CN107552808B - 一种纳米镍粉的规模化连续制备装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纳米镍粉的规模化连续制备装置和方法，其中的装置包括压力原料储存容器、水合肼存储容器、撞击反应器、温控反应容器、撞击流混合器、搅拌反应装置，撞击反应器位于温控反应容器的上部开口处，撞击反应器包括位于中部的中央通道和位于中央通道的周围的偶数个对称的导流道，相对称的导流道之间的夹角为30~150°，压力原料储存容器分别与中央通道、每两个相对称的导流道连接；温控反应容器的出料口、水合肼存储容器分别与撞击流混合器连接，撞击流混合器经过搅拌反应装置与过滤装置连接。采用本发明的技术方案，实现了反应的连续稳定进行，反应速度快，得到的纳米镍粉颗粒尺寸分布窄，形貌均匀，一致性好。
Description
技术领域
本发明属于纳米粉体材料的制备技术领域，尤其涉及一种纳米镍粉的规模化连续制备装置和方法。
背景技术
纳米材料具有独特的物理、化学性质，可以应用于包括生物医药、环境处理、催化、新能源、电子电气等领域在内的几乎全部工业领域。据估计，到2020年市场规模可达3万亿美元，并提供约600万个工作岗位，因此世界各国都十分重视纳米材料的产业化。
镍纳米材料因其在导电浆料、氢化作用、水的电催化氧化、催化、磁记录等领域具有广泛的应用前景，再加上镍本身价格较低、导电性良好以及抗氧化能力较强而受到了广泛的关注。
在镍纳米粉体的诸多如蒸发-冷凝、电沉积、雾化、多元醇还原、化学气相沉积、有机金属前躯体热解以及液相化学还原等方法中，在碱性条件下利用水合肼还原镍金属盐制备镍纳米颗粒的液相化学还原法由于其原料简单、操作方便、设备要求不高、易于实现工业化生产成为了应用最为广泛的方法之一。根据相关文献报道，采用镍盐（NiCl2·6H2O，NiSO4·6H2O，Ni(CH3COO)2·2H2O）、氢氧化钠和水合肼还原反应制备纳米镍颗粒，实质上是水合肼与Ni(OH)2反应得到纳米镍颗粒。因此，前驱体Ni(OH)2的形貌、尺寸、尺寸分布等对最终产物镍纳米颗粒的影响很大。要想制得形貌均匀、尺寸分布窄的镍纳米颗粒，就必须严格控制Ni(OH)2的形貌和尺寸分布。
但是，由于Ni2+与OH-的反应速度非常快，常规的在反应釜中搅拌反应的方法很难控制Ni(OH)2的形貌和尺寸分布。此外，水合肼在还原Ni(OH)2时，会产生大量的气体、放出大量的热，大规模制备时，及时的排气和散热极为重要，这也是釜式反应难以做到的。因此，有必要研发一种可对Ni(OH)2的形貌和尺寸分布有效控制，同时又有利于排气和散热、适合大规模制备镍纳米颗粒的装置和方法。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种纳米镍粉的规模化连续制备装置和方法，解决了在反应釜中制备Ni(OH)2时存在的形貌和尺寸分布不可控、以及反应过程中大量散热和排气的问题，实现了镍纳米颗粒的规模化连续制备。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种纳米镍粉的规模化连续制备装置，其包括压力原料储存容器、水合肼存储容器、撞击反应器、温控反应容器、撞击流混合器、搅拌反应装置和过滤装置，所述撞击反应器位于温控反应容器的上部开口处；所述撞击反应器包括位于中部的中央通道，在位于中央通道的周围设有偶数个对称的导流道，相对称的导流道之间的夹角为30~150°，所述压力原料储存容器至少有两个，其中一个压力原料储存容器与中央通道的入口连接，每两个相对称的导流道分别与另外的压力原料储存容器连接；所述导流道、中央通道的延长线相交于撞击反应器的下方、并位于温控反应容器的腔体中部，所述温控反应容器的侧壁设有排气孔；所述温控反应容器的出料口、水合肼存储容器分别与撞击流混合器的入口连接，所述撞击流混合器的出口与搅拌反应装置的入口连接，所述搅拌反应装置的出口与过滤装置连接；
所述压力原料储存容器中的一个装有镍盐和表面活性剂的混合水溶液，一个装有强碱水溶液。其中，所述温控反应容器的下部设有搅拌装置。
所述压力原料储存容器用来存储反应原料，并保持提供一定的压力，使反应原料能以一定的速度进行相互撞击。
位于温控反应容器上部的撞击反应器是引导撞击反应发生的核心部件，其中央通道是一种反应物料的导流孔道，在距离中央孔道一定距离的圆上均布有偶数个导流道，作为另一种或多种反应物料的导流道，且相对称的导流道之间的夹角在30~150°间。经过中央通道、导流道的反应物料汇集在撞击反应器的下面，液流交会角在30~150°间。反应物料在液流交汇点高速撞击混合，同时完成反应。由于几股液流撞击和反应的区域距离器壁较远，因此不会受到器壁的干扰，可视为均相成核反应。连续的反应方式保证了反应的持续稳定进行，很容易实现规模化量产。而且相对空旷的撞击反应区域以及排气孔的存在，对于放热和有气体挥发的反应也可以兼容。
快速撞击反应的产物落到温控反应容器的底部，在搅拌装置的搅拌作用下，使未反应完全的物料反应完全，同时搅拌作用也有防止产物沉降和团聚的作用。而温控反应容器可以对反应区域的温度进行适当的控制，拓展了本装置的适用范围，底部凹面（搅拌桨处为平面）还可以对产物进行收集，反应后得到的氢氧化镍和水合肼进入撞击流混合器中。
撞击流混合器综合了撞击流和静态混合器的优势，能把两种体积流量相差不大的液体，采用相向高速撞击实现快速混合，撞击混合后的液体进一步通过静态混合器实现更加均匀的传质混合。不同液态物料的传质要求，如混合效果、混合时间、混合流量等，可以简单的通过提高液流流速、增大管径尺寸、延长管道长度等手段来实现，因此撞击流混合器具有传质混合速度快、混合效率高、流量大、放大容易、连续、稳定、可控性强等多种优点。氢氧化镍和水合肼在此快速混合并开使反应。
作为本发明的进一步改进，相对称的导流道之间的夹角为60~120°。
作为本发明的进一步改进，所述纳米镍粉的规模化连续制备装置包括氢氧化镍存储容器，所述温控反应容器的底部设有出料口，所述出料口与氢氧化镍存储容器连接，所述氢氧化镍存储容器的出口与撞击流混合器的入口连接，所述氢氧化镍存储容器的出口与撞击流混合器的连接管线上设有换热器。
作为本发明的进一步改进，所述水合肼存储容器与撞击流混合器的连接管线上设有换热器。
作为本发明的进一步改进，所述纳米镍粉的规模化连续制备装置包括高压保护气体容器、原料储存容器，所述高压保护气体容器分别通过气压表与至少两个压力原料储存容器连接，所述原料储存容器分别通过换热器与压力原料储存容器连接。其中高压保护气体容器用于提供具有一定压力的气体，用于赋予和保持压力原料储存容器中的压力恒定，使反应前躯体溶液能以较高的流速在撞击反应器中的中央通道、导流道引导下以一定的角度高速撞击，同时完成混合和反应。气压表用于监控和调节气体的压力。换热器用于加热反应原料，使其保持在需要的温度。
作为本发明的进一步改进，所述原料储存容器通过蠕动泵与压力原料储存容器连接。蠕动泵用来实现物料的连续传输。
作为本发明的进一步改进，所述搅拌反应装置包括多个串联的搅拌反应槽，所述搅拌反应槽内设有挡板，所述搅拌反应槽包括槽体壁部，所述挡板位于搅拌反应槽的液体入口处的槽体壁部内侧，所述挡板的顶部高于槽体壁部的顶部；所述挡板的底部高于槽体壁部的底部，且与搅拌反应槽的底部留有间隙，所述挡板与槽体壁部之间设有流体通道，所述液体从搅拌反应槽的入口进入，然后通过流体通道从搅拌反应槽的底部流入搅拌反应槽内进行搅拌。
采用此技术方案，多个连接在一起的搅拌反应槽可以使从撞击流混合器中流出的反应液进一步反应完全。并且，在这些搅拌反应槽内加有挡板，挡板和槽体壁部的空隙作为流体通道，用以控制反应混合液从搅拌槽底部流入到搅拌反应槽中。进一步的，串联的搅拌反应槽高度依次降低，当前一搅拌反应槽盛满后，反应液就自动流入到下一级搅拌反应槽。由于挡板的存在，使得液体只能从容器的底部进入搅拌区，确保了反应物可被最大时间限度的搅拌。通过控制液流流速以及调节搅拌反应槽的大小可以实现反应物在依次流经各个搅拌反应槽后反应完全。
作为本发明的进一步改进，串联的搅拌反应槽高度依次降低，所述搅拌反应槽上部敞口，所述搅拌装置的壳体设有散热排气孔。采用此技术方案，串联的搅拌反应槽上部敞口，可以使反应产生的气体和热量得以顺利释放出来，避免影响反应的进行。包裹串联搅拌反应槽的搅拌装置的壳体开有多个散热排气孔，通过连接通风装置和尾气处理装置，可以将槽内的热量和气体排放到气体处理系统并防止污染，既保障了反应过程中的及时散热和排气，又净化了工况空间和符合环保要求。
作为本发明的进一步改进，所述纳米镍粉的规模化连续制备装置包括成品颗粒存储容器、废料容器，所述过滤装置分别与成品颗粒存储容器、废料容器连接。制得的产物经过过滤装置过滤洗涤后存放于成品颗粒存储容器中，过滤的废液存储于废料容器中。
上述部件就组成了一套适用于快速反应制备纳米镍粉体的生产装置，由上分析可见，该反应系统具有反应速度快、操作简单、可控性强、适用范围广、放大容易等多种优势，能够很好的克服在反应釜中制备Ni(OH)2时存在的形貌和尺寸分布不可控、以及反应过程中大量散热和排气不畅的问题，实现了在碱性条件下采用水合肼还原镍金属盐批量制备镍纳米颗粒。
本发明还公开了一种纳米镍粉的规模化连续制备的方法，其采用如上所述的纳米镍粉的规模化连续制备装置进行制备，其包括以下步骤：
步骤S1，开启温控反应容器的温度控制系统，使温控反应容器内部的温度保持在50-85℃；
步骤S2，使压力原料储存容器的液体在压力作用下进入撞击反应器，通过撞击反应器的中央通道、导流道以一定的速度在撞击反应器的下方相互撞击并发生反应；反应后，产物掉落到温控反应容器的底部，继续反应后进入氢氧化镍存储容器中；其中，所述压力原料储存容器中的液体压力控制在0.15~2MPa。
优选的，所述压力原料储存容器的液体经过加热到50-85℃进入到撞击反应器中。
因为强碱和镍盐的反应速度很快，在多股液流撞击的瞬间反应就进行完全，产物掉落到温控反应容器的底部，受搅拌器的搅动进一步混合反应和分散，使反应物充分反应并防止团聚，流入到氢氧化镍存储容器中。
步骤S3，所述氢氧化镍存储容器中的物料加热到50-85℃进入撞击流混合器中，水合肼存储容器中的物料经过加热到40-60℃进入撞击流混合器中，两者发生撞击反应后进入搅拌反应装置中继续反应；
步骤S4，在搅拌反应装置中反应后物料流入到过滤装置中，经洗涤过滤得到纳米镍颗粒。
作为本发明的进一步改进，所述镍盐包括硝酸镍、硫酸镍、氯化镍、乙酸镍中的一种或几种的混合物。
作为本发明的进一步改进，所述镍盐的浓度为0.5-2.5mol/L。
作为本发明的进一步改进，所述表面活性剂包括PVP、CTAB、CTAC、柠檬酸钠、F127、P123、细胞纤维素、脂肪酸、油酸中的一种或多种的混合物。
作为本发明的进一步改进，所述强碱包括氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种的混合物。
作为本发明的进一步改进，所述搅拌反应槽为四个，包括第一搅拌反应槽、第二搅拌反应槽、第三搅拌反应槽和第四搅拌反应槽，控制物料在第一搅拌反应槽中的时间为3-8分钟，在第二搅拌反应槽中的时间为5-15分钟，在第三搅拌反应槽中的时间为8-20分钟，在第四搅拌反应槽中的时间为15-30分钟。此技术方案中，控制物料在每个搅拌反应槽中的反应时间，可通过控制物料流入流量和搅拌反应槽的体积来调整。这样，既保证了反应的连续稳定进行，又有效避免了在单一搅拌反应槽内导致的最终产物颗粒尺寸分布宽、形貌不均匀的问题。
具体而言，所述纳米镍粉的规模化连续制备的方法包括以下步骤：
步骤A1，将镍盐和表面活性剂的混合水溶液加入到一个原料储存容器中，将强碱水溶液加入另一个原料储存容器中，并打开换热器；
步骤A2，开启温控反应容器的温度控制系统，使温控反应容器内部的温度保持在50-85℃；
步骤A3，使原料储存容器内的原料分别流入压力原料储存容器中，并同时开启高压保护气体容器，使高压保护气体分别进入压力原料储存容器中；
步骤A4，压力原料储存容器的液体在压力作用下进入撞击反应器，通过撞击反应器的中央通道、导流道以一定的速度在撞击反应器的下方相互撞击并发生反应；反应后，产物掉落到温控反应容器的底部，经过搅拌继续反应后进入氢氧化镍存储容器中；
步骤A5，所述氢氧化镍存储容器中的物料加热到50-85℃进入撞击流混合器中，水合肼存储容器中的物料经过加热到40-60℃进入撞击流混合器中，两者发生撞击反应后进入搅拌反应装置中继续反应；
步骤A6，在搅拌反应装置中反应后物料流入到过滤装置中，经洗涤过滤得到纳米镍颗粒。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用本发明的技术方案，实现了反应的连续稳定进行，反应速度快，得到的纳米镍粉颗粒尺寸分布窄，形貌均匀，一致性好，有效避免了在单一搅拌反应槽内导致的最终产物颗粒尺寸分布宽、形貌不均匀的问题，也解决了反应过程中大量散热和排气不畅的问题，操作简单、可控性强、放大容易，适用于在碱性条件下采用水合肼还原镍金属盐批量制备镍纳米颗粒。
附图说明
图1是本发明一种纳米镍粉的规模化连续制备装置的结构示意图。
图2为发明所涉及的撞击反应器的剖面示意图。
图3为发明所涉及的撞击反应器的俯视示意图。
图4为发明所涉及的撞击反应器的导流道的反应物料布置示意图。
图5为发明所涉及的搅拌反应装置的结构示意图。
图6是实施例3所制备镍粉的扫描电镜照片。
图7是实施例3所制备镍粉的XRD图谱。
图8是对比例1中采用30L双层玻璃反应釜所制备的镍粉的扫描电镜照片。
附图标记包括：
1-高压惰性气瓶，2-第一原料搅拌槽，3-第二原料搅拌槽，4-第三原料搅拌槽，5-第一压力储料槽，6-第二压力储料槽，7-撞击反应器，8-温控反应容器，9-氢氧化镍存储槽，10-撞击流混合器，11-搅拌反应装置，12-过滤装置，13-镍纳米颗粒存储槽，14-废料槽，15-气压表，16-蠕动泵，17-换热器，18-排气孔，19-搅拌器；21-中央通道，22-导流道；31-第一搅拌反应槽，32-第二搅拌反应槽，33-第三搅拌反应槽，34-第四搅拌反应槽，35-槽体壁部，36-挡板，37-进料管，38-流体通道，39-散热排气孔，40-出料口。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
实施例1
如图1~图5所示，一种纳米镍粉的规模化连续制备装置，其包括高压惰性气瓶1、第一原料搅拌槽2、第二原料搅拌槽3、第三原料搅拌槽4、第一压力储料槽5、第二压力储料槽6、撞击反应器7、温控反应容器8、氢氧化镍存储槽9、撞击流混合器10、搅拌反应装置11、过滤装置12、镍纳米颗粒存储槽13、废料槽14；所述高压惰性气瓶1分别通过气压表15与第一压力储料槽5、第二压力储料槽6连接，所述第一原料搅拌槽2通过蠕动泵16与第一压力储料槽5连接，所述第二原料搅拌槽3通过蠕动泵16与第二压力储料槽6连接，所述第一原料搅拌槽2与第一压力储料槽5连接的管线上、所述第二原料搅拌槽3与第二压力储料槽6连接的管线上设有换热器17；所述撞击反应器7位于温控反应容器8的上部开口处；所述撞击反应器7包括位于中部的中央通道21，在位于中央通道21的周围设有偶数个对称的导流道22，相对称的导流道22之间的夹角为30~150°；本实施例中，所述导流道22为两个，对称设置。第一压力储料槽5与中央通道21的入口连接，两个相对称的导流道22与第二压力储料槽6连接；所述导流道22、中央通道21的延长线相交于撞击反应器7的下方、并位于温控反应容器8的腔体中部，所述温控反应容器8的侧壁设有排气孔18。第一原料搅拌槽2装有镍盐和表面活性剂的混合水溶液，第二原料搅拌槽3装有强碱水溶液，第三原料搅拌槽4装有水合肼溶液。
如图1~图5所示，所述温控反应容器8的下部设有搅拌器19，所述温控反应容器8的底部设有出料口40，所述出料口40与氢氧化镍存储槽9连接，所述氢氧化镍存储槽9的出口与撞击流混合器10的入口连接，所述第三原料搅拌槽4通过蠕动泵16与撞击流混合器10的另一入口连接，所述氢氧化镍存储槽9的出口与撞击流混合器10的连接管线上、第三原料搅拌槽4与撞击流混合器10的连接管线上设有换热器17。所述撞击流混合器10的出口与搅拌反应装置11的入口连接，所述搅拌反应装置11的出口与过滤装置12连接。所述过滤装置12与镍纳米颗粒存储槽13、废料槽14连接。
如图1和图5所示，所述搅拌反应装置11包括四个串联的搅拌反应槽，分别为第一搅拌反应槽31、第二搅拌反应槽32、第三搅拌反应槽33和第四搅拌反应槽34，所述搅拌反应槽内设有挡板36，所述搅拌反应槽包括槽体壁部35，所述挡板36位于搅拌反应槽的液体入口处的槽体壁部35内侧，所述挡板36的顶部高于槽体壁部35的顶部；所述挡板36的底部高于槽体壁部35的底部，且与搅拌反应槽的底部留有间隙，所述挡板36与槽体壁部35之间设有流体通道38。串联的第一搅拌反应槽31、第二搅拌反应槽32、第三搅拌反应槽33和第四搅拌反应槽34的高度依次降低，也就是槽体壁部35依次降低，所述搅拌反应槽上部敞口，所述搅拌装置的壳体设有散热排气孔39。液体从搅拌反应装置的进料管37进入第一搅拌反应槽31，从槽体壁部35与挡板36之间的流体通道38从底部进入第一搅拌反应槽31内，经过第一搅拌反应槽31内搅拌反应后，当第一搅拌反应槽31盛满后，液体越过第一搅拌反应槽31的槽体壁部35的顶部后，从槽体壁部35与挡板36之间的流体通道38从第二搅拌反应槽32的底部流入第二搅拌反应槽32内进行搅拌，依次流入第三搅拌反应槽33和第四搅拌反应槽34中，最后从第四搅拌反应槽34流入出料口40，进入过滤装置12中。
采用上述一种纳米镍粉的规模化连续制备装置进行纳米镍粉的连续制备，其包括以下步骤：
步骤A1，将镍盐和表面活性剂的混合水溶液加入到一个原料储存容器中，将强碱水溶液加入另一个原料储存容器中，并打开换热器17；
步骤A2，开启温控反应容器8的温度控制系统，使温控反应容器8内部的温度保持在50-85℃；
步骤A3，使原料储存容器内的原料分别流入压力原料储存容器中，并同时开启高压保护气体容器，使高压保护气体分别进入压力原料储存容器中；
步骤A4，压力原料储存容器的液体在压力作用下进入撞击反应器7，通过撞击反应器7的中央通道21、导流道22以一定的速度在撞击反应器7的下方相互撞击并发生反应；反应后，产物掉落到温控反应容器8的底部，经过搅拌继续反应后进入氢氧化镍存储槽9中；
步骤A5，所述氢氧化镍存储槽9中的物料加热到50-85℃进入撞击流混合器10中，水合肼存储容器中的物料经过加热到40-60℃进入撞击流混合器10中，两者发生撞击反应后进入搅拌反应装置11中继续反应；经过多个串联的搅拌反应槽后，最终反应完全；
步骤A6，在搅拌反应装置11中反应后物料流入到过滤装置12中，经洗涤过滤得到纳米镍颗粒，存储于镍纳米颗粒存储槽13中，废液流入废料槽14中，处理后回收。
上述步骤中，所述镍盐包括硝酸镍、硫酸镍、氯化镍、乙酸镍中的一种或几种的混合物；所述镍盐的浓度为0.5-2.5mol/L；所述表面活性剂包括PVP、CTAB、CTAC、柠檬酸钠、F127、P123、细胞纤维素、脂肪酸、油酸中的一种或多种的混合物；所述强碱包括氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种的混合物。
物料在每个搅拌反应槽中的反应时间可通过控制物料流入流量和搅拌反应槽的体积来调整，控制物料在第一搅拌反应槽31中的时间为3-8分钟，在第二搅拌反应槽32中的时间为5-15分钟，在第三搅拌反应槽33中的时间为8-20分钟，在第四搅拌反应槽34中的时间为15-30分钟。
实施例2
采用实施例1提供的一种纳米镍粉的规模化连续制备装置和方法制备镍纳米颗粒，包括以下步骤：
将硝酸镍、一定量的PVP剂和纯水在第一原料搅拌槽2中溶解成0.5M的镍盐溶液。将氢氧化钠在第二原料搅拌槽3中溶解成1.2M的溶液。
开启蠕动泵16，第一原料搅拌槽2、第二原料搅拌槽3中的液体分别通过换热器17加热到60℃，然后流入到第一压力储料槽5和第二压力储料槽6中，与此同时打开高压惰性气瓶1使气体进入第一压力储料槽5和第二压力储料槽6中，使第一压力储料槽5和第二压力储料槽6中的液体压力控制在0.2MPa。实验开始前，打开温控反应容器8的温度控制系统，使温控反应容器8内部的温度保持在60℃。经过加热的原料进入撞击反应器7，通过撞击反应器7的中央通道21和导流道22以一定的速度在撞击反应器7下方一定距离处相互撞击并发生反应，产物掉落到温控反应容器8的底部，受搅拌器19的搅动进一步混合反应和分散，使反应物充分反应并防止团聚，流入到氢氧化镍存储槽9中。
氢氧化镍存储槽9中的氢氧化镍在流经换热器17时被加热到75℃，经蠕动泵16泵入撞击流混合器10中。与此同时，第三原料搅拌槽4中1.4M的水合肼溶液经换热器17被加热到45℃，然后在蠕动泵16的推动下进入撞击流混合器10中，与氢氧化镍发生撞击反应后迅速流入到第一搅拌反应槽31中反应3分钟，物料在第二搅拌反应槽32中的时间是6分钟，物料在第三搅拌反应槽33中的时间是10分钟，物料在第四搅拌反应槽34中的时间是18分钟。在第四搅拌反应槽34中反应完全的物料流入到过滤装置12中，经洗涤过滤得到纳米镍颗粒，存储于镍纳米颗粒存储槽13中，废液流入到废料槽14中，经处理后回用。
实施例3
采用实施例1提供的一种纳米镍粉的规模化连续制备装置和方法制备镍纳米颗粒，包括以下步骤：
将硫酸镍、一定量的CTAB和纯水在第一原料搅拌槽2中溶解均匀，形成1M的镍盐溶液。将氢氧化钾在第二原料搅拌槽3中溶解成2.5M的水溶液。
开启蠕动泵16，第一原料搅拌槽2、第二原料搅拌槽3中的液体分别通过换热器17加热到65℃。经过加热的原料流入到第一压力储料槽5和第二压力储料槽6中，与此同时打开高压惰性气瓶1使气体进入第一压力储料槽5和第二压力储料槽6中，使第一压力储料槽5和第二压力储料槽6中的液体压力控制在0.5MPa。实验开始前，打开温控反应容器8的温度控制系统，使温控反应容器8内部的温度保持在65℃。经过加热的原料进入撞击反应器7，通过撞击反应器7的中央通道21和导流道22以一定的速度在撞击反应器7下方一定距离处相互撞击并发生反应，产物掉落到温控反应容器8的底部，受搅拌器19的搅动进一步混合反应和分散，使反应物充分反应并防止团聚，流入到氢氧化镍存储槽9中。
氢氧化镍存储槽9中的氢氧化镍在流经换热器17时被加热到80℃，经蠕动泵16泵入撞击流混合器10中。与此同时，第三原料搅拌槽4中的1.5M的水合肼溶液经换热器17被加热到60℃，然后在蠕动泵16的推动下进入撞击流混合器10中，与氢氧化镍发生撞击反应后迅速流入到第一搅拌反应槽31中反应5分钟，物料在第二搅拌反应槽32中的时间是10分钟，物料在第三搅拌反应槽33中的时间是13分钟，物料在第四搅拌反应槽34中的时间是25分钟。在第四搅拌反应槽34中反应完全的物料流入到过滤装置12中，经洗涤过滤得到纳米镍颗粒，存储于镍纳米颗粒存储槽13中，废液流入到废料槽14中，经处理后回用。
所制备镍粉的扫描电镜照片和XRD谱图见图6和图7，可见所制备的纳米镍颗粒粒径均匀、形貌规整，没有其他杂质相。
对比例1
作为对比，在30L的双层玻璃反应釜中，采用与实施例3同样的反应物浓度和配比，先向反应釜中加入纯水、硫酸镍和CTAB，溶解混合并加热到80℃。然后，在双层三叶式螺旋搅拌浆转速为350rpm的情况下，先向反应釜中滴加80℃的氢氧化钾水溶液，得到氢氧化镍，滴加完毕后再继续搅拌反应30分钟。而后，再向反应釜中滴加60℃的水合肼溶液，同时将搅拌桨转速提高到500rpm，滴加完毕后继续搅拌反应3小时，最终反应产物的扫描电镜照片见图8。
通过实施例3和对比例1的结果对比可见，实施例3所制备粉体为纯镍物相，纳米镍粉的形貌均一、尺寸分布窄。
实施例4
采用实施例1的一种纳米镍粉的规模化连续制备装置和方法制备镍纳米颗粒，包括以下步骤：
将氯化镍、一定量的CTAC和纯水在第一原料搅拌槽2中溶解均匀，形成1.5M的镍盐溶液。将氢氧化钠在第二原料搅拌槽3中溶解成3.3M水溶液。
开启蠕动泵16，第一原料搅拌槽2、第二原料搅拌槽3中的液体分别通过换热器17加热到70℃。经过加热的原料流入到第一压力储料槽5和第二压力储料槽6中，与此同时打开高压惰性气瓶1使气体进入第一压力储料槽5和第二压力储料槽6中，使第一压力储料槽5和第二压力储料槽6中的液体压力控制在0.8MPa。实验开始前，打开温控反应容器8的温度控制系统，使温控反应容器8内部的温度保持在70℃。经过加热的原料进入撞击反应器7，通过撞击反应器7的中央通道21和导流道22以一定的速度在撞击反应器7下方一定距离处相互撞击并发生反应，产物掉落到温控反应容器8的底部，受搅拌器19的搅动进一步混合反应和分散，使反应物充分反应并防止团聚，流入到氢氧化镍存储槽9中。
氢氧化镍存储槽9中的氢氧化镍在流经换热器17时被加热到85℃，经蠕动泵16泵入撞击流混合器10中。与此同时，第三原料搅拌槽4中的2.5M的水合肼溶液经换热器17被加热到55℃，然后在蠕动泵16的推动下进入撞击流混合器10中，与氢氧化镍发生撞击反应后迅速流入到第一搅拌反应槽31中反应8分钟，物料在第二搅拌反应槽32中的时间是12分钟，物料在第三搅拌反应槽33中的时间是17分钟，物料在第四搅拌反应槽34中的时间是28分钟。在第四搅拌反应槽34中反应完全的物料流入到过滤装置12中，经洗涤过滤得到纳米镍颗粒，存储于镍纳米颗粒存储槽13中，废液流入到废料槽14中，经处理后回用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种纳米镍粉的规模化连续制备的方法，其特征在于：其采用纳米镍粉的规模化连续制备装置进行制备，
所述纳米镍粉的规模化连续制备装置包括压力原料储存容器、水合肼存储容器、撞击反应器、温控反应容器、撞击流混合器、搅拌反应装置和过滤装置，所述撞击反应器位于温控反应容器的上部开口处；所述撞击反应器包括位于中部的中央通道，在位于中央通道的周围设有偶数个对称的导流道，相对称的导流道之间的夹角为30~150°，所述压力原料储存容器至少有两个，其中一个压力原料储存容器与中央通道的入口连接，每两个相对称的导流道分别与另外的压力原料储存容器连接；所述导流道、中央通道的延长线相交于撞击反应器的下方、并位于温控反应容器的腔体中部，所述温控反应容器的侧壁设有排气孔；所述温控反应容器的出料口、水合肼存储容器分别与撞击流混合器的入口连接，所述撞击流混合器的出口与搅拌反应装置的入口连接，所述搅拌反应装置的出口与过滤装置连接；
所述压力原料储存容器中的一个装有镍盐和表面活性剂的混合水溶液，一个装有强碱水溶液;
其包括高压保护气体容器、原料储存容器，所述高压保护气体容器分别通过气压表与至少两个压力原料储存容器连接，所述原料储存容器分别通过换热器与压力原料储存容器连接，
制备包括以下步骤：
步骤S1，开启温控反应容器的温度控制系统，使温控反应容器内部的温度保持在50-85℃；
步骤S2，使压力原料储存容器的液体在压力作用下进入撞击反应器，通过撞击反应器的中央通道、导流道以一定的速度在撞击反应器的下方相互撞击并发生反应；反应后，产物掉落到温控反应容器的底部，继续反应后进入氢氧化镍存储容器中；
步骤S3，所述氢氧化镍存储容器中的物料加热到50-85℃进入撞击流混合器中，水合肼存储容器中的物料经过加热到40-60℃进入撞击流混合器中，两者发生撞击反应后进入搅拌反应装置中继续反应；
步骤S4，在搅拌反应装置中反应后的物料流入到过滤装置中，经洗涤过滤得到纳米镍颗粒。
2.根据权利要求1所述的纳米镍粉的规模化连续制备的方法，其特征在于：所述镍盐包括硝酸镍、硫酸镍、氯化镍、乙酸镍中的一种或几种的混合物；所述镍盐的浓度为0.5-2.5mol/L；所述表面活性剂包括PVP、CTAB、CTAC、柠檬酸钠、F127、P123、细胞纤维素、脂肪酸、油酸中的一种或多种的混合物；所述强碱包括氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种的混合物。
3.根据权利要求2所述的纳米镍粉的规模化连续制备的方法，其特征在于：所述搅拌反应槽为四个，包括第一搅拌反应槽、第二搅拌反应槽、第三搅拌反应槽和第四搅拌反应槽，控制物料在第一搅拌反应槽中的时间为3-8分钟，在第二搅拌反应槽中的时间为5-15分钟，在第三搅拌反应槽中的时间为8-20分钟，在第四搅拌反应槽中的时间为15-30分钟。
4.根据权利要求1所述的纳米镍粉的规模化连续制备的方法，其特征在于：相对称的导流道之间的夹角为60~120°。
5.根据权利要求1所述的纳米镍粉的规模化连续制备的方法，其特征在于：其包括氢氧化镍存储容器，所述温控反应容器的底部设有出料口，所述出料口与氢氧化镍存储容器连接，所述氢氧化镍存储容器的出口与撞击流混合器的入口连接，所述氢氧化镍存储容器的出口与撞击流混合器的连接管线上设有换热器；所述水合肼存储容器与撞击流混合器的连接管线上设有换热器。
6.根据权利要求5所述的纳米镍粉的规模化连续制备的方法，其特征在于：所述搅拌反应装置包括多个串联的搅拌反应槽，所述搅拌反应槽内设有挡板，所述搅拌反应槽包括槽体壁部，所述挡板位于搅拌反应槽的液体入口处的槽体壁部内侧，所述挡板的顶部高于槽体壁部的顶部；所述挡板的底部高于槽体壁部的底部，且与搅拌反应槽的底部留有间隙，所述挡板与槽体壁部之间设有流体通道，所述液体从搅拌反应槽的入口进入，然后通过流体通道从搅拌反应槽的底部流入搅拌反应槽内进行搅拌。
7.根据权利要求6所述的纳米镍粉的规模化连续制备的方法，其特征在于：串联的搅拌反应槽高度依次降低，所述搅拌反应槽上部敞口，所述搅拌装置的壳体设有散热排气孔。
8.根据权利要求1所述的纳米镍粉的规模化连续制备的方法，其特征在于：其包括成品颗粒存储容器、废料容器，所述过滤装置分别与成品颗粒存储容器、废料容器连接。
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