CN103449537A - 一种钼酸镍粉体材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钼酸盐领域,尤其是涉及一种钼酸镍微米粉体材料的制备方法,包括以下步骤:(1)酵母细胞模板的洗涤和活化;(2)酵母细胞模板吸附镍离子;(3)钼酸镍的生成及陈化;(4)获取杂化材料和干燥;(5)将杂化颗粒锻烧,得到钼酸镍微米粉体材料。本发明通过采用二水合钼酸钠、六水合氯化镍或六水合硝酸镍为主要原料,利用友好的反应及生成环境,采用价格低廉的酵母细胞模板制得钼酸镍微米粉体材料,通过本发明的方法所制备的钼酸镍球状粉体材料,物理化学性能优良,在众多领域得到广泛的应用。
Description
技术领域
本发明涉及钼酸盐领域,尤其是涉及一种钼酸镍粉体材料的制备方法。
背景技术
钼酸镍作为一种重要的过渡金属含氧酸盐,具有优异的催化活性和润滑性能,因此钼酸镍多被用作有机物加氢脱硫或加氢脱氮催化剂、油品添加剂,以及固定润滑剂等,从而广泛应用于石油化工、机械制造领域。
目前,业界已通过多种制备方法得到了不同维度和尺寸的钼酸镍微纳米材料,这些方法包括固相合成法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、浸渍法、燃烧法及水热法等。其中报道较多的是低维度(一维或二维)结构钼酸镍材料,如Mi等在TritonX-100/环己胺/辛醇体系中利用水热法合成了多面体结构的α-NiMoO4微晶体;Xiao等将钛片放入水热釜,采用水热法使NiMoO4·nH2O棒材长在钛片上,通过加入乙醇来调节棒材的长径比;胡素萍等人用EDTA辅助水热法制备得到了钼酸镍棒材。此外,有关三维钼酸镍材料制备不多,如徐志昌等人采用溶胶-凝胶方法,以智能水凝胶相变理论为指导,制备得到了球形钼酸镍。
上述的方法得到的钼酸镍微纳米材料的形貌主要为纳米棒、纳米线、超细粒子和薄膜等结构,均不具备中空部分,缺少容纳大量的客体分子而产生一些奇特的包裹效应,这限制了钼酸镍微米或纳米材料的优异性能,并对其应用也造成了一定的局限。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种钼酸镍粉体材料的制备方法,该方法制得的钼酸镍粉体材料为球状结构,具有优异的物理化学性能,在众多领域得到广泛的应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种钼酸镍微米粉体材料的制备方法,其中:包括以下步骤:
(1)酵母细胞模板的洗涤和活化:将酵母粉经分散剂反复洗涤后,用活化剂对酵母粉进行活化,得到表面活化的酵母细胞模板;
(2)酵母细胞模板吸附镍离子:将活化的酵母细胞模板加入去离子水中,并在其中加入六水合氯化镍或六水合硝酸镍,并用磁力搅拌器在40~60℃搅拌,促进酵母细胞模板对镍离子的吸附;
(3)钼酸镍的生成及陈化:在吸附有镍离子的酵母细胞模板体系中加入二水合钼酸钠,然后再添加适量去离子水调整溶液体积,以保证步骤(2)结束后,溶液中镍离子和钼酸根离子的浓度均保持在0.05~0.15mol/L,然后将反应溶液在60-80℃下搅拌至出现大量黄色沉淀,再在20~30℃温度下陈化8~14h;
(4)获取杂化材料和干燥:将陈化后的材料进行洗涤,再在离心机中以2500~3500r/min的速度进行离心3~8min,然后将沉淀物置于烘箱中80~100℃烘干,时间为8~12h,得到酵母-钼酸镍杂化颗粒;
(5)将杂化颗粒锻烧:将得到的酵母-钼酸镍杂化颗粒在400~600℃温度下锻烧2~5h后,冷却至室温,得到钼酸镍微米粉体材料。
本发明进一步的优选方案是:所述的步骤(1)中,所述的分散剂是去离子水或生理盐水,洗涤次数为2~5次;所述的活化剂是无水乙醇。
本发明进一步的优选方案是:所述的活化是通过无水乙醇搅拌溶解后,在离心机中以2500~3500r/min的速度进行离心3~8min,去除上清液。
本发明进一步的优选方案是:所述的步骤(2)中,在用磁力搅拌器搅拌之前还包括加去离子水使六水合氯化镍或六水合硝酸镍溶解,再加去离子水定容的步骤;同时,为了减少吸附过程中水分蒸发对溶液体积及物质浓度的影响,待吸附过程结束后再添加适量去离子水调整溶液体积,以保证步骤(2)结束后,溶液中镍离子和钼酸根离子的浓度均保持在0.05~0.15mol/L,然后将反应溶液在60-80℃下搅拌至出现大量黄色沉淀,再在20~30℃温度下陈化8~14h;
本发明进一步的优选方案是:所述的步骤(3)中,利用磁力搅拌器实现钼酸镍的生成过程应在60-80℃的温度下进行,该步骤克服了低浓度前驱物的溶液体系在室温下难以实现酵母-钼酸镍杂化颗粒大量生成的关键问题,制备工艺的创新不仅实现低浓度前驱物的溶液体系中酵母-钼酸镍杂化颗粒的成功制备,而且有效地将溶液中游离的其他钼酸镍杂质降至最低。
本发明进一步的优选方案是:所述的步骤(4)中,所述的陈化后的材料是通过无水乙醇进行洗涤,洗涤次数为2~5次,洗涤后再在离心机中以2500~3500r/min的速度进行离心3~8min,去除上清液。
本发明进一步的优选方案是:所述的步骤(2)中,用于吸附体系中3-10mol六水合氯化镍或六水合硝酸镍的酵母粉的质量为500-1500g。
本发明进一步的优选方案是:与添加至溶液中3-10mol的二水合钼酸钠混合并进一步反应的体系中酵母粉的质量为500-1500g。
本发明进一步的优选方案是:所述的酵母细胞模板是面包酵母干粉或商品酵母细胞干粉,如市售安琪牌面包酵母等。
本发明的有益效果在于,与现有技术相比,本发明通过采用二水合钼酸钠、六水合氯化镍或六水合硝酸镍为主要原料,利用友好的反应及生成环境,并采用价格低廉的酵母细胞模板制得钼酸镍微米粉体材料。制备工艺中,一方面注重对反应过程中的溶液浓度进行严格控制,有效地减少了吸附和加热过程对溶液体积及物质浓度的影响;另一方面,工艺利用加热搅拌实现钼酸镍的生成步骤,较好地克服了低浓度的溶液体系在室温下难以实现酵母-钼酸镍杂化颗粒大量生成的问题,在实现低浓度的溶液体系中酵母-钼酸镍杂化颗粒成功制备的同时,有效地将溶液中游离的其他钼酸镍杂质降至最低,所制备的钼酸镍球状粉体材料纯度高,杂质颗粒少,物理化学性能优良。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明实施例1制备的钼酸镍粉体材料的X射线衍射图;
图2是本发明实施例1制备的钼酸镍粉体材料的扫描电镜图;
图3是本发明实施例1制备的钼酸镍粉体材料的能谱图;
图4是本发明实施例1制备的钼酸镍粉体材料的拉曼光谱图;
图5是本发明实施例2制备的钼酸镍粉体材料的X射线衍射图;
图6是本发明实施例2制备的钼酸镍粉体材料的扫描电镜图;
图7是本发明实施例3制备的钼酸镍粉体材料的X射线衍射图;
图8是本发明实施例3制备的钼酸镍粉体材料的扫描电镜图;
图9是本发明实施例4制备的钼酸镍粉体材料的X射线衍射图;
图10是本发明实施例4制备的钼酸镍粉体材料的扫描电镜图;
图11是本发明实施例5制备的钼酸镍粉体材料的X射线衍射图;
图12是本发明实施例5制备的钼酸镍粉体材料的扫描电镜图;
图13是本发明实施例6制备的钼酸镍粉体材料的X射线衍射图;
图14是本发明实施例6制备的钼酸镍粉体材料的扫描电镜图。
具体实施方式
现结合附图,对本发明的较佳实施例作详细说明。
本发明的实施例的步骤如下:
1、酵母细胞的洗涤和活化
称取酵母粉与分散剂按每500-1500g酵母添加3000-90000mL分散剂的比例于容器中进行混合,室温搅拌溶解30min后,在离心机中3000r/min离心5min,离心结束后,弃去上清液,再次用分散剂分散并离心,重复此操作三次,实现分散剂对酵母细胞表面的充分清洗。第三次离心结束后,弃去上清液,将清洗后的酵母沉淀用无水乙醇搅拌溶解,在离心机中3000r/min离心5min,离心结束后,弃去上清液,重复此操作两次,酵母细胞沉淀物转入容器中,即得到表面活化的生物模板酵母细胞。
上述的分散剂是去离子水或0.9%生理盐水,酵母粉与分散剂和活化剂的使用比例为:每500g酵母使用3000mL分散剂或活化剂。
2、酵母细胞对镍离子的吸附
称取3-10mol的六水合氯化镍或六水合硝酸镍于容器中,加入少量去离子水使其完全溶解并加入到步骤1制备的酵母细胞溶液中,加去离子水定容至一定体积。利用磁力搅拌器对溶液在40~60℃温度下搅拌,从而促进酵母细胞对镍离子的吸附。
上述体系中加去离子水使六水合氯化镍或六水合硝酸镍的浓度为0.05~0.15mol/L。磁力搅拌温度为40-60℃搅拌2-4h。
3、钼酸镍生成及在酵母细胞表面的陈化生长
称取3-10mol的二水合钼酸钠,用少量去离子水溶解后添加至体系中,并在体系中添加适量去离子水至30000-90000ml,用磁力搅拌器在一定温度下搅拌直至得到大量黄色沉淀,然后溶液静置陈化。
上述添加适量去离子水并将溶液体积恢复至镍离子吸附步骤时的体积,二水合钼酸钠的浓度为0.05~0.15mol/L,待反应液混合后,在60-80℃下搅拌至出现大量黄色沉淀,然后溶液在20-40℃下静置陈化8-14h。
4、杂化材料的获得及干燥
将步骤3所得的体系在3000r/min离心一次,离心5min,离心结束后,弃去上清液,然后用无水乙醇将沉淀物洗涤3次,每次洗涤后均在3000r/min离心机离心,离心5min,将沉淀在烘箱中干燥数小时后即得酵母-钼酸镍杂化颗粒黄色粉末。
上述烘箱干燥温度为80-100℃,时间8-12h。
5.高温煅烧去除模板
将步骤4得到的干燥粉末用钥匙移至坩埚,并在马沸炉中高温煅烧,煅烧结束后,取出样品后自然冷却至室温,得到微米级的钼酸镍球状粉体材料。
上述煅烧温度为400-600℃,煅烧时间为2-5h。
利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),元素分析(EDX)和拉曼光谱等手段对本发明实施例制得的微米级钼酸镍球状粉体材料进行了研究,结果表明,在上述条件下制成的钼酸镍微球的成分为钼酸镍材料,微球平均尺寸为1.5~4.0*1.0~3.0μm
本发明反应机理是:在钼酸镍微球粉体材料的制备工艺中,酵母经过多次洗涤和活化处理后,首先与六水合氯化镍或六水合硝酸镍在体系中混合,并用磁力搅拌器将溶液混合均匀,在此过程中,酵母细胞表面的官能团会与解离于溶液中的镍离子发生相互作用,细胞逐步将镍离子吸附于细胞表面,从而在细胞表面形成了水合镍离子层。当体系中添加了二水合钼酸钠后,溶液中以及吸附于酵母细胞表面的镍离子均会与二水合钼酸钠解离出的钼酸根离子发生反应,在吸附镍离子的酵母细胞表面和水溶液中同时开始形成钼酸镍分子纳米束。根据熟化和聚集理论,体系中所形成的钼酸镍纳米束会通过相互的快速碰撞实现颗粒的成长。在保证一定的体系温度的条件下,结合于酵母细胞表面的钼酸镍纳米束具有很大的表面积,从而保证了酵母模板上的钼酸镍纳米束有更高的效率与溶液中的钼酸镍分子纳米束进行碰撞聚集并结合,这极大的减少了体系中杂质的生成。于是,在陈化过程中,细胞壁上形成的钼酸镍纳米颗粒逐步的成长,钼酸镍壁厚不断增加,最终形成了酵母-钼酸镍的核壳结构的杂化颗粒。经过离心,清洗,干燥以及煅烧,杂化颗粒内部的生物模板酵母细胞被灰化去除,从而形成了钼酸镍微米级球状结构。
实施例1
称取酵母粉并加入适量去离子水中,室温下用磁力搅拌器充分搅拌30min,然后在3000r/m条件下离心5min,弃去上清液,再次用去离子水分散洗涤后离心,反复进行三次,再将清洗后的酵母用无水乙醇搅拌溶解,在3000r/m条件下离心5min后,弃去上清液,再次用无水乙醇分散活化,重复此操作两次;将得到的沉淀加入适量去离子水,并在上述溶液中加入六水合氯化镍,使六水合氯化镍浓度为0.1mol/L。用磁力搅拌器在50℃充分搅拌3h;再用少量去离子水溶解二水合钼酸钠并缓慢添加至上述体系中,并再次添加适量去离子水,使溶液中镍离子和钼酸根离子浓度均为0.1mol/L,用磁力搅拌器在70℃搅拌上述溶液直至得到大量黄色沉淀,将溶液在25℃静置陈化12h;然后对所得溶液在3000r/m条件下离心5min,并将沉淀物放入80℃烘箱中干燥12h;将干燥后的粉末移至坩埚,在550℃马沸炉中高温煅烧2h,取出样品后自然冷却至室温。即可得到钼酸镍微米微球材料,综合图1、图3和图4可充分证实所得材料为钼酸镍球状结构的粉体材料,图2所示,球状粉体材料的平均尺寸为2.7*2.0μm。
实施例2
称取酵母粉并加入适量的生理盐水中,室温下用磁力搅拌器充分搅拌30min,然后在3000r/m条件下离心5min,弃去上清液,再次用生理盐水分散洗涤后离心,反复进行三次,再将清洗后的酵母用无水乙醇搅拌溶解,在3000r/m条件下离心5min后,弃去上清液,再次用无水乙醇分散活化,重复此操作两次;将得到的沉淀加入适量去离子水,并在上述溶液中加入六水合氯化镍,使六水合氯化镍浓度为0.083mol/L。用磁力搅拌器在60℃充分搅拌2hh;再用少量去离子水溶解二水合钼酸钠并缓慢添加至上述体系中,并再次添加适量去离子水,使溶液中镍离子和钼酸根离子浓度均为0.083mol/L,用磁力搅拌器在65℃搅拌上述溶液直至得到大量黄色沉淀,将溶液在25℃静置陈化13h;然后对所得溶液在3000r/m条件下离心5min,并将沉淀物放入80℃烘箱中干燥10h;将干燥后的粉末移至坩埚,在550℃马沸炉中高温煅烧3h,取出样品后自然冷却至室温。即可得到钼酸镍微米微球材料,如图5所示,本实施例所得材料为钼酸镍为球状结构的粉体材料,图6所示,球状粉体材料的平均尺寸为2.0*1.6μm。
实施例3
称取酵母粉并加入适量去离子水中,室温下用磁力搅拌器充分搅拌30min,然后在3000r/m条件下离心5min,弃去上清液,再次用去离子水分散洗涤后离心,反复进行三次,再将清洗后的酵母用无水乙醇搅拌溶解,在3000r/m条件下离心5min后,弃去上清液,再次用无水乙醇分散活化,重复此操作两次;将得到的沉淀加入适量去离子水,并在上述溶液中加入六水合氯化镍,使六水合氯化镍浓度为0.15mol/L。用磁力搅拌器在40℃充分搅拌4h;再用少量去离子水溶解二水合钼酸钠并缓慢添加至上述体系中,并再次添加适量去离子水,使溶液中镍离子和钼酸根离子浓度均为0.15mol/L,用磁力搅拌器在60℃搅拌上述溶液直至得到大量黄色沉淀,将溶液在25℃静置陈化14h;然后对所得溶液在3000r/m条件下离心5min,并将沉淀物放入80℃烘箱中干燥8h;将干燥后的粉末移至坩埚,在550℃马沸炉中高温煅烧4h,取出样品后自然冷却至室温。即可得到钼酸镍微米微球材料,图7所示,本实施例所得材料为钼酸镍为球状结构的粉体材料,图8所示,球状粉体材料的平均尺寸为3.3*2.2μm。
实施例4
称取酵母粉并加入适量去离子水中,室温下用磁力搅拌器充分搅拌30min,然后在3000r/m条件下离心5min,弃去上清液,再次用去离子水分散洗涤后离心,反复进行三次,再将清洗后的酵母用无水乙醇搅拌溶解,在3000r/m条件下离心5min后,弃去上清液,再次用无水乙醇分散活化,重复此操作两次;将得到的沉淀加入适量去离子水,并在上述溶液中加入六水合硝酸镍,使六水合硝酸镍浓度为0.1mol/L。用磁力搅拌器在60℃充分搅拌2h;再用少量去离子水溶解二水合钼酸钠并缓慢添加至上述体系中,并再次添加适量去离子水,使溶液中镍离子和钼酸根离子浓度均为0.1mol/L,用磁力搅拌器在75℃搅拌上述溶液直至得到大量黄色沉淀,将溶液在25℃静置陈化12h;然后对所得溶液在3000r/m条件下离心5min,并将沉淀物放入80℃烘箱中干燥12h;将干燥后的粉末移至坩埚,在550℃马沸炉中高温煅烧3h,取出样品后自然冷却至室温。即可得到钼酸镍微米微球材料,如图9所示,所得材料为钼酸镍球状结构的粉体材料,图10所示,球状粉体材料的平均尺寸为2.0*1.3μm。
实施例5
称取酵母粉并加入适量生理盐水中,室温下用磁力搅拌器充分搅拌30min,然后在3000r/m条件下离心5min,弃去上清液,再次用生理盐水分散洗涤后离心,反复进行三次,再将清洗后的酵母用无水乙醇搅拌溶解,在3000r/m条件下离心5min后,弃去上清液,再次用无水乙醇分散活化,重复此操作两次;将得到的沉淀加入适量去离子水,在上述溶液中加入六水合硝酸镍,并使其浓度为0.1mol/L。用磁力搅拌器在50℃充分搅拌3h;再用少量去离子水溶解水合钼酸钠并缓慢添加至上述体系中,并再次添加适量去离子水,使溶液中镍离子和钼酸根离子浓度均为0.1mol/L,用磁力搅拌器在70℃搅拌上述溶液直至得到大量黄色沉淀,将溶液在25℃静置陈化13h;然后对所得溶液在3000r/m条件下离心5min,并将沉淀物放入80℃烘箱中干燥10h;将干燥后的粉末移至坩埚,在550℃马沸炉中高温煅烧4h,取出样品后自然冷却至室温。即可得到钼酸镍微米微球材料,如图11所示,本实施例所得材料为钼酸镍为球状结构的粉体材料,图12所示,球状粉体材料的平均尺寸为2.2*1.5μm。
实施例6
称取酵母粉并加入适量的去离子水中,室温下用磁力搅拌器充分搅拌30min,然后在3000r/m条件下离心5min,弃去上清液,再次用去离子水分散洗涤后离心,反复进行三次,再将清洗后的酵母用无水乙醇搅拌溶解,在3000r/m条件下离心5min后,弃去上清液,再次用无水乙醇分散活化,重复此操作两次;将得到的沉淀加入适量去离子水,并在上述溶液中加入六水合硝酸镍,使六水合氯化镍浓度为0.15mol/L,并用磁力搅拌器在40℃充分搅拌4h,用磁力搅拌器在50℃充分搅拌3h;再用少量去离子水溶解二水合钼酸钠并缓慢添加至上述体系中,并再次添加适量去离子水,使溶液中镍离子和钼酸根离子浓度均为0.15mol/L,用磁力搅拌器在65℃搅拌上述溶液直至得到大量黄色沉淀,将溶液在25℃静置陈化14h;然后对所得溶液在3000r/m条件下离心5min,并将沉淀物放入80℃烘箱中干燥8h;将干燥后的粉末移至坩埚,在550℃马沸炉中高温煅烧5h,取出样品后自然冷却至室温。即可得到钼酸镍微米微球材料,如图13所示,本实施例所得材料为钼酸镍球状结构的粉体材料,图14所示,球状粉体材料的平均尺寸为3.0*2.6μm。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进,所述的酵母细胞模板变换,以及钼酸盐材料的替换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种钼酸镍微米粉体材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)酵母细胞模板的洗涤和活化:先将酵母粉经分散剂反复洗涤后,再用活化剂对酵母粉进行活化,得到表面活化的酵母细胞模板;
(2)酵母细胞模板吸附镍离子:将活化的酵母细胞模板加入去离子水中,并在其中加入六水合氯化镍或六水合硝酸镍,并用磁力搅拌器在40~60℃温度下搅拌2~4h,促进酵母细胞模板对镍离子的吸附;
(3)钼酸镍的生成及陈化:溶液体系中加入用去离子水溶解的二水合钼酸钠,然后再添加适量去离子水,溶液中镍离子和钼酸根离子的浓度均保持在0.05~0.15mol/L,然后将反应溶液在60-80℃下搅拌至出现大量黄色沉淀,再在20~30℃温度下陈化8~14h;
(4)获取杂化材料和干燥:将陈化后的材料进行洗涤,再在离心机中以2500~3500r/min的速度进行离心3~8min,然后将沉淀物置于烘箱中80~100℃烘干,时间为8~12h,得到酵母-钼酸镍杂化颗粒;
(5)将杂化颗粒锻烧:将得到的酵母-钼酸镍杂化颗粒在400~600℃温度下锻烧2~5h后,冷却至室温,得到钼酸镍粉体材料。
2.根据权利要求1所述的钼酸镍粉体材料的制备方法,其特征在于:所述的步骤(1)中,所述的分散剂是去离子水或生理盐水,洗涤次数为2~5次;所述的活化剂是无水乙醇。
3.根据权利要求1所述的钼酸镍粉体材料的制备方法,其特征在于:所述的活化是通过无水乙醇搅拌溶解后,在离心机中以2500~3500r/min的速度进行离心3~8min,去除上清液。
4.根据权利要求1所述的钼酸镍粉体材料的制备方法,其特征在于:所述的步骤(2)中,在用磁力搅拌器搅拌之前还包括加去离子水使六水合氯化镍或六水合硝酸镍溶解的步骤。
5.根据权利要求1所述的钼酸镍粉体材料的制备方法,其特征在于,所述的步骤(3)中,利用磁力搅拌器实现钼酸镍的生成过程应在60~80℃的温度下进行。
6.根据权利要求1所述的钼酸镍粉体材料的制备方法,其特征在于:所述的步骤(4)中,所述的陈化后的材料是通过无水乙醇进行洗涤,洗涤次数为2~5次,洗涤后再在离心机中以2500~3500r/min的速度进行离心3~8min,去除上清液。
7.根据权利要求1所述的钼酸镍粉体材料的制备方法,其特征在于:所述的步骤(2)中,体系中酵母细胞模板的质量为500-1500g时,加入的六水合氯化镍或六水合硝酸镍是3-10mol。
8.根据权利要求1所述的钼酸镍粉体材料的制备方法,其特征在于:所述的步骤(3)中,体系中酵母细胞模板的质量为500-1500g时,添加至溶液中的二水合钼酸钠是3-10mol。
9.根据权利要求1-8任一所述的钼酸镍粉体材料的制备方法,其特征在于:所述的酵母细胞模板是面包酵母干粉或商品酵母细胞干粉。
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- 2013-08-19 CN CN201310362302.9A patent/CN103449537B/zh not_active Expired - Fee Related
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