CN102962470A - 常温下制备球形超细镍粉的方法 - Google Patents

常温下制备球形超细镍粉的方法 Download PDF

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Abstract

常温下制备球形超细镍粉的方法，属于功能粉体材料制备技术领域，解决了现有技术无法在常温下制备超细镍粉的问题，包括：（1）20~25℃温度下向二价镍盐的水溶液中加入表面活性剂，制得镍盐活性溶液；（2）20~25℃温度下向肼或水合肼中加入碱溶液，调节pH值为12~14，制得碱性还原剂；（3）在20~25℃温度、强力搅拌下，将镍盐活性溶液缓慢加入碱性还原剂中，反应30分钟，得到反应混合物；（4）将反应混合物在20~25℃温度下经抽滤，得到的固体用去离子水洗至中性，再用丙酮清洗3次，然后放于60℃烘箱中烘干，制得球形超细镍粉。本发明常温下即可制得球形超细镍粉，成本低，操作方便。

Description

常温下制备球形超细镍粉的方法
技术领域
本发明属于功能粉体材料制备技术领域，涉及一种制备球形超细镍粉的方法。 
背景技术
超细镍粉具有表面活性高、比表面积大、导电性好等特点，在催化剂、电池材料、粉末冶金、多层陶瓷电容器等领域均显示出良好的性能，得到了广泛的应用，市场需求增长很快。 
目前超细镍粉的生产方法主要有电解法、羰基镍热分解法、气相氢还原法、蒸发—冷凝法、溶液还原法等方法。但这些方法都存在着成本高或不易实现工业化等问题，尤其目前国内超细镍粉生产工业还比较落后，产品质量和数量都不能满足日益增长的工业需求，高尖产品缺少，造成国内市场供需矛盾十分突出 ，大部分只能依靠进口。 
液相还原法可制备形貌、粒度可控以及其他各方面性能指标较好的超细镍粉，并且所需设备简单，操作容易，易于实现工业化。因此该法逐渐引起了广大科学工作者的重视。 
发明专利【CN01144702.8】采用水合肼做还原剂，添加硼氢化钾做辅助还原剂，在50～80℃反应即制得纳米金属镍粉。 
文献【一种具有特殊形貌的超细镍粉制备研究】以NiC12为主要原料，水合肼为还原剂，PVP为保护剂，在超声波作用下首次成功地制备了类球状、面心立方晶体结构的超细镍粉，镍粉粒径在0．1～0.7m之间，但球表面长刺，相应的刺长在20～250nm之间，刺直径在20～80nm之间。 
文献【Preparation of submicron nickel powders by microwave-assisted hydrothermal method】以NiCl2·6H2O为原料，以水合肼做还原剂，采用氢氧化钠和碳酸钠调节溶液的pH值为12，在醇水体系中，以传统和微波加热的方法加热，制备了球形的超细镍粉。 
文献【液相还原法制备超细球形镍粉】采用NiSO4·5H2O为原料，利用NaOH调节溶液的pH值并形成Ni(OH)2，还原剂采用N2H4·H2O，还原过程中加入晶核引发剂及表面活性剂，制备出了振实密度高达3.0以上、质量中位径为1μm的球形镍粉。 
发明专利【CN200710120159.7】，公开以水合肼为还原剂，在不引入其它碱性物质的条件下，通过溶剂热反应制得金属镍粉。 
日本专利（公开特许公报(A)．平3257106.199l. 11.15）曾介绍用水合肼或含水合肼的混合还原剂还原镍盐制备镍粉，该法反应速度较快，但颗粒形状不规则，团聚严重，很难制得亚微米级镍粉。 
但是在常温下制备出表面光滑、球形度较好的超细镍粉的报道尚未见报道，也没有相关发明专利的申请。 
发明内容
为解决现有技术无法在常温下制备出表面光滑、球形度较好的超细镍粉的问题，本发明提供一种常温下制备球形超细镍粉的方法，其技术方案如下： 
常温下制备球形超细镍粉的方法，包括以下步骤：
（1）在20~25℃的温度下，向二价镍盐的水溶液中边搅拌边加入表面活性剂，制备得镍盐活性溶液；
（2）在20~25℃的温度下，向肼或水合肼中加入碱溶液，调节溶液的pH值为12~14，制备得碱性还原剂；
（3）在20~25℃的温度下，强力机械搅拌的条件下，将步骤（1）制备的镍盐活性溶液缓慢加入步骤（2）制备的碱性还原剂中，反应30分钟，得到具有固相和液相的反应混合物；
（4）将上述具有固相和液相的反应混合物在20~25℃的温度下，经抽滤，得到的固体用去离子水洗至中性，再用丙酮清洗3次，然后放于60℃烘箱中烘干，制得球形超细镍粉。
  
作为本发明方法的优先方案，上述方案还可作如下设计：
所述步骤（1）中的镍盐在水溶液中的浓度为0.2~1mol/L，表面活性剂在水溶液中的的质量百分比浓度为1~2%；
所述步骤（2）中的碱在溶液中的浓度为0.5~2mol/L；
所述步骤（3）中的肼或水合肼的摩尔浓度与镍离子的摩尔浓度之比，也就是[肼或水合肼]/[Ni2+]=2.2~6:1。
  
作为本发明方法的进一步优先方案：
所述步骤（1）中的二价镍盐为硫酸镍或氯化镍或硝酸镍。
  
作为本发明方法的更进一步优先方案：
所述步骤（2）中的水合肼中肼质量百分含量为80%。
  
作为本发明方法的更进一步优先方案：
所述步骤（1）中的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、烷基酚聚氧乙烯醚、柠檬酸钠、聚乙二醇中的一种或两种以上的混合物。
  
作为本发明方法的更进一步优先方案：
所述步骤（2）中的碱为氢氧化钠或氢氧化钾；
所述步骤（3）中强力搅拌时的搅拌速度为1500~2000r/min。
  
本发明方法制备超细镍粉的反应的温度条件为常温，反应结束后为了便于生产化以及防止超细镍粉由于放置时间过长引起一些性能的改变，所以采用将镍粉置于60℃烘箱，使其快速干燥。
本发明的特点是，采用二价镍盐溶液为原料，肼或水合肼为还原剂，在常温条件下，向二价镍盐溶液中加入表面活性剂；将碱溶液与肼或水合肼混合，调节溶液的pH值达到12~14；将镍盐溶液滴加入碱性还原剂溶液中，由于初期溶液碱性较强，水合肼浓度较高，反应迅速进行，生成大量的镍晶核，反应生成的镍又进一步催化反应的进行，使反应在常温下即可进行，所加表面活性剂又可阻止粉的继续生长，改善粉的表面性能，从而得到粒度均匀、分布范围窄、平均粒度在0.2~3μm、表面光滑的球形超细镍粉。本发明方法简单易行，生产成本低。本发明制备的超细镍粉具有优良的物理化学性能，如：具有很高的比表面活性、体积效应、导电性，可以被用于电池材料、多层陶瓷电容器；具有很好的催化性能，可以分散在载液中形成磁流体，是一种优良的磁性材料；具有很好的粘结性质且价格却相对便宜的镍超细镍粉，可以广泛应用于粉末冶金行业。 
 具体实施方式
下面以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
实施例1
本实施例中的工艺过程和步骤如下：
在温度为20℃的条件下，先配制好硫酸镍溶液，向硫酸镍溶液中加入表面活性剂；向肼溶液中加入氢氧化钠溶液，调节溶液的pH值为12。然后将硫酸镍溶液加入肼溶液中，在机械搅拌速度为1500r/min的条件下反应30min。其中硫酸镍溶液的浓度为0.2mol/L，表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，质量浓度为1%，氢氧化钠的浓度为0.5mol/L，[肼]/[Ni2+]=2.2：1。反应结束，抽滤，用去离子水清洗至中性，再用丙酮清洗3次，然后放于60℃烘箱中烘干。粉体粒度为300~500nm，呈类球形。
实施例2
本实施例中的工艺过程和步骤如下：
在温度为25℃的条件下，先配制好硫酸镍溶液，向硫酸镍溶液中加入表面活性剂；向肼溶液中加入氢氧化钠溶液，调节溶液的pH值为14。然后将硫酸镍溶液加入肼溶液中，在机械搅拌速度为2000r/min的条件下反应30min。其中硫酸镍溶液的浓度为1mol/L，表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，质量浓度为2%，氢氧化钠的浓度为2mol/L，[肼]/[Ni2+]=6：1。反应结束，抽滤，用去离子水清洗至中性，再用丙酮清洗3次，然后放于60℃烘箱中烘干。粉体粒度为100~300nm，呈类球形。
实施例3
本实施例中的工艺过程和步骤如下：
在温度为22.5℃的条件下，先配制好硫酸镍溶液，向硫酸镍溶液中加入表面活性剂；向肼溶液中加入氢氧化钠溶液，调节溶液的pH值为13。然后将硫酸镍溶液加入肼溶液中，在机械搅拌速度为1750r/min的条件下反应30min。其中硫酸镍溶液的浓度为0.75mol/L，表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，质量浓度为1.5%，氢氧化钠的浓度为1.25mol/L，[肼]/[Ni2+]=4.1：1。反应结束，抽滤，用去离子水清洗至中性，再用丙酮清洗3次，然后放于60℃烘箱中烘干。粉体粒度为200~300nm，呈类球形。
 实施例4
将上述步骤中的硫酸镍用氯化镍代替，其他分别同实施例1—3。粉体粒度为200~500nm，呈类球形。
实施例5
将上述步骤中的硫酸镍用硝酸镍代替，其他分别同实施例1—3。粉体粒度为200~500nm，呈类球形。
实施例6
将上述步骤中的还原剂肼用水合肼代替，其他分别同实施例1—5。粉体粒度为200~600nm，呈类球形。
 实施例7
将上述步骤中的表面活化剂聚乙烯吡咯烷酮用烷基酚聚氧乙烯醚代替，其他分别同实施例1—6。粉体粒度为200~500nm，呈类球形。
 实施例8
将上述步骤中的表面活化剂聚乙烯吡咯烷酮用柠檬酸钠代替，其他分别同实施例1—6。粉体粒度为200~500nm，呈类球形。
实施例9
将上述步骤中的表面活化剂聚乙烯吡咯烷酮用聚乙二醇代替，其他分别同实施例1—6。粉体粒度为200~400nm，呈类球形。 
实施例10
将上述步骤中的表面活化剂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，其他分别同实施例1—6。粉体粒度为200~400nm，呈类球形。 
实施例11
将上述步骤中的表面活化剂聚乙烯吡咯烷酮用聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇代替，其他分别同实施例1—6。粉体粒度为200~400nm，呈类球形。 
实施例12
将上述步骤中的表面活化剂聚乙烯吡咯烷酮用柠檬酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚和聚乙二醇代替，其他分别同实施例1—6。粉体粒度为200~300nm，呈类球形。 
实施例13
将上述步骤中的氢氧化钠用氢氧化钾代替，其他分别同实施例1—12。粉体粒度为200~500nm，呈类球形。

Claims (6)

1.常温下制备球形超细镍粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在20~25℃的温度下，向二价镍盐的水溶液中边搅拌边加入表面活性剂，制备得镍盐活性溶液；
（2）在20~25℃的温度下，向肼或水合肼中加入碱溶液，调节溶液的pH值为12~14，制备得碱性还原剂；
（3）在20~25℃的温度下，强力机械搅拌的条件下，将步骤（1）制备的镍盐活性溶液缓慢加入步骤（2）制备的碱性还原剂中，反应30分钟，得到具有固相和液相的反应混合物；
（4）将上述具有固相和液相的反应混合物在20~25℃的温度下，经抽滤，得到的固体用去离子水洗至中性，再用丙酮清洗3次，然后放于60℃烘箱中烘干，制得球形超细镍粉。
2.根据权利要求1所述的常温下制备球形超细镍粉的方法，其特征在于：
所述步骤（1）中的镍盐在水溶液中的浓度为0.2~1mol/L，表面活性剂在水溶液中的的质量百分比浓度为1~2%；
所述步骤（2）中的碱在溶液中的浓度为0.5~2mol/L；
所述步骤（3）中的肼或水合肼的摩尔浓度与镍离子的摩尔浓度之比为2.2~6:1。
3.根据权利要求1或2所述的常温下制备球形超细镍粉的方法，其特征在于：
所述步骤（1）中的二价镍盐为硫酸镍或氯化镍或硝酸镍。
4.根据权利要求3所述的常温下制备球形超细镍粉的方法，其特征在于：
所述步骤（2）中的水合肼中肼质量百分含量为80%。
5.根据权利要求4所述的常温下制备球形超细镍粉的方法，其特征在于：
所述步骤（1）中的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、烷基酚聚氧乙烯醚、柠檬酸钠、聚乙二醇中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求5所述的常温下制备球形超细镍粉的方法，其特征在于：
所述步骤（2）中的碱为氢氧化钠或氢氧化钾；
所述步骤（3）中强力搅拌时的搅拌速度为1500~2000r/min。
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