CN106735282A - 一种钼酸钠有机化制备纳米钼粉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米钼粉的制备方法，通过钼酸钠与水杨酸反应生成液态的水杨酸钼，经过管式炉热分解，获得纳米氧化钼，再通过箱式炉进行氢还原，获得高纯度的纳米钼粉，称取钼酸钠、硫酸和水杨酸，用蒸馏水为反应溶剂，在95～110℃反应5～8h，获得水杨酸钼，钼酸钠、硫酸与水杨酸的摩尔比例为1：0.9～1.1：0.8～1.2，配置的水溶液中钼酸根离子的摩尔浓度为1～2mol/L；将水杨酸钼净化后热分解，最后还原。本发明制备的纳米钼粉粒径为10‑40nm，纯度为99.999%，收率达到98%，钼粉粒度均匀，为完全的纳米级粉末，适用于工业化生产。

Description

一种钼酸钠有机化制备纳米钼粉的方法
技术领域
本发明涉及一种钼酸钠有机化制备纳米钼粉的方法。它是通过钼酸钠和水杨酸反应获得水杨酸钼，通过热分解，利用液态有机钼和热分解产生气态物质的良好分散性，获得高纯的纳米氧化钼，再通过氢还原，获得纳米钼粉，主要应用于纳米钼丝、电触头、合金混合物、电子基衬、厚膜墨水、金属注射成型和热喷涂粉末等。
背景技术
钼和钼合金具有高熔点、高强度、高硬度、高耐磨性、高导热导电性、膨胀系数低、高弹性模量、耐蚀性能好、良好延伸性能等优势，而广泛用于钢铁冶金、石油化工、航空航天和核工业等领域。随着材料科技领域的发展，对钼及钼合金的性能提出了更高的要求，而钼粉是生产钼及钼合金的主要原料，纳米钼粉作为钼的纳米化材料，高需求纳米钼粉制备技术成为钼工业发展的重要环节而备受研究者关注。
纳米钼粉的制备方法主要包括蒸发三氧化钼还原法、球磨法、沉淀还原法、超声波法和电子脉冲法。
蒸发三氧化钼还原法是通过将三氧化钼高温升华为三氧化钼蒸汽，蒸汽冷凝为纳米氧化钼粉末再还原为纳米钼粉，或直接三氧化钼蒸汽还原为纳米钼粉，该方法需要在超过1150℃的高温环境进行，制备的钼粉颗粒为40-70nm。蒸发三氧化钼还原法工艺简单，粉末较均匀，但钼粉纳米化程度低，设备负责，能耗高，难以工业化生产。
球磨法是将粗颗粒钼粉分别在高硬度材料制作的容器中球磨，可以制得粒径为6nm左右的钼粉。但钼粉颗粒纯度受容器材质影响，且颗粒畸变和组成变化都大，粒度分布不均匀。
沉淀还原法主要为化学水解沉淀还原法，从含钼可溶性化合物的溶液中沉积氢氧化物，洗涤和干燥后，在860℃的温度下进行还原，可获得粒径为10～100nm的钼粉，其中大多数钼粉颗粒的粒径大于50nm。粒径分布不均匀，难以工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种钼酸钠有机化制备纳米钼粉的方法。具体制备过程如下：
A钼酸钠有机化
称取钼酸钠、硫酸和水杨酸，用蒸馏水为反应溶剂，在95～110℃反应5～8h，获得水杨酸钼。其中钼酸钠、硫酸与水杨酸的摩尔比为1:0.9～1.1：0.8～1.2，配置的水溶液中钼酸根离子的摩尔浓度为1～2mol/L。
B水杨酸钼净化
将反应获得水杨酸钼经过水洗除杂，蒸馏除水获得纯水杨酸钼。
C热分解反应
将净化后的水杨酸钼升温至180～320℃，保温0.5～8小时。热分解时采用干燥的循环氩气保护。采用管式炉、箱式炉等进行连续生产，水杨酸钼在高温下热分解，分解的蒸汽能够实现氧化钼的均匀纳米化，二氧化钼粉末粒径为5～20nm，获得的有机物回用。
D还原
将上述获得的纳米氧化钼在600～700℃，氢气还原为纳米钼粉。采用管式炉、箱式炉进行连续生产，获得的钼粉粒径为10～40nm。
钼酸钠、硫酸与水杨酸的摩尔比例为1：0.9～1.1：0.8～1。
C步骤所述的热分解温度为：180～300℃。
钼酸钠和水杨酸充分反应生成水杨酸钼；水杨酸钼在180～320℃液化迅速分解，放出大量的气体和热量，可以得到分散均匀的纳米级氧化钼。这个过程中首先发生了水杨酸钼复杂的分解反应，获得氧化钼和水杨酸等气体。
当水杨酸钼在氧气存在的情况下，反应式如下：
(C7H6O3)2MoO2+1/2O2→MoO3+2C7H6O3
当水杨酸钼在惰性气氛下，反应式如下：
(C7H6O3)2MoO2→MoO2+2C7H6O3
二氧化钼还原少了三氧化钼还原为二氧化钼的环节。二氧化钼的氢还原，还原温度在600～700℃，还原剂为氢气，反应式为：
MoO2+H2→Mo+2H2O
本发明用于生产纳米钼粉，具有反应温度低和效率高等特点，还原过程是直接以二氧化钼进行还原。与常规的蒸发三氧化钼还原相比，降低了各阶段的温度，设备简单易操作，同时对设备的材质要求较低；与常规的沉淀还原法相比，粒度分布均匀，收率高，90%以上都是20～30nm的钼粉，克服了一般沉淀还原法制备钼粉高温团聚的现象。
本发明工艺过程简单、产率高、钼粉纳米化彻底，且粒度分布均匀，易于工业化生产，具有清洁、节能和绿色环保的特点。所得纳米钼粉粒径在10～40nm，纯度在99.99%，球形度高，均匀程度高。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明做详细说明。
实施例1
A钼酸钠有机化
称取钼酸钠、硫酸和水杨酸，用蒸馏水为反应溶剂，在95℃反应5h，获得水杨酸钼。其中钼酸钠、硫酸与水杨酸的摩尔比例为1:0.9:0.8，配置钼酸根离子1mol/L的溶液5L。
B水杨酸钼净化
将反应获得水杨酸钼经过水洗除杂，蒸馏除水获得纯水杨酸钼2018g。
C热分解反应
通过推舟将净化后的水杨酸钼送至管式炉，氩气为惰性气体，升温至240℃，保温4小时。获得二氧化钼粉末粒径为30nm，获得的有机物回用。
D还原
再将管式炉温度升至650℃，氢气还原为纳米钼粉。
测得钼粉重量为479.6g，粒径为35nm，纯度为99.992%。
实施例2
A钼酸钠有机化
称取钼酸钠、硫酸和水杨酸，用蒸馏水为反应溶剂，在100℃反应6h，获得水杨酸钼。其中钼酸钠、硫酸与水杨酸的摩尔比例为1:1:1，配置钼酸根离子1mol/L的溶液5L。
B水杨酸钼净化
将反应获得水杨酸钼经过水洗除杂，蒸馏除水获得纯水杨酸钼2016g。
C热分解反应
通过推舟将净化后的水杨酸钼送至管式炉，氩气为惰性气体，升温至300℃，保温6小时。获得二氧化钼粉末粒径为10nm，获得的有机物回用。
D还原
再将管式炉温度升至700℃，氢气还原为纳米钼粉。
测得钼粉重量为479.2g，粒径为20nm，纯度为99.995%。
实施例3
A钼酸钠有机化
称取钼酸钠、硫酸和水杨酸，用蒸馏水为反应溶剂，在110℃反应8h，获得水杨酸钼。其中钼酸钠、硫酸与水杨酸的摩尔比例为1:1:1，配置钼酸根离子2mol/L的溶液5L。
B水杨酸钼净化
将反应获得水杨酸钼经过水洗除杂，蒸馏除水获得纯水杨酸钼4037g。
C热分解反应
通过推舟将净化后的水杨酸钼送至管式炉，氩气为惰性气体，升温至320℃，保温6小时。获得二氧化钼粉末粒径为8nm，获得的有机物回用。
D还原
再将管式炉温度升至700℃，氢气还原为纳米钼粉。
测得钼粉重量为958.6g，粒径为10nm，纯度为99.994%。
实施例4
A钼酸钠有机化
称取钼酸钠、硫酸和水杨酸，用蒸馏水为反应溶剂，在105℃反应7h，获得水杨酸钼。其中钼酸钠、硫酸与水杨酸的摩尔比例为1:1:1，配置钼酸根离子1.5mol/L的溶液5L。
B水杨酸钼净化
将反应获得水杨酸钼经过水洗除杂，蒸馏除水获得纯水杨酸钼3025g。
C热分解反应
通过推舟将净化后的水杨酸钼送至管式炉，氩气为惰性气体，升温至320℃，保温6小时。获得二氧化钼粉末粒径为12nm，获得的有机物回用。
D还原
再将管式炉温度升至680℃，氢气还原为纳米钼粉。
测得钼粉重量为718g，粒径为14nm，纯度为99.993%。

Claims (3)

1.一种钼酸钠有机化制备纳米钼粉的方法，其特征在于制备过程如下：
A钼酸钠有机化
称取钼酸钠、硫酸和水杨酸，用蒸馏水为反应溶剂，在95～110℃反应5～8h，获得水杨酸钼，钼酸钠、硫酸与水杨酸的摩尔比例为1：0.9～1.1：0.8～1.2，配置的水溶液中钼酸根离子的摩尔浓度为1～2mol/L；
B水杨酸钼净化
将反应获得水杨酸钼经过水洗除杂，蒸馏除水获得纯水杨酸钼；
C热分解反应
将净化后的水杨酸钼升温至180～320℃，保温0.5～8小时，热分解时采用干燥的循环氩气保护，采用管式炉或箱式炉进行连续生产，水杨酸钼在高温下热分解，分解的蒸汽实现氧化钼的均匀纳米化，二氧化钼粉末粒径为5～20nm，获得的有机物回用；
D还原
将上述获得的纳米氧化钼在600～700℃，氢气还原为纳米钼粉，采用管式炉、箱式炉进行连续生产，获得的钼粉粒径为10～40nm。
2.如权利要求1所述的钼酸钠有机化制备纳米钼粉的方法，其特征在于：钼酸钠、硫酸与水杨酸的摩尔比例为1：0.9～1.1：0.8～1。
3.如权利要求1所述的钼酸钠有机化制备纳米钼粉的方法，其特征在于：C步骤所述的热分解温度为：180～300℃。
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