專利名稱：一種大比表面積多孔氧化鎳微球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大比表面積多孔氧化鎳微球的制備方法，屬無(wú)機(jī)化合物制備及應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著納米科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，具有特殊形貌納米結(jié)構(gòu)的材料應(yīng)運(yùn)而生，并在光學(xué)、電子、催化等領(lǐng)域得到應(yīng)用；半導(dǎo)體氧化物微納米結(jié)構(gòu)材料，因具有特殊結(jié)構(gòu)和復(fù)雜形貌，常應(yīng)用于光學(xué)電子器件中；多孔形貌由于具有均勻分布的微孔及孔洞，孔隙率高，體密度小，具有高的比表面積及獨(dú)特的物理表面特性，不同的多孔性能夠改變材料的物理和化學(xué)性質(zhì)，因此大比表面積多孔結(jié)構(gòu)材料功能優(yōu)良，可在生物工程、精細(xì)化工、環(huán)境工程、催化劑和傳感器領(lǐng)域應(yīng)用。
納米氧化鎳是一種重要的功能材料，由于其獨(dú)特的電學(xué)、磁學(xué)和催化特性，廣泛用作電池的電極、催化劑、磁性材料和氣體傳感器等，由于納米氧化鎳的獨(dú)特性質(zhì)依賴于它們的形貌和尺寸，因此不同形貌結(jié)構(gòu)的納米氧化鎳其合成方法也有多種形式，例如Yang等通過(guò)醋酸鎳在水和甘油混合溶劑中，水解制備了康乃馨狀的納米氧化鎳；Kuang等在陰離子表面活性劑的作用下，通過(guò)水熱法制備了層狀結(jié)構(gòu)的氧化鎳微米球；Zhou等采用水合肼法制備了納米片組成的凹多面體氧化鎳納米顆粒；Banerjee等以十二燒基硫酸鈉為軟模板、尿素為沉淀劑制備了有序多孔的NiO納米多晶體；Feng等以KIT-6為模板制備了雙峰分布的、有序介孔氧化鎳材料；這些方法雖然制備了不同結(jié)構(gòu)的氧化鎳材料，但NiO的比表面積不大，其應(yīng)用受到了很大的局限；還都存在一些工藝弊端，有的工藝參數(shù)不精確，產(chǎn)物純度低，有的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)特征不明顯，很難與其他化學(xué)物質(zhì)匹配，有的工藝方法較復(fù)雜，制備成本高，很難進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)的情況，采用均勻沉淀法，配制混合溶液，水熱制備碳酸氫鎳，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、真空干燥、高溫焙燒，制成大比表面積多孔氧化鎳微球，以大幅度提高氧化鎳微球的純度和物理化學(xué)性能。技術(shù)方案本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)材料為硝酸鎳、尿素、十六烷基三甲基溴化銨、無(wú)水乙醇、去離子水，其組合準(zhǔn)備用量如下以克、毫升為計(jì)量單位硝酸鎳Ni(NO3)2 6H2014. 55g±0. Olg尿素CO(NH2)23g±0.01g十六烷基三甲基溴化銨C16H33(CH3)3NBr9. lg±0. Olg無(wú)水乙醇C2H5OH1000mL±50mL去離子水H202000mL±50mL
制備方法如下(I)精選化學(xué)物質(zhì)材料對(duì)制備使用的化學(xué)物質(zhì)材料要進(jìn)行精選，并進(jìn)行質(zhì)量純度控制硝酸鎳固態(tài)固體>99%尿素固態(tài)固體彡99%十TK燒基二甲基漠化按固態(tài)固體>99%無(wú)水乙醇液態(tài)液體99.7%去離子水液態(tài)液體99.7% (2)配制硝酸鎳水溶液稱取硝酸鎳14. 55g±0. Olg，量取去離子水200mL±0. OlmL，加入燒杯中，磁力攪拌60min，成0. 25mol/L的硝酸鎳水溶液；(3)配制十六烷基三甲基溴化銨水溶液稱取十六烷基三甲基溴化銨9. lg±0.01g，量取去離子水200mL±0. OlmL加入燒杯中，磁力攪拌60min，成0. 125mol/L的十六烷基三甲基溴化銨水溶液；(4)配制合成碳酸氫鎳混合溶液將硝酸鎳水溶液IOOmU十六烷基三甲基溴化銨水溶液IOOmL加入聚四氟乙烯容器中；稱取尿素3g±0. Olg，加入聚四氟乙烯容器中，并密封；將聚四氟乙烯容器置于磁力攪拌器上，磁力攪拌60min，成透明狀藍(lán)綠色三元混合溶液；(5)碳酸氫鎳合成反應(yīng)碳酸氫鎳的合成反應(yīng)是在不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)、在電加熱爐內(nèi)進(jìn)行；將盛有三元混合溶液的聚四氟乙烯容器置于不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，并用釜蓋密封；然后將反應(yīng)釜置于電加熱爐內(nèi)加熱，加熱溫度150°C ±2 °C，加熱時(shí)間240min + 5min ；混合溶液在反應(yīng)釜內(nèi)，在加熱狀態(tài)下將進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下
Ni(NO3)2. 6H20 + CO(NH2)2 150^SSn,- >
Ni(HCO3)21 + Ni(NH3)6(NO3)2 + NH4NO3 + H2O 個(gè) + CO2 個(gè)式中Ni(HCO3)2 :碳酸氫鎳，NH4NO3 :硝酸銨，H2O :水蒸氣，Ni (NH3)6(NO3)2 :硝酸六氨合鎳(II)，CO2 :二氧化碳；反應(yīng)結(jié)束后，聚四氟乙烯容器內(nèi)為含有碳酸氫鎳沉淀物的渾濁液，停止加熱，使其自然冷卻至20°C ±2°C ；冷卻后，打開反應(yīng)釜，取出含有碳酸氫鎳沉淀物的渾濁液；(6)抽濾將含碳酸氫鎳沉淀物的渾濁液置于抽濾瓶上的布氏漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，廢液抽至濾瓶中；(7)去離子水洗滌、抽濾
將產(chǎn)物濾餅置于燒杯中，加入去離子水IOOmL,攪拌洗滌5min ;然后將洗滌液置于抽濾瓶上的布氏漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，洗滌液抽至濾瓶中；去離子水洗滌、抽濾重復(fù)進(jìn)行5次；(8)無(wú)水乙醇洗滌、抽濾將產(chǎn)物濾餅置于燒杯中，加入無(wú)水乙醇IOOmL,攪拌洗滌5min ;然后將洗滌液置于抽濾瓶上的布氏漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，洗滌液抽至濾瓶中；無(wú)水乙醇洗滌、抽濾重復(fù)進(jìn)行5次；(9)真空干燥將洗滌、抽濾后的產(chǎn)物濾餅置于石英產(chǎn)物舟中，然后置于真空干燥箱中進(jìn)行干燥，干燥溫度60°C ±2°C，真空度15Pa，干燥時(shí)間480min±5min，干燥后得碳酸氫鎳前驅(qū)體；
·
(10)碳酸氫鎳前驅(qū)體焙燒將干燥的碳酸氫鎳前驅(qū)體置于石英坩堝中，然后置于焙燒爐中進(jìn)行焙燒，焙燒溫度600°C ±2°C，焙燒時(shí)間120min±5min，反應(yīng)方程式下
權(quán)利要求
1.一種大比表面積多孔氧化鎳微球的制備方法，其特征在于使用的化學(xué)物質(zhì)材料為硝酸鎳、尿素、十六烷基三甲基溴化銨、無(wú)水乙醇、去離子水，其組合準(zhǔn)備用量如下以克、毫升為計(jì)量單位 硝酸鎳Ni (NO3)2 · 6H2O14. 55g±0. Olg 尿素CO (NH2)23g±0.01g 十六烷基三甲基溴化銨=C16H33(CH3)3NBr 9. Ig±O. Olg 無(wú)水乙醇C2H5OH1000mL± 50mL 去離子水H202000mL±50mL 制備方法如下 (1)精選化學(xué)物質(zhì)材料 對(duì)制備使用的化學(xué)物質(zhì)材料要進(jìn)行精選，并進(jìn)行質(zhì)量純度控制 硝酸鎳固態(tài)固體>99% 尿素固態(tài)固體> 99% 十六烷基三甲基溴化銨固態(tài)固體>99% 無(wú)水乙醇液態(tài)液體 99.7% 去離子水液態(tài)液體 99. 7% (2)配制硝酸鎳水溶液 稱取硝酸鎳14. 55g±0. Olg,量取去離子水200mL±0. OlmL,加入燒杯中，磁力攪拌60min,成0. 25mol/L的硝酸鎳水溶液； (3)配制十六烷基三甲基溴化銨水溶液 稱取十六烷基三甲基溴化銨9. lg±0. Olg，量取去離子水200mL±0. OlmL加入燒杯中，磁力攪拌60min，成0. 125mol/L的十六烷基三甲基溴化銨水溶液； (4)配制合成碳酸氫鎳混合溶液 將硝酸鎳水溶液IOOmU十六烷基三甲基溴化銨水溶液IOOmL加入聚四氟乙烯容器中； 稱取尿素3g±0. Olg，加入聚四氟乙烯容器中，并密封； 將聚四氟乙烯容器置于磁力攪拌器上，磁力攪拌60min，成透明狀藍(lán)綠色三元混合溶液； (5)碳酸氫鎳合成反應(yīng) 碳酸氫鎳的合成反應(yīng)是在不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)、在電加熱爐內(nèi)進(jìn)行； 將盛有三元混合溶液的聚四氟乙烯容器置于不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，并用釜蓋密封； 然后將反應(yīng)釜置于電加熱爐內(nèi)加熱，加熱溫度150°C ±2°C，加熱時(shí)間240min±5min ； 混合溶液在反應(yīng)釜內(nèi)，在加熱狀態(tài)下將進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大比表面積多孔氧化鎳微球的制備方法，其特征在于碳酸氫鎳的合成反應(yīng)是在反應(yīng)釜內(nèi)，在加熱爐內(nèi)，在加熱溫度150°C ±2°C狀態(tài)下進(jìn)行的；加熱爐呈矩形，加熱爐(6)的下部為爐座(3)，上部位爐蓋(7)，在爐座(3)上設(shè)有顯示屏(4)、指示燈(13)、電源開關(guān)(I)、溫度調(diào)控器(2);在加熱爐(6)內(nèi)底部為工作臺(tái)(12)，在工作臺(tái)(12)上置放反應(yīng)釜(10)及釜蓋(8)，在反應(yīng)釜(10)內(nèi)為聚四氟乙烯容器(11)及容器蓋(9)，聚四氟乙烯容器(11)內(nèi)置放反應(yīng)液(5)，反應(yīng)釜(10)上部由釜蓋(8)密封。
3.根據(jù)權(quán)利的要求I所述的一種大比表面積多孔氧化鎳微球的制備方法，其特征在于碳酸氫鎳的焙燒是在焙燒爐內(nèi)進(jìn)行的，焙燒溫度與時(shí)間坐標(biāo)關(guān)系為焙燒溫度由20°C開始升溫，即A點(diǎn)，以10°C /min速度升至600°C ±2°C，即B點(diǎn)，在此溫度恒溫、保溫、焙燒120min±5min，即B-C區(qū)段，然后停止加熱升溫，使其隨爐冷卻至20°C ±2°C，即D點(diǎn)，焙燒升溫速度與時(shí)間成正比。
4.根據(jù)權(quán)利的要求I所述的一種大比表面積多孔氧化鎳微球的制備方法，其特征在于氧化鎳微球?yàn)槭杷煞垠w，顆粒為圓球狀，圓球表面有不規(guī)則孔，為多孔結(jié)構(gòu)，圓球表面由不規(guī)則六邊形納米片構(gòu)成，六邊形直徑< 40nm，比表面積為748. 25m2/g。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大比表面積多孔氧化鎳微球的制備方法，是以硝酸鎳、尿素為原料，以十六烷基三甲基溴化銨為表面活性劑，以無(wú)水乙醇、去離子水為洗滌劑，經(jīng)原料精選、配制合成混合液、反應(yīng)釜內(nèi)加熱制取碳酸氫鎳，后經(jīng)洗滌、抽濾、真空干燥、焙燒，制成大比表面積多孔氧化鎳微球，此制備方法工藝先進(jìn)，工藝流程短，使用原料少，數(shù)據(jù)翔實(shí)準(zhǔn)確，產(chǎn)物收率高，達(dá)95％，產(chǎn)物純度好，達(dá)98.5％，產(chǎn)物氧化鎳微球的比表面積為748.25m2/g，微球顆?！?0μm，微球表面分布有不規(guī)則六邊形納米片，六邊形納米片直徑≤40nm，可與多種化學(xué)物質(zhì)匹配，是十分理想的制備大比表面積多孔氧化鎳微球的方法。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102757101SQ201210048608
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者吳旭, 安霞, 常瑜, 牛虎虎, 謝鮮梅 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)