CN113429820A - 一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料及其制备方法,由Mxene和定向排列的金属Co颗粒复合而成,且所述Mxene的质量分数为80%~95%,所述Co的质量分数为5%~20%。该制备方法包括:首先,对制备的Mxene粉体依次进行醇洗、粗化、敏化、活化、水洗以及烘干处理,得到Mxene粉末,之后利用Co(NO3)2·6H2O、氯化铵、柠檬酸钠和氟化锂配置出钴镀液,在强磁场环境中采用水合肼对Mxene粉体进行还原处理,最后进行清洗、干燥,即可。本发明通过化学镀法在Mxene层间制备定向排列的Co颗粒,相比于混乱排列的Co颗粒,能通过磁性导电颗粒间的有效连接,更容易形成导电网络,提高粉体的导电性和防腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于防腐涂层材料技术领域,具体涉及一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料及其制备方法。
背景技术
火力发电厂锅炉管、给水系统、汽轮机金属部件易受腐蚀影响,严重时会导致部件失效造成安全事故及人身安全事件。涂覆防腐蚀涂层是解决上述部件腐蚀问题的重要措施之一。
目前,热镀锌是主流的的防腐蚀技术之一,核心是利用电化学机制、通过镀件水洗、酸洗、浸助镀液、热镀、冷却等系列工艺提供防腐镀层。Zn通过电化学机制保护金属部件,锌的电极电位比铁的低,腐蚀过程中电流由锌流向铁,牺牲锌阳极,达到了保护阴极金属的作用。但其工艺环节复杂、升温冷却等环节耗能高且酸洗废弃物带来的严重的环境污染,除此之外,防腐镀层中锌粉含量一般不低于干膜质量的77%,在贮存过程中容易产生严重的沉底现象,在应力过大时会导致钢结构表面涂层开裂,引起水的渗入腐蚀钢结构,性能上仍存在局限。
MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,来源于其母相MAX相选择性剥离A层,得到二维层主纳结构材料MXene。MXene作为一种类石墨烯结构的新型二维层状材料,兼具金属和陶瓷特性,MXene的电子被限制在二维平面内,呈现优异的导电性。且其优异的抗渗透性可以有效的阻隔腐蚀介质,是理想的防腐材料添填料。此外,将高导电性的金属颗粒与MXene交错排列可以形成更加密集的导电通路。电化腐蚀时,金属失去的电子会通过MXene传递到涂层表面,隔开阴极和阳极反应场所,从而抑制腐蚀;而其层间的作用力弱,易于滑移,提供了涂料的韧性,解决了传统镀锌层局部受应力过大会开裂的问题,避免了水的渗入。
鉴于上述问题及背景,本发明受三明治结构的启发,在MXene层间插入定向排列的导电磁性金属Co,将MXene和Co组装成导电网状,制备出一种高性能的防腐蚀涂层材料用定向排列Mxene/Co导电填料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料及其制备方法,该导电填料呈明显的三明治层状结构,Co颗粒之间能形成导电网络,具有优异的导电性能。
本发明采用如下技术方案来实现的:
一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料,由Mxene和在其层间呈定向排列的金属Co颗粒复合而成,且所述Mxene的质量分数为80%~95%,所述金属Co的质量分数为5%~20%。
一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,制备Mxene粉体;
步骤2,Mxene粉体的预处理:对Mxene粉体依次进行醇洗、粗化、敏化、活化、水洗以及烘干处理,得到预处理后的Mxene粉末;
步骤3,利用Co(NO3)2·6H2O、氯化铵、柠檬酸钠和氟化锂配置出钴镀液;
步骤4,在强磁场环境中,利用步骤3得到的钴镀液和水合肼对经步骤2预处理后的Mxene粉体进行还原处理,得到混合渡液a;
步骤5,采用去离子水将经步骤4后得到的混合渡液a清洗2次~3次,之后放入真空干燥箱中干燥,得到定向排列的三明治结构Mxene/Co导电填料。
本发明进一步的改进在于,所述步骤1中,制备Mxene粉体,具体步骤如下:
步骤1.1,将纯度大于95%的Ti3AlC2粉体浸入质量浓度为40%的HF溶液中,密封后在60℃~90℃条件下腐蚀处理16h~24h,得到反应液;
其中,Ti3AlC2粉体的平均粒度为5μm~20μm;Ti3AlC2粉体与HF的摩尔比为1:3~5;
步骤1.2,经步骤1.1后,将反应液进行过滤,之后将得到的滤渣用去离子水清洗2次~3次,之后放入烘箱中进行干燥,得到Mxene粉体;
其中,干燥温度为100℃~120℃,干燥时间为24h~48h。
本发明进一步的改进在于,所述步骤2中,Mxene粉体的预处理,具体步骤如下:
步骤2.1,将经步骤1后得到的Mxene粉体倒入乙醇水溶液中,并使Mxene粉体完全浸没于乙醇水溶液,利用乙醇水溶液对Mxene粉体进行醇洗,醇洗时间为10min~30min;
步骤2.2,将经步骤2.1后得到的Mxene粉体倒入硝酸水溶液中,并使Mxene粉体完全浸没于硝酸水溶液,利用硝酸水溶液对Mxene粉体进行粗化处理,粗化处理时间为30min~60min;
硝酸水溶液是由硝酸和水按体积比为1:1~4混合均匀后得到的;
步骤2.3,按体积比为1~4:1将盐酸和SnCl2水溶液混合,形成敏化处理液,将经步骤2.2后得到的Mxene粉体倒入敏化处理液中,并使Mxene粉体完全浸没于敏化处理液中,利用敏化处理液对Mxene粉体进行敏化处理,敏化处理时间为30min~60min;
步骤2.4,按质量比为1:1:1将PdCl2水溶液、硼酸水溶液及盐酸混合,形成活化液,将经步骤2.3后得到的Mxene粉体倒入活化液中,并使Mxene粉体完全浸没于活化液中,利用活化液对Mxene粉体进行活化处理,活化处理时间为1h~2h;
其中,步骤2.5,采用去离子水对经步骤2.4活化处理后的Mxene粉体清洗2次~4次,再依次经离心、过滤处理,之后放入烘箱中进行干燥,得到预处理后的Mxene粉体;
干燥温度为80℃~120℃,干燥时间为24h~36h。
本发明进一步的改进在于,步骤2.1中,乙醇水溶液是由乙醇和水按体积比为1:1~3混合均匀后得到的。
本发明进一步的改进在于,步骤2.3中,SnCl2水溶液的浓度为0.1g/L~0.2g/L,盐酸的浓度为100ml/L~200ml/L。
本发明进一步的改进在于,步骤2.4中,PdCl2水溶液的浓度为0.1g/L~0.2g/L,硼酸水溶液的浓度为10g/L~20g/L,盐酸的浓度为100ml/L~200ml/L。
本发明进一步的改进在于,所述步骤3中,利用Co(NO3)2·6H2O、氯化铵、柠檬酸钠和氟化锂配置出钴镀液,具体方法如下:
于常温条件下,按如下顺序及配比将各原料混合,配制出钴镀液:
溶解并搅拌均匀后,通过添加NaOH将溶液pH调至10~11。
本发明进一步的改进在于,所述步骤4按照以下步骤实施:
步骤4.1,放置两组磁场强度为1T的氦母赫兹线圈,使其处于强磁场环境中,将经步骤2预处理后的Mxene粉体浸入到经步骤3配置的钴镀液中,进行机械搅拌,并加热至60℃~80℃,得到混合渡液;
Mxene粉体与钴镀液中钴的质量比为4~19:1;
步骤4.2,将水合肼缓慢滴加到经步骤4.1后得到的混合渡液中进行还原反应,待水合肼滴加完毕后,继续搅拌30min~60min,使还原反应充分进行,得到混合渡液a;
水合肼的浓度为:20g/L~30g/L;水合肼与钴镀液中钴的摩尔比为2~3:1。
本发明进一步的改进在于,所述步骤5中,干燥温度为80℃~120℃,干燥时间为12h~24h。
本发明至少具有如下有益的技术效果:
本发明通过在强磁场作用下制备定向排列的Mxene/Co粉体,相比于混乱排列的Co颗粒,能通过磁性导电颗粒间的有效连接,更容易形成导电网络,从而提高粉体的导电性和防腐蚀性能。
附图说明
图1是本发明一种定向排列的Mxene/Co导电填料的XRD图;
图2是本发明一种定向排列的Mxene/Co导电填料的SEM图;
图3是本发明一种定向排列的Mxene/Co的电导率图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种定向排列的Mxene/Co导电填料,由Mxene和Co复合而成,且Mxene的纯度为80%~95%,Co的质量分数为5%~20%。
本发明一种定向排列的Mxene/Co导电填料的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1,制备Mxene粉体,具体步骤如下;
步骤1.1,将纯度大于95%的Ti3AlC2粉体浸入质量浓度为40%的HF溶液中,密封后在60℃~90℃条件下腐蚀处理16h~24h,得到反应液;
其中,Ti3AlC2粉体的平均粒度为5μm~20μm;Ti3AlC2粉体与HF的摩尔比为1:3~5;
步骤1.2,经步骤1.1后,将反应液进行过滤,之后将得到的滤渣用去离子水清洗2次~3次,之后放入烘箱中进行干燥,得到Mxene粉体;
干燥温度为100℃~120℃,干燥时间为24h~48h;
步骤2,Mxene粉体的预处理:对Mxene粉体依次进行醇洗、粗化、敏化、活化、水洗以及烘干处理,得到Mxene粉末,具体步骤如下:
步骤2.1,将经步骤1后得到的Mxene粉体倒入乙醇水溶液中,并使Mxene粉体完全浸没于乙醇水溶液,利用乙醇水溶液对Mxene粉体进行醇洗,醇洗时间为10min~30min;
乙醇水溶液是由乙醇和水按体积比为1:1~3混合均匀后得到的;
步骤2.2,将经步骤2.1后得到的Mxene粉体倒入硝酸水溶液中,并使Mxene粉体完全浸没于硝酸水溶液,利用硝酸水溶液对Mxene粉体进行粗化处理,粗化处理时间为30min~60min;
硝酸水溶液是由硝酸和水按体积比为1:1~4混合均匀后得到的;
步骤2.3,按体积比为1~4:1将盐酸和SnCl2水溶液混合,形成敏化处理液,将经步骤2.2后得到的Mxene粉体倒入敏化处理液中,并使Mxene粉体完全浸没于敏化处理液中,利用敏化处理液对Mxene粉体进行敏化处理,敏化处理时间为30min~60min;
SnCl2水溶液的浓度为0.1g/L~0.2g/L,盐酸的浓度为100ml/L~200ml/L;
步骤2.4,按质量比为1:1:1将PdCl2水溶液、硼酸水溶液及盐酸混合,形成活化液,将经步骤2.3后得到的Mxene粉体倒入活化液中,并使Mxene粉体完全浸没于活化液中,利用活化液对Mxene粉体进行活化处理,活化处理时间为1h~2h;
其中,PdCl2水溶液的浓度为0.1g/L~0.2g/L,硼酸水溶液的浓度为10g/L~20g/L,盐酸的浓度为100ml/L~200ml/L;
步骤2.5,采用去离子水对经步骤2.4活化处理后的Mxene粉体清洗2次~4次,再依次经离心、过滤处理,之后放入烘箱中进行干燥,得到预处理后的Mxene粉体;
干燥温度为100℃~120℃,干燥时间为24h~48h。
步骤3,利用Co(NO3)2·6H2O、氯化铵和柠檬酸钠配置出钴镀液,具体方法如下:
于常温条件下,按如下顺序及配比将各原料混合,配制出钴镀液:
溶解并搅拌均匀后,通过添加NaOH将溶液pH调至10~11;
步骤4,在烧杯两侧分别放置两组磁场强度为1T的氦母赫兹线圈,使其处于强磁场环境中,然后利用步骤3得到的钴镀液和水合肼对经步骤2预处理后的Mxene粉体进行还原处理,具体按照以下步骤实施:
步骤4.1,在烧杯两侧分别放置两组磁场强度为1T的氦母赫兹线圈,使其处于强磁场环境中,将经步骤2预处理后的Mxene粉体浸入到经步骤3配置的钴镀液中,进行机械搅拌,并加热至60℃~80℃,得到混合渡液;
Mxene粉体与钴镀液中Co的质量比为1~19:1;
步骤4.2,将水合肼缓慢滴加到经步骤4.1后得到的混合渡液中进行还原反应,待水合肼滴加完毕后,继续搅拌30min~60min,使还原反应充分进行,得到混合渡液a;
水合肼的浓度为5g/L~15g/L;
水合肼与钴镀液中钴的摩尔比为2~3:1;
步骤5,采用去离子水将经步骤4后得到的混合渡液a清洗2次~3次,之后放入真空干燥箱中于80℃~120℃条件下干燥16h~24h,得到定向排列的Mxene/Co复合导电填料。
实施例1
本发明一种定向排列的Mxene/Co导电填料的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1,制备Mxene粉体,具体步骤如下;
步骤1.1,取平均粒度为5μm、质量分数大于95%的Ti3AlC2粉体;将Ti3AlC2粉体浸入质量浓度为40%的HF溶液中,密封后在60℃进行腐蚀处理24h,得到反应液;
步骤1.2,经步骤1.1后,将反应液进行过滤,并用去离子水清洗2次,将清洗后的粉体在烘箱中在100℃条件下干燥30h;
步骤2,Mxene粉体的预处理,具体步骤如下:
步骤2.1,将经步骤1后得到的Mxene粉体倒入乙醇水溶液中,并使Mxene粉体完全浸没于乙醇水溶液,利用乙醇水溶液对Mxene粉体进行醇洗,醇洗时间为10min;
乙醇水溶液是由乙醇和水按体积比为1:1混合均匀后得到的;
步骤2.2,将经步骤2.1后得到的Mxene粉体倒入硝酸水溶液中,并使Mxene粉体完全浸没于硝酸水溶液,利用硝酸水溶液对Mxene粉体进行粗化处理,粗化处理时间为30min;
硝酸水溶液是由硝酸和水按体积比为1:1混合均匀后得到的;
步骤2.3,按体积比为1:1将盐酸和SnCl2水溶液混合,形成敏化处理液,将经步骤2.2后得到的Mxene粉体倒入敏化处理液中,并使Mxene粉体完全浸没于敏化处理液中,利用敏化处理液对Mxene粉体进行敏化处理,敏化处理时间为30min;
SnCl2水溶液的浓度为0.1g/L,盐酸的浓度为100ml/L;
步骤2.4,按质量比为1:1:1将PdCl2水溶液、硼酸水溶液及盐酸混合,形成活化液,将经步骤2.3后得到的Mxene粉体倒入活化液中,并使Mxene粉体完全浸没于活化液中,利用活化液对Mxene粉体进行活化处理1h;
步骤2.5,采用去离子水对经步骤2.4活化处理后的Mxene粉体清洗2次,再依次经离心、过滤处理,之后放入烘箱中进行干燥,得到预处理后的Mxene粉体;
步骤3,利用Co(NO3)2·6H2O、氯化铵和柠檬酸钠配置出钴镀液,具体方法如下:
于常温条件下,按如下顺序及配比将各原料混合,配制出Ni镀液:
溶解并搅拌均匀后,通过添加NaOH将溶液pH调至10;
步骤4,在烧杯两侧分别放置两组磁场强度为1T的氦母赫兹线圈,使其处于强磁场环境中,利用步骤3得到的钴镀液和水合肼对经步骤2预处理后的Mxene粉体进行还原处理,具体按照以下步骤实施:
步骤4.1,在烧杯两侧分别放置两组磁场强度为1T的氦母赫兹线圈,使其处于强磁场环境中,将经步骤2预处理后的Mxene粉体浸入到经步骤3配置的钴镀液中,进行机械搅拌,并加热至60℃,得到混合渡液;
Mxene粉体与钴镀液中镍的质量比为4:1;
步骤4.2,将浓度为5g/L的水合肼缓慢滴加到经步骤4.1后得到的混合渡液中进行还原反应,待水合肼滴加完毕后,继续搅拌30min,使还原反应充分进行,得到混合渡液a;
水合肼与钴镀液中钴的摩尔比为2:1;
步骤5,采用去离子水将经步骤4后得到的混合渡液a清洗2次,之后放入真空干燥箱中于80℃条件下干燥24h,得到定向排列的Mxene/Co复合导电填料。
实施例2
本发明一种定向排列的Mxene/Co复合导电填料的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1,制备Mxene粉体,具体步骤如下;
步骤1.1,取平均粒度为5μm、质量分数大于95%的Ti3AlC2粉体;将Ti3AlC2粉体浸入质量浓度为40%的HF溶液中,密封后在80℃进行腐蚀处理20h,得到反应液;
步骤1.2,经步骤1.1后,将反应液进行过滤,并用去离子水清洗2次,将清洗后的粉体在烘箱中在100℃条件下干燥30h;
步骤2,Mxene粉体的预处理,具体步骤如下:
步骤2.1,将经步骤1后得到的Mxene粉体倒入乙醇水溶液中,并使Mxene粉体完全浸没于乙醇水溶液,利用乙醇水溶液对Mxene粉体进行醇洗,醇洗时间为30min;
乙醇水溶液是由乙醇和水按体积比为1:1混合均匀后得到的;
步骤2.2,将经步骤2.1后得到的Mxene粉体倒入硝酸水溶液中,并使Mxene粉体完全浸没于硝酸水溶液,利用硝酸水溶液对Mxene粉体进行粗化处理,粗化处理时间为60min;
硝酸水溶液是由硝酸和水按体积比为1:4混合均匀后得到的;
步骤2.3,按体积比为4:1将盐酸和SnCl2水溶液混合,形成敏化处理液,将经步骤2.2后得到的Mxene粉体倒入敏化处理液中,并使Mxene粉体完全浸没于敏化处理液中,利用敏化处理液对Mxene粉体进行敏化处理,敏化处理时间为60min;
SnCl2水溶液的浓度为0.1g/L,盐酸的浓度为100ml/L;
步骤2.4,按质量比为1:1:1将PdCl2水溶液、硼酸水溶液及盐酸混合,形成活化液,将经步骤2.3后得到的Mxene粉体倒入活化液中,并使Mxene粉体完全浸没于活化液中,利用活化液对Mxene粉体进行活化处理2h;
步骤2.5,采用去离子水对经步骤2.4活化处理后的Mxene粉体清洗3次,再依次经离心、过滤处理,之后放入烘箱中进行干燥,得到预处理后的Mxene粉体;
步骤3,利用Co(NO3)2·6H2O、氯化铵和柠檬酸钠配置出钴镀液,具体方法如下:
于常温条件下,按如下顺序及配比将各原料混合,配制出Ni镀液:
溶解并搅拌均匀后,通过添加NaOH将溶液pH调至11;
步骤4,利用步骤3得到的钴镀液和水合肼对经步骤2预处理后的Ti3SiC2粉体进行还原处理,具体按照以下步骤实施:
步骤4.1,将经步骤2预处理后的Mxene粉体浸入到经步骤3配置的钴镀液中,进行机械搅拌,并加热至80℃,得到混合渡液;
Mxene粉体与钴镀液中钴的质量比为19:1;
步骤4.2,将10g/L的水合肼缓慢滴加到经步骤4.1后得到的混合渡液中进行还原反应,待水合肼滴加完毕后,继续搅拌60min,使还原反应充分进行,得到混合渡液a;
水合肼与钴镀液中镍的摩尔比为3:1;
步骤5,采用去离子水将经步骤4后得到的混合渡液a清洗3次,之后放入真空干燥箱中于120℃条件下干燥12h,得到定向排列的Mxene/Co复合导电填料。
实施例3
本发明一种定向排列的Mxene/Co复合导电填料的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1,制备Mxene粉体,具体步骤如下;
步骤1.1,取平均粒度为10μm、质量分数大于95%的Ti3AlC2粉体;将Ti3AlC2粉体浸入质量浓度为40%的HF溶液中,密封后在70℃进行腐蚀处理22h,得到反应液;
步骤1.2,经步骤1.1后,将反应液进行过滤,并用去离子水清洗2次,将清洗后的粉体在烘箱中在110℃条件下干燥24h;
步骤2,Mxene粉体的预处理,具体步骤如下:
步骤2.1,将经步骤1后得到的Mxene粉体倒入乙醇水溶液中,并使Mxene粉体完全浸没于乙醇水溶液,利用乙醇水溶液对Mxene粉体进行醇洗,醇洗时间为20min;
乙醇水溶液是由乙醇和水按体积比为1:1混合均匀后得到的;
步骤2.2,将经步骤2.1后得到的Mxene粉体倒入硝酸水溶液中,并使Mxene粉体完全浸没于硝酸水溶液,利用硝酸水溶液对Mxene粉体进行粗化处理,粗化处理时间为40min;
硝酸水溶液是由硝酸和水按体积比为1:3混合均匀后得到的;
步骤2.3,按体积比为4:1将盐酸和SnCl2水溶液混合,形成敏化处理液,将经步骤2.2后得到的Mxene粉体倒入敏化处理液中,并使Mxene粉体完全浸没于敏化处理液中,利用敏化处理液对Mxene粉体进行敏化处理,敏化处理时间为40min;
SnCl2水溶液的浓度为0.1g/L,盐酸的浓度为100ml/L;
步骤2.4,按质量比为1:1:1将PdCl2水溶液、硼酸水溶液及盐酸混合,形成活化液,将经步骤2.3后得到的Mxene粉体倒入活化液中,并使Mxene粉体完全浸没于活化液中,利用活化液对Mxene粉体进行活化处理1.5h;
步骤2.5,采用去离子水对经步骤2.4活化处理后的Mxene粉体清洗3次,再依次经离心、过滤处理,之后放入烘箱中进行干燥,得到预处理后的Mxene粉体;
步骤3,利用Co(NO3)2·6H2O、氯化铵和柠檬酸钠配置出钴镀液,具体方法如下:
于常温条件下,按如下顺序及配比将各原料混合,配制出Ni镀液:
溶解并搅拌均匀后,通过添加NaOH将溶液pH调至11;
步骤4,在烧杯两侧分别放置两组磁场强度为1T的氦母赫兹线圈,使其处于强磁场环境中,利用步骤3得到的钴镀液和水合肼对经步骤2预处理后的Mxene粉体进行还原处理,具体按照以下步骤实施:
步骤4.1,在烧杯两侧分别放置两组磁场强度为1T的氦母赫兹线圈,使其处于强磁场环境中,将经步骤2预处理后的Mxene粉体浸入到经步骤3配置的钴镀液中,进行机械搅拌,并加热至70℃,得到混合渡液;
Mxene粉体与钴镀液中镍的质量比为10:1;
步骤4.2,将15g/L的水合肼缓慢滴加到经步骤4.1后得到的混合渡液中进行还原反应,待水合肼滴加完毕后,继续搅拌40min,使还原反应充分进行,得到混合渡液a;
水合肼与钴镀液中钴的摩尔比为2:1;
步骤5,采用去离子水将经步骤4后得到的混合渡液a清洗3次,之后放入真空干燥箱中于100℃条件下干燥20h,得到定向排列的Mxene/Co复合导电填料。
实施例4
本发明一种定向排列的Mxene/Co复合导电填料的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1,制备Mxene粉体,具体步骤如下;
步骤1.1,取平均粒度为20μm、质量分数大于95%的Ti3AlC2粉体;将Ti3AlC2粉体浸入质量浓度为40%的HF溶液中,密封后在80℃进行腐蚀处理20h,得到反应液;
步骤1.2,经步骤1.1后,将反应液进行过滤,并用去离子水清洗2次,将清洗后的粉体在烘箱中在100℃条件下干燥24h;
步骤2,Mxene粉体的预处理,具体步骤如下:
步骤2.1,将经步骤1后得到的Mxene粉体倒入乙醇水溶液中,并使Mxene粉体完全浸没于乙醇水溶液,利用乙醇水溶液对Mxene粉体进行醇洗,醇洗时间为20min;
乙醇水溶液是由乙醇和水按体积比为1:2混合均匀后得到的;
步骤2.2,将经步骤2.1后得到的Mxene粉体倒入硝酸水溶液中,并使Mxene粉体完全浸没于硝酸水溶液,利用硝酸水溶液对Mxene粉体进行粗化处理,粗化处理时间为50min;
硝酸水溶液是由硝酸和水按体积比为(1:2)混合均匀后得到的;
步骤2.3,按体积比为4:1将盐酸和SnCl2水溶液混合,形成敏化处理液,将经步骤2.2后得到的Mxene粉体倒入敏化处理液中,并使Mxene粉体完全浸没于敏化处理液中,利用敏化处理液对Mxene粉体进行敏化处理,敏化处理时间为50min;
SnCl2水溶液的浓度为0.1g/L,盐酸的浓度为100ml/L;
步骤2.4,按质量比为1:1:1将PdCl2水溶液、硼酸水溶液及盐酸混合,形成活化液,将经步骤2.3后得到的Mxene粉体倒入活化液中,并使Mxene粉体完全浸没于活化液中,利用活化液对Mxene粉体进行活化处理2h;
步骤2.5,采用去离子水对经步骤2.4活化处理后的Mxene粉体清洗3次,再依次经离心、过滤处理,之后放入烘箱中进行干燥,得到预处理后的Mxene粉体;
步骤3,利用Co(NO3)2·6H2O、氯化铵和柠檬酸钠配置出钴镀液,具体方法如下:
于常温条件下,按如下顺序及配比将各原料混合,配制出Ni镀液:
溶解并搅拌均匀后,通过添加NaOH将溶液pH调至11;
步骤4,在烧杯两侧分别放置两组磁场强度为1T的氦母赫兹线圈,使其处于强磁场环境中,利用步骤3得到的钴镀液和水合肼对经步骤2预处理后的Ti3SiC2粉体进行还原处理,具体按照以下步骤实施:
步骤4.1,在烧杯两侧分别放置两组磁场强度为1T的氦母赫兹线圈,使其处于强磁场环境中,将经步骤2预处理后的Mxene粉体浸入到经步骤3配置的钴镀液中,进行机械搅拌,并加热至80℃,得到混合渡液;
Mxene粉体与镀液中镍的质量比为3:1。
步骤4.2,将10g/L的水合肼缓慢滴加到经步骤4.1后得到的混合渡液中进行还原反应,待水合肼滴加完毕后,继续搅拌40min,使还原反应充分进行,得到混合渡液a;
水合肼与钴镀液中钴的摩尔比为3:1。
步骤5,采用去离子水将经步骤4后得到的混合渡液a清洗3次,之后放入真空干燥箱中于120℃条件下干燥20h,得到定向排列的Mxene/Co复合导电填料。
利用本发明方法制备的一种定向排列的三明治结构Mxene/Co复合导电填料的XRD图,如图1所示,由图可知,除了的Mxene衍射峰外,还能明显观察到Co的衍射峰,说明成功制备了Mxene/Co复合导电填料。
本发明一种Mxene/Co复合导电填料的制备方法,通过在强磁场作用下制备定向排列的Mxene/Co粉体,相比于混乱排列的Co颗粒,能通过磁性导电颗粒间的有效连接,更容易形成导电网络,提高粉体的导电性和防腐蚀性能。
利用本发明的方法得到的Mxene/Co复合导电填料的SEM和电导率,如图2及图3所示,从图中可以看出,Mxene/Co复合导电填料中Co很明显的进行了定向排列在Mxene层间,且其电导率明显高于混乱排列的复合粉体,是一种具有应用前景的用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料。
Claims (10)
1.一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料,其特征在于,由Mxene和在其层间呈定向排列的金属Co颗粒复合而成,且所述Mxene的质量分数为80%~95%,所述金属Co的质量分数为5%~20%。
2.一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,制备Mxene粉体;
步骤2,Mxene粉体的预处理:对Mxene粉体依次进行醇洗、粗化、敏化、活化、水洗以及烘干处理,得到预处理后的Mxene粉末;
步骤3,利用Co(NO3)2·6H2O、氯化铵、柠檬酸钠和氟化锂配置出钴镀液;
步骤4,在强磁场环境中,利用步骤3得到的钴镀液和水合肼对经步骤2预处理后的Mxene粉体进行还原处理,得到混合渡液a;
步骤5,采用去离子水将经步骤4后得到的混合渡液a清洗2次~3次,之后放入真空干燥箱中干燥,得到定向排列的三明治结构Mxene/Co导电填料。
3.根据权利要求2所述的一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料的制备方法,其特征在于,所述步骤1中,制备Mxene粉体,具体步骤如下:
步骤1.1,将纯度大于95%的Ti3AlC2粉体浸入质量浓度为40%的HF溶液中,密封后在60℃~90℃条件下腐蚀处理16h~24h,得到反应液;
其中,Ti3AlC2粉体的平均粒度为5μm~20μm;Ti3AlC2粉体与HF的摩尔比为1:3~5;
步骤1.2,经步骤1.1后,将反应液进行过滤,之后将得到的滤渣用去离子水清洗2次~3次,之后放入烘箱中进行干燥,得到Mxene粉体;
其中,干燥温度为100℃~120℃,干燥时间为24h~48h。
4.根据权利要求2所述的一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料的制备方法,其特征在于,所述步骤2中,Mxene粉体的预处理,具体步骤如下:
步骤2.1,将经步骤1后得到的Mxene粉体倒入乙醇水溶液中,并使Mxene粉体完全浸没于乙醇水溶液,利用乙醇水溶液对Mxene粉体进行醇洗,醇洗时间为10min~30min;
步骤2.2,将经步骤2.1后得到的Mxene粉体倒入硝酸水溶液中,并使Mxene粉体完全浸没于硝酸水溶液,利用硝酸水溶液对Mxene粉体进行粗化处理,粗化处理时间为30min~60min;
硝酸水溶液是由硝酸和水按体积比为1:1~4混合均匀后得到的;
步骤2.3,按体积比为1~4:1将盐酸和SnCl2水溶液混合,形成敏化处理液,将经步骤2.2后得到的Mxene粉体倒入敏化处理液中,并使Mxene粉体完全浸没于敏化处理液中,利用敏化处理液对Mxene粉体进行敏化处理,敏化处理时间为30min~60min;
步骤2.4,按质量比为1:1:1将PdCl2水溶液、硼酸水溶液及盐酸混合,形成活化液,将经步骤2.3后得到的Mxene粉体倒入活化液中,并使Mxene粉体完全浸没于活化液中,利用活化液对Mxene粉体进行活化处理,活化处理时间为1h~2h;
其中,步骤2.5,采用去离子水对经步骤2.4活化处理后的Mxene粉体清洗2次~4次,再依次经离心、过滤处理,之后放入烘箱中进行干燥,得到预处理后的Mxene粉体;
干燥温度为80℃~120℃,干燥时间为24h~36h。
5.根据权利要求3所述的一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料的制备方法,其特征在于,步骤2.1中,乙醇水溶液是由乙醇和水按体积比为1:1~3混合均匀后得到的。
6.根据权利要求3所述的一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料的制备方法,其特征在于,步骤2.3中,SnCl2水溶液的浓度为0.1g/L~0.2g/L,盐酸的浓度为100ml/L~200ml/L。
7.根据权利要求3所述的一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料的制备方法,其特征在于,步骤2.4中,PdCl2水溶液的浓度为0.1g/L~0.2g/L,硼酸水溶液的浓度为10g/L~20g/L,盐酸的浓度为100ml/L~200ml/L。
9.根据权利要求2所述的一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料的制备方法,其特征在于,所述步骤4按照以下步骤实施:
步骤4.1,放置两组磁场强度为1T的氦母赫兹线圈,使其处于强磁场环境中,将经步骤2预处理后的Mxene粉体浸入到经步骤3配置的钴镀液中,进行机械搅拌,并加热至60℃~80℃,得到混合渡液;
Mxene粉体与钴镀液中钴的质量比为4~19:1;
步骤4.2,将水合肼缓慢滴加到经步骤4.1后得到的混合渡液中进行还原反应,待水合肼滴加完毕后,继续搅拌30min~60min,使还原反应充分进行,得到混合渡液a;
水合肼的浓度为:20g/L~30g/L;水合肼与钴镀液中钴的摩尔比为2~3:1。
10.根据权利要求2所述的一种用于防腐蚀涂层的定向排列Mxene/Co导电填料的制备方法,其特征在于,所述步骤5中,干燥温度为80℃~120℃,干燥时间为12h~24h。
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