn)品；第四步.產(chǎn)品包裝成品在手套箱中進(jìn)行稱量包裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于，所述的導(dǎo)電材料為鎳，銅，碳玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于，所述的電解槽為密閉電解槽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米鎳粉的制備方法，其制備過程為在電解槽內(nèi)，用金屬鎳板作為陽極，導(dǎo)電材料作為陰極，電解液為有機醇，加入適當(dāng)?shù)奶砑觿玫骄哂懈呋钚缘募{米鎳的亞穩(wěn)相前驅(qū)物；將納米鎳的亞穩(wěn)相前驅(qū)物與還原試劑按比例加熱還原熱處理，還原后得到表面被有機醇修飾的納米鎳粉；然后通過離心裝置分離得到濕的納米鎳粉，再用真空干燥箱進(jìn)行干燥處理，處理后可直接得到符合國家納米鎳質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的納米金屬鎳粉體產(chǎn)品。本方法的優(yōu)點是生產(chǎn)過程簡單，產(chǎn)品質(zhì)量可達(dá)到國家納米鎳不同級別標(biāo)準(zhǔn)，在常溫狀態(tài)下長久儲存不會發(fā)生表面氧化，投資小，生產(chǎn)量隨時可調(diào)，成品粉體分散性好，生產(chǎn)過程無有害廢氣廢液等污染物排放，質(zhì)量可控，廠房生產(chǎn)環(huán)境清潔。
文檔編號B22F9/16GK1827266SQ20061002555
公開日2006年9月6日 申請日期2006年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月10日
發(fā)明者李小毛 申請人:李小毛