CN108677220A - 一种用于制备纳米金属粉的电解液 - Google Patents
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Abstract
一种用于制备纳米金属粉的电解液,所述电解液含有下列组分:氟碳阴离子表面活性剂或二丁基萘磺酸钠0.5~7g/L,非离子表面活性剂3~10g/L,助剂3~15g/L,金属盐15~50 g/L,其余为水;电解液的温度控制在25~50℃,在电沉积的条件下制备纳米金属粉。本发明电解液均一性好,稳定性高,对极板腐蚀量少,污染少。使用本发明配制的电解液进行电沉积过程中,纳米金属粉不会粘附在阴极上,自脱附性能好,极板易清洗,可实现自动化连续生产;所制备的纳米金属粉,分散性好,易收集。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料中金属粉末制备技术领域,特别涉及一种用于制备纳米金属粉的电解液。
背景技术
纳米技术是20世纪末出现的高新技术,在材料科学领域占有重要地位,有望成为21世纪新的经济增长点。纳米材料性能、制备及应用的研究已经成为人们共同关注的前沿课题。
金属纳米粉作为纳米材料中的一员,有着其独特的材料特性,常用来制备金属纳米粉的有钴、铜、银、铁、镍、锌等,另外还有它们的合金以及氧化物等。金属纳米粉体对电磁波有特殊的吸收作用,铁、钴、氧化锌粉末及碳包金属粉末可作为军事用高性能毫米波隐形材料、可见光—红外线隐形材料和结构式隐形材料,以及手机辐射屏蔽材料。纳米铝、铜、镍粉体有高活化表面,在无氧条件下可以在低于粉体熔点的温度实施涂层,铜及其合金纳米粉体用作催化剂,效率高、选择性强,可用于二氧化碳和氢合成甲醇等反应过程中的催化剂。
近年来,有关纳米粉体材料的制备研究,国内外都有不少报道,制备方法有:化学气相法、溶剂蒸发法、机械粉碎法、蒸发冷凝法、机械合金法、电沉积法等。电沉积法制备纳米金属粉因具有工艺流程简单,成本相对较低,能耗低,产量高,且易于控制,对环境污染小等优点而进行了大量的研究。
李淼等人(超声电沉积制备纳米铜粉末的机理研究. 材料开发与应用.2004,19(3):12-15)以无水硫酸铜为原料,加入十二烷基苯磺酸钠配成电解液,十二烷基苯磺酸钠作为活性剂和分散剂,通过超声电沉积法制备分散性好,平均粒径只有30nm纳米铜粉。喻建胜(超声乳化电沉积法制备超细金属粉体及其在润滑油中的应用研究.四川大学.2006)采用硫酸亚铁、还原铁粉、硫酸、氯化钾、乳化/包覆剂、蒸馏水为电解液,在超声电沉积的条件下制备超细铁粉;采用硫酸亚锡、硫酸、乳化/包覆剂、蒸馏水为电解液,在超声电沉积的条件下制备超细锡粉;采用硫酸铜、硫酸、乳化/包覆剂、蒸馏水为电解液,在超声电沉积的条件下制备超细铜粉。王菊香等人(超声电解法制备超细金属粉的研究.材料科学与工程学报.2000,18:70-74)采用NiSO4•6H2O、NaCl、NH4Cl、硬脂酸钠为电解液,在超声电沉积的条件下制备超细镍粉。上述方法所采用的电解液均需在超声的条件下才可实现制备过程中金属纳米粉体的自脱附,难以实现规模化生产。
CN 200610070831.1公开了一种在乳状液体系中制备纳米镍粉的方法。该方法采用硫酸镍水溶液/十二烷基苯磺酸钠/正戊醇/正庚烷构成的W/O型乳状液体系作为微反应器,用硼氢化钠还原硫酸镍制备纳米级镍微粒,可以通过时间调控,制备20~50nm范围内不同粒径的纳米镍粉。
CN 200410064751.6公开了一种纳米铁粉的制备方法。该方法是,将铁盐溶于乙醇、水或乙醇和水的混合溶液中,使铁离子的摩尔溶度为0.02~1.0mol/L,加入摩尔数为铁离子15~20倍的NaOH和含肼量为铁离子摩尔数8~30倍的质量溶度为40~80%的水合肼溶液,搅拌均匀后在80~120℃加热回流至母液无色透明,即可得到纳米铁粉。
CN 02104330.2公开了一种金属纳米粉体的制备方法。该方法采用金属盐水溶液、调节剂加入到表面活性剂与还原剂水溶液中,在有保护剂及调剂存在的情况下还原金属盐制备金属纳米粉体,金属纳米粉体的粒子直径在30~100nm。
上述三种方法均是采用化学还原法制备纳米金属粉,所采用的乳化液均一性、稳定性较差。
CN 200610019729.9公开了一种纳米锌粉的单槽超声电解制备方法。该方法是在导电性有机溶液中加入一定比例的蒸馏水、锌盐(氯化锌、硫酸锌和硝酸锌中的一种)和表面活性剂(油酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、糖精、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠和巯基乙醇中的一种)配制成电解液,在超声的作用下施加脉冲电流,从而形成纳米级的单质锌粉。该方法采用的电解液难以形成均一稳定的溶液,必须在超声的条件下才能形成纳米级的单质锌粉,难以实现大批量生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种均一性好,稳定性高,对极板腐蚀量少,可实现自动化连续生产,污染少的用于制备纳米金属粉的电解液。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种用于制备纳米金属粉的电解液,含有下列组分: 氟碳阴离子表面活性剂或二丁基萘磺酸钠0.5~7g/L,非离子表面活性剂3~10g/L,助剂3~15g/L,金属盐15~50 g/L,其余为水。
进一步,所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、吐温80、吐温40、吐温61、吐温81、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
进一步,所述助剂为甲醇、乙醇、乙二醇、正丁醇中的至少一种。
进一步,所述金属盐为CuSO4•5H2O、Cu(NO3)2、ZnSO4、Zn(NO3)2、AgNO3、SnSO4、FeSO4•7H2O、NiSO4•6H2O和Ni(NH2SO3)2•4H2O中的一种。
所述电解液的制备方法:将按预定重量配比称取的氟碳阴离子表面活性剂或二丁基萘磺酸钠、非离子表面活性剂、助剂混合,加入适量水(例如200ml)中,机械搅拌均匀,得复合表面活性剂溶液;再将相应的金属盐加入适量水(例如200ml)中溶解,得相应的金属盐溶液,然后将所述复合表面活性剂溶液加入金属盐溶液中,再加水定容至预定体积(例如1L)。
所述电解液的温度优选25~50℃。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)使用本发明所配制的电解液体系溶液均一性好,稳定性高,对极板腐蚀量少,污染少环保;
(2)使用本发明配制的电解液在电沉积条件下制备的纳米金属粉不会粘附在阴极上,自脱附性能好,极板易清洗,可实现自动化连续生产;
(3)使用本发明配制的电解液在电沉积条件下制备的纳米金属粉分散性好,易收集。
附图说明
图1为本发明实施例1用于制备纳米铜粉的电解液的光学显微镜图;
图2为使用实施例1电解液制备的纳米铜粉的X射线衍射(XRD)图;
图3为使用实施例1电解液制备的纳米铜粉的扫描电镜(SEM)图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
本实施例电解液为一种用于制备纳米铜粉的电解液,按每升电解液称取以下重量的原料组分: 氟碳阴离子表面活性剂0.5g,非离子表面活性剂椰子油脂肪酸二乙醇酰胺5.0g,助剂乙二醇5.0g,金属盐CuSO4·5H2O 25.0g;将所述氟碳阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂椰子油脂肪酸二乙醇酰胺及助剂乙二醇加入至200ml的水中,机械搅拌25min,得复合表面活性剂溶液;将所述CuSO4·5H2O溶解于200ml水中,得硫酸铜溶液;将所述复合表面活性剂溶液加入所述硫酸铜溶液中,加水配制成1L水溶液,加硫酸将溶液的pH值调节至4.0;用机械搅拌分散60min,配制成电解液。电解液温度控制在25℃。
本实施例所配制的电解液通过光学显微镜检测,所形成的胶团呈球状,溶液均一性好(参见说明书附图1);电沉积法所制取的铜粉通过XRD和扫描电镜(SEM)分析,纯度大于99%,粒径在40~100nm之间(参见说明书附图2、附图3);电沉积制备过程中纳米铜粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好,阳极腐蚀量极少。
实施例2
本实施例电解液为一种制备纳米锌粉的电解液,按每升电解液比例称取以下原料:二丁基萘磺酸钠1.0g,非离子表面活性剂吐温40 3.0g,助剂乙醇10.0g,ZnSO4 30.0g;将二丁基萘磺酸钠和所述非离子表面活性剂吐温40及所述的助剂乙醇加入至200ml的水中,机械搅拌25min,得复合表面活性剂溶液;将所述ZnSO4溶解于200ml水中,得硫酸锌溶液;将所述复合表面活性剂溶液加入所述硫酸锌溶液中,加水配制成1L水溶液,加硫酸将溶液的pH值调节至4.0;用机械搅拌分散60min,配制成电解液。电解液温度控制在40℃。
本实施例所配制的电解液通过光学显微镜检测,所形成的胶团呈球状,溶液均一性好;电沉积法所制取的锌粉通过XRD和扫描电镜(SEM)分析,纯度大于99%,粒径在30~80nm之间;电沉积制备过程中纳米锌粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好,阳极腐蚀量极少。
实施例3
本实施例电解液为为制备纳米银粉的电解液,按每升电解液比例称取以下原料:氟碳阴离子表面活性剂7.0g,非离子表面活性剂椰子油脂肪酸二乙醇酰胺10.0g,助剂正丁醇15.0g,AgNO3 15.0g;将氟碳阴离子表面活性剂和所述非离子表面活性剂椰子油脂肪酸二乙醇酰胺及所述助剂正丁醇加入至200ml的水中,机械搅拌60min,得复合表面活性剂溶液;将所述AgNO3溶解于200ml水中,得硝酸银溶液;将所述复合表面活性剂溶液加入所述硝酸银溶液中,加水配制成1L水溶液,加硫酸将溶液的pH值调节至5.0;用机械搅拌分散60min,配制成电解液。电解液温度控制在30℃。
本实施例所配制的电解液通过光学显微镜检测,所形成的胶团呈球状,溶液均一性好;电沉积法所制取的银粉通过XRD和扫描电镜(SEM)分析,纯度大于99%,粒径在40~80nm之间;电沉积制备过程中纳米银粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好,阳极腐蚀量极少。
实施例4
本实施例电解液为一种制备纳米锡粉的电解液,按每升电解液比例称取以下原材料:二丁基萘磺酸钠0.5g,非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚3.0g,助剂甲醇3.0g,SnSO450.0g;将二丁基萘磺酸钠和所述非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚及所述助剂甲醇加入至200ml的水中,机械搅拌30min,得复合表面活性剂溶液;将所述SnSO4溶解于200ml水中,得硫酸锡溶液;将所述复合表面活性剂溶液加入所述硫酸锡溶液中,加水配制成1L水溶液,加硫酸将溶液的pH值调节至4.0;用机械搅拌分散60min,配制成电解液。电解液温度控制在50℃。
本实施例所配制的电解液通过光学显微镜检测,所形成的胶团呈球状,溶液均一性好;电沉积法所制取的锡粉通过XRD和扫描电镜(SEM)分析,纯度大于99%,粒径在40~100nm之间;电沉积制备过程中超细锡粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好,阳极腐蚀量很少。
实施例5
本实施例电解液为一种制备纳米铁粉的电解液,按每升电解液比例称取以下原材料:二丁基萘磺酸钠3.5g,非离子表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮6.0g,助剂乙二醇15.0g,FeSO4•7H2O 30.0g;将二丁基萘磺酸钠和所述非离子表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮及所述助剂乙二醇加入至200ml的水中,机械搅拌40min,得复合表面活性剂溶液;将所述FeSO4•7H2O溶解于200ml水中,得硫酸亚铁溶液;将所述复合表面活性剂溶液加入所述硫酸亚铁溶液中,加水配制成1L水溶液,加硫酸将溶液的pH值调节至4.5;用机械搅拌分散60min,配制成电解液。电解液温度控制在45℃。
本实施例所配制的电解液通过光学显微镜检测,所形成的胶团呈球状,溶液均一性好;电沉积法所制取的铁粉通过XRD和扫描电镜(SEM)分析,纯度大于99%,粒径在20~80nm之间;电沉积制备过程中纳米铁粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好,阳极腐蚀量极少。
实施例6
本实施例电解液为一种制备纳米镍粉的电解液,按每升电解液比例称取以下原材料:二丁基萘磺酸钠1.5g,非离子表面活性剂10.0g(吐温80和吐温61各5.0g),助剂8.0g(乙醇和甲醇各4.0g),NiSO4•6H2O 20.0g;将二丁基萘磺酸钠和所述非离子表面活性剂(吐温80和吐温61)及所述助剂(乙醇和甲醇)加入至200ml的水中,机械搅拌30min,得复合表面活性剂溶液;将所述NiSO4•6H2O溶解于200ml水中,得硫酸镍溶液;将所述复合表面活性剂溶液加入所述硫酸镍溶液中,加水配制成1L水溶液,加硫酸将溶液的pH值调节至4.0;用机械搅拌分散60min,配制成电解液。电解液温度控制在35℃。
本实施例所配制的电解液通过光学显微镜检测,所形成的胶团呈球状,溶液均一性好;电沉积法所制取的镍粉通过XRD和扫描电镜(SEM)分析,纯度大于99%,粒径在30~80nm之间;电沉积制备过程中纳米镍粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好,阳极腐蚀量极少。
实施例7
本实施例电解液为一种制备纳米铜粉的电解液,按每升电解液比例称取以下原材料:氟碳阴离子表面活性剂4.5g,非离子表面活性剂9.0g(吐温40、吐温61、吐温81分别为1.0g,2.0g,6.0g),助剂9.0g(乙二醇和正丁醇分别为2.0g,7.0g),金属盐Cu(NO3)2 40.0g。将所述氟碳阴离子表面活性剂和所述非离子表面活性剂(吐温40、吐温61、吐温81)及所述的助剂(乙二醇和正丁醇)加入至200ml的水中,机械搅拌25min,得复合表面活性剂溶液;将所述Cu(NO3)2溶解于200ml水中,得硝酸铜溶液;将所述复合表面活性剂溶液加入所述硝酸铜溶液中,加水配制成1L水溶液,加硫酸将溶液的pH值调节至4.0;用机械搅拌分散60min,配制成电解液。电解液温度控制在35℃。
本实施例所配制的电解液通过光学显微镜检测,所形成的胶团呈球状,溶液均一性好;电沉积法所制取的铜粉通过XRD和扫描电镜(SEM)分析,纯度大于99%,粒径在40~100nm之间;电沉积制备过程中纳米铜粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好,阳极腐蚀量极少。
实施例8
本实施例电解液为一种制备纳米锌粉的电解液,按每升电解液比例称取以下原材料:二丁基萘磺酸钠6.0g,非离子表面活性剂6.0g(吐温40和吐温80分别为1.0g,5.0g),助剂12.0g(乙醇和乙二醇分别为1.0g,11.0g),Zn(NO3)2 35.0g;将二丁基萘磺酸钠和所述非离子表面活性剂(吐温40和吐温80)及所述的助剂(乙醇和乙二醇)加入至200ml的水中,机械搅拌25min,得复合表面活性剂溶液;将所述Zn(NO3)2溶解于200ml水中,得硝酸锌溶液;将所述复合表面活性剂溶液加入所述硝酸锌溶液中,加水配制成1L水溶液,加硫酸将溶液的pH值调节至4.0;用机械搅拌分散60min,配制成电解液。电解液温度控制在40℃。
本实施例所配制的电解液通过光学显微镜检测,所形成的胶团呈球状,溶液均一性好;电沉积法所制取的锌粉通过XRD和扫描电镜(SEM)分析,纯度大于99%,粒径在30~80nm之间;电沉积制备过程中纳米锌粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好,阳极腐蚀量极少。
实施例9
本实施例电解液为一种制备纳米镍粉的电解液,按每升电解液比例称取以下原材料:二丁基萘磺酸钠5.5g,非离子表面活性剂7.0g(聚乙烯吡咯烷酮和吐温61分别为2.0g,5.0g),助剂8.0g(正丁醇和甲醇分别为2.0g,6.0g),Ni(NH2SO3)2•4H2O 45.0g;将二丁基萘磺酸钠和所述非离子表面活性剂(聚乙烯吡咯烷酮和吐温61)及所述助剂(正丁醇和甲醇)加入至200ml的水中,机械搅拌30min,得复合表面活性剂溶液;将所述Ni(NH2SO3)2•4H2O溶解于200ml水中,得Ni(NH2SO3)2溶液;将所述复合表面活性剂溶液加入所述Ni(NH2SO3)2溶液中,加水配制成1L水溶液,加硫酸将溶液的pH值调节至4.0;用机械搅拌分散60min,配制成电解液。电解液温度控制在38℃。
本实施例所配制的电解液通过光学显微镜检测,所形成的胶团呈球状,溶液均一性好;电沉积法所制取的镍粉通过XRD和扫描电镜(SEM)分析,纯度大于99%,粒径在40~80nm之间;电沉积制备过程中纳米镍粉不会黏附在阴极板上,自脱附性能好,阳极腐蚀量极少。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何修改、变更以及等同变换,均仍属本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于制备纳米金属粉的电解液,其特征在于,所述电解液含有下列组分及质量:氟碳阴离子表面活性剂或二丁基萘磺酸钠0.5~7g/L,非离子表面活性剂3~10g/L,助剂3~15g/L,金属盐15~50 g/L,其余为水。
2.根据权利要求1所述的用于制备纳米金属粉的电解液,其特征在于,所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、吐温80、吐温40、吐温61、吐温81、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的用于制备纳米金属粉的电解液,其特征在于,所述助剂为甲醇、乙醇、乙二醇、正丁醇中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的用于制备纳米金属粉的电解液,其特征在于,所述金属盐为CuSO4•5H2O、Cu(NO3)2、ZnSO4、Zn(NO3)2、AgNO3、SnSO4、FeSO4•7H2O、NiSO4•6H2O和Ni(NH2SO3)2•4H2O中的一种。
5.根据权利要求3所述的用于制备纳米金属粉的电解液,其特征在于,所述金属盐为CuSO4•5H2O、Cu(NO3)2、ZnSO4、Zn(NO3)2、AgNO3、SnSO4、FeSO4•7H2O、NiSO4•6H2O和Ni(NH2SO3)2•4H2O中的一种。
6.根据权利要求1或2或5所述的用于制备纳米金属粉的电解液,其特征在于,所述电解液的温度为25~50℃。
7.根据权利要求3所述的用于制备纳米金属粉的电解液,其特征在于,所述电解液的温度为25~50℃。
8.根据权利要求4所述的用于制备纳米金属粉的电解液,其特征在于,所述电解液的温度为25~50℃。
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