CN111421136B - 一种高纯度高活性纳米粉的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高纯度高活性纳米粉的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）将反应容器抽真空，加入以蒸发冷凝原理制备的金属纳米粉末，并向容器内充入高纯丙烷气体，调节反应容器内压力和温度，使丙烷气体达到超临界状态；（2）维持丙烷超临界状态0.1~10h，得到反应中间体；（3）待步骤（2）完成后，将反应容器打开，缓慢释放丙烷气体；直至不再有气体排出后，将反应器内部的粉体取出，得到初级产品；（4）将初级产品在40~90℃之间烘干，即得产品。经测定，本申请所制备的纳米铝粉粒径在纳米级，其表面均匀包覆有防护剂，粉体粒度均一性好，产品质量稳定、可控。同时，本申请的制备方法流程短，操作方便，具有较高的应用价值和较好的应用效果。

Description

一种高纯度高活性纳米粉的制备方法
技术领域
本发明涉及材料制备领域，具体为一种高纯度高活性纳米粉的制备方法。本申请提供了一种纳米粉体的制备方法，其能制备出纳米级粉体，且反应条件温和，产品质量稳定、可靠，对于促进纳米级含能材料的发展具有重要的进步意义。
背景技术
由于纳米级金属粒子的表面通常有游离的电子，因此，在制备金属纳米粉体的过程中，所制备的纳米粉体往往容易发生氧化。为了防止所制备的纳米粒子氧化，通常需要在纳米粒子的表面包裹有机物。为此，人们进行了大量的研究。
中国专利申请CN1810650A公开了一种纳米二氧化锡颗粒原位包裹碳纳米管复合粉体及制备方法，其利用蒸汽相法制备了包裹完全的碳纳米管复合粉体。在蒸汽相反应釜中，固相组成为含有碳纳米管和SnCl4的N，N′－二甲基甲酰胺溶液或水溶液，液相为纯蒸馏水或氨水，在90－120℃水热处理，利用液相中的水或氨气与水的混和气体不断转移到固相中从而与固相中的SnCl4发生反应，实现二氧化锡在碳纳米管上的包裹。
中国专利申请CN101579643A公开了一种海藻酸盐包覆二氧化钛纳米粉体的溶胶凝胶原位制备方法，其利用溶胶凝胶的技术，常规制备纳米溶胶，将海藻酸盐包裹在粉体外部，形成以二氧化钛为核心以海藻酸盐为外壳的催化剂；具体步骤分为纳米粉体先驱液的制备和溶胶凝胶下包覆纳米粉体的制备两步。该申请采用海藻酸盐作为纳米TiO2的载体，从而达到可回收、可重复使用、无毒环保的目的。
中国专利申请CN103756397A公开了一种氧化锆复合纳米粉体材料及其制备方法，其将雾化的碳酸氢铵水溶液连续喷入搅拌下的预先分别制备，然后混匀的氯氧化锆ZrOCl2.8H2O和钛酸丁酯的无水乙醇溶液中反应制备混合溶胶，混合溶胶采用丁醇为共沸剂，经丁醇共沸脱水后，得到的干料，再煅烧制得。
如前所述，纳米含能材料通常具有高的表面活性，极易氧化而失活，在表层形成一层氧化物，导致活度大幅下降，使得其用作含能材料时的性能大幅降低。现有方法中，也给出了对纳米材料包覆的一些方法。
在此，本申请提供一种反应条件温和、易于制备的纳米粉体制备方法。
发明内容
本发明的发明目的在于，提供一种高纯度高活性纳米粉的制备方法，本申请采用两步法进行纳米粉的制备，其操作简单，流程短，能够满足工业化大规模生产和应用的需求，具有较高的应用价值。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高纯度高活性纳米粉的制备方法，包括如下步骤：
（1）将反应容器抽真空，加入以蒸发冷凝原理制备的金属纳米粉末，并向容器内充入丙烷气体，调节反应容器内压力和温度，使丙烷气体达到超临界状态；
（2）维持丙烷超临界状态0.1~10h，得到反应中间体；
（3）待步骤（2）完成后，将反应容器打开，缓慢释放丙烷气体；直至不再有气体排出后，将反应器内部的粉体取出，得到初级产品；
（4）将初级产品在40~90℃之间烘干，即得产品。
所述步骤1中，向容器内充入高纯丙烷气体。
所述步骤1中，向容器内充入纯度大于99.9%的高纯丙烷气体。
所述步骤1中，超临界丙烷的流体压力不小于4.02MPa，萃取温度不低于98℃。
所述步骤2中，维持丙烷超临界状态0.5~2.0h，得到反应中间体。
所述步骤3中，对释放的丙烷气体进行回收。
所述步骤（2）中，向含有金属纳米粉的超临界丙烷中加入防护剂，并维持丙烷超临界状态0.1~10h，得到反应中间体；
所述步骤（4）中，得到防护剂包覆的高纯度高活性纳米粉。
所述步骤1中，防护剂为溶于烃类的物质。
所述步骤1中，防护剂为石蜡、油酸、油溶性表面活性剂、酯类中的一种或多种。
针对前述问题，本申请提供一种高纯度高活性纳米粉的制备方法。通常情况下，纳米级粒子的表面通常有游离的电子，为了实现对纳米粒子的防氧化处理，需要在其表面包裹有机物，如何制备出产品质量稳定、可靠的改性纳米粉体就显得尤为重要。
本申请中，以金属纳米粉末为处理对象，将未经处理的尺寸较大的纳米颗粒、防护剂（也可以不加）共溶于超临界丙烷中，具体如下：（1）将反应容器抽真空，加入以蒸发冷凝原理制备的金属纳米粉末，并向容器内充入高纯丙烷气体，使其达到一定压力，并配合温度条件，使丙烷气体达到超临界状态；（2）向含有金属纳米粉的超临界丙烷中加入防护剂（也可以不加），并维持丙烷超临界状态0.1~10h，得到反应中间体；（3）将反应容器阀门打开，缓慢释放丙烷气体（丙烷气体可回收）直至不再有气体排出后将反应器内部的粉体取出，得到初级产品；（4）将初级产品在40~90℃之间烘干，得到丙烷或防护剂包覆的高纯度高活性纳米粉。
采用本申请的方法，制备含防护剂的纳米铝粉。经测定，所制备的纳米铝粉粒径在纳米级，其表面均匀包覆有防护剂，粉体粒度均一性好，产品质量稳定、可控。同时，本申请的制备方法流程短，操作方便，具有较高的应用价值和较好的应用效果。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1给出了C1s的精细谱。
图2给出了Al2p的精细谱。
图3为实施例2中未经处理的纳米铜粉形貌图。
图4为实施例2中对照组的纳米铜粉元素含量测试图。
图5为实施例2中实验组的纳米铜粉元素含量测试图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1 制备高纯度高活性纳米铝粉
以蒸发冷凝原理制备的金属纳米铝粉为原料，进行超临界包覆，具体步骤如下。
（1）将反应容器抽真空，加入以蒸发冷凝原理制备的金属纳米粉末，并向容器内充入高纯丙烷气体，调节反应容器内压力为4.02MPa、萃取温度98℃，使丙烷气体达到超临界状态。
（2）维持丙烷超临界状态5.0~6.0h，得到反应中间体。
（3）待步骤（2）完成后，将反应容器打开，缓慢释放丙烷气体；直至不再有气体排出后，将反应器内部的粉体取出，得到初级产品。
（4）将步骤（3）制备的初级产品在60~80℃之间烘干，即得产品，记为试验组。
对本实施例中经超临界法制备的高纯纳米铝粉进行XPS测试（测试条件：无需等离子体表面清洗，样品加载在铜网上，不适用导电胶等含碳物质），试验结果如图1、图2所示。
由图1、图2可知：71.5eV左右的Al2P峰位纳米铝粉表面富电子结构引起的结合能蓝移，284.5eV左右C1s峰蓝移为C-H化合物的峰，这证明铝粉表面已经包覆上了碳氢化合物（丙烷）。
另取蒸发冷凝原理制备的金属纳米铝粉为对照组，其不进行任何处理。
将对照组和实验组分别存放一个月，再进行对比测试，对比测试结果如下表1所示。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
实施例2 制备高纯度高活性纳米铜粉
以蒸发冷凝原理制备的金属纳米铜粉为原料（图3给出了未经处理的纳米铜粉形貌图），进行超临界包覆，具体步骤如下。
（1）将反应容器抽真空，加入以蒸发冷凝原理制备的金属纳米铜粉，并向容器内充入高纯丙烷气体（纯度＞99.999%），调节反应容器内压力大于4.02MPa、临界温度98℃，使丙烷气体达到超临界状态。
（2）向含有金属纳米粉的超临界丙烷中加入防护剂石蜡，维持丙烷超临界状态5.0~6.0h，得到反应中间体。
（3）待步骤（2）完成后，将反应容器打开，缓慢释放丙烷气体；直至不再有气体排出后，将反应器内部的粉体取出，得到初级产品。
（4）将步骤（3）制备的初级产品在60~80℃之间烘干，即得产品。
将本实施例制备的产品记为实验组（即采用本发明处理后的样品）。
另取蒸发冷凝原理制备的金属纳米铜粉为对照组（即没有采用本发明进行处理的样品），其不进行任何处理。
将对照组和实验组分别存放两天后，再进行对比测试。其中，表2给出了对照组的纳米铜粉含量，其测试结果如图4所示。
表2 对照组的纳米铜粉元素含量
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表3给出了实验组的纳米铜粉含量，其测试结果如图5所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE003
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种高纯度高活性纳米粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将反应容器抽真空，加入以蒸发冷凝原理制备的金属纳米粉末，并向容器内充入丙烷气体，调节反应容器内压力和温度，使丙烷气体达到超临界状态；
（2）维持丙烷超临界状态0.1~10h，得到反应中间体；
（3）待步骤（2）完成后，将反应容器打开，缓慢释放丙烷气体；直至不再有气体排出后，将反应器内部的粉体取出，得到初级产品；
（4）将初级产品在40~90℃之间烘干，即得产品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，向容器内充入纯度大于99.9%的高纯丙烷气体。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，超临界丙烷的流体压力不小于4.02MPa，萃取温度不低于98℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，维持丙烷超临界状态0.5~2.0h，得到反应中间体。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，对释放的丙烷气体进行回收。
6.根据权利要求1~5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，向含有金属纳米粉的超临界丙烷中加入防护剂，并维持丙烷超临界状态0.1~10h，得到反应中间体；
所述步骤（4）中，得到防护剂包覆的高纯度高活性纳米粉。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，防护剂为溶于烃类的物质。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，防护剂为石蜡、油酸、油溶性表面活性剂、酯类中的一种或多种。
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