CN1404950A - 一种在水溶液中用化学还原法制备纳米镍及其合金粉体的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在水溶液中用化学还原法制备纳米镍及其合金粉体的方法，涉及电化学方法制备粉体材料。本方法将含量为40～120g/L的主盐、10～100g/L的还原剂、1～10mg/L的添加剂A、10～50g/L的添加剂B、20～60g/L的添加剂C均匀混合，加热至70～90℃，外加超声场，待物料反应产生镍粉后，用冷凝器将含镍粉的物料冷却至室温，用高速离心机分离镍粉和溶液，将镍粉在保护气氛下干燥。本发明不仅制备方法简便，而且在获得较高制备速度的同时，可以避免粉体的团聚和长大，保证制备的纳米镍基合金粉的颗粒分布窄、粉体成分可控且成本较低。
Description
技术领域：本发明涉及电化学方法制备粉体材料，特别是涉及镍粉的制备。
背景技术：由于镍粉的用途很广，其制备方法的研究受到国内外的极大关注。化学方法是通过物质的化学反应生成物质的基本粒子——分子、原子和离子等，经过成核生长和凝并而成为超细粉末，它是一种制备镍粉的有效途径。
根据《化学冶金》1988，Vol.9，No.4，p20-26报道，中国科学院化工冶金研究所毛铭华等人采用纯水与碱式碳酸镍制成浆液，在温度为140-200℃，氢气压力PH2＝15-40kg/cm2的条件下采用加压氢气作为还原剂制得镍粉。用氯化钯或蒽醌作催化剂加快反应速度。采用此方法制得的镍粉呈球形，粒度分布比较均匀，颗粒尺寸在0.1--5.0微米之间。该方法的缺点是需要在高温、高压下完成反应，并且制备设备要求复杂。
又据〔日〕公开特许公报(A)，平5-51610报道，中川一兵等人采用肼或肼的化合物直接还原氢氧化镍制取镍粉。但由这种方法制得的镍粉粒径大，而且形状不规则，团聚严重。
另据JP59-162206报道，日本林尚男，中村芳等人将硫酸镍、氯化镍等水溶液或Ni(OH)2悬浮液与氢化硼钠和联氨的混合液反应，制备出镍粉凝聚体，并用乙醇或丙酮处理，得到直径在2μm以下，分散均匀，分散性好的高纯度镍粉。虽然可获得颗粒尺寸均匀的镍粉，但此法所用的还原剂氢化硼钠价格昂贵，不易得到。
总之，化学还原法能采用不同形式的原料及反应条件制得镍粉。但也存在一些不足，如反应条件要求高、制备设备复杂、制备原料昂贵、所制备的镍粉颗粒尺寸大、形状不规则、易于团聚等。所以，寻找一个合适的化学反应，选择相应的反应物料，使制备设备相对简单、反应条件较温和。选择有效的分散剂，以减少粉体颗粒的团聚，控制粉体的成核和晶核的生长速度。同时添加合适的催化剂以增大化学反应速度。以上各点是采用化学还原法制备超细镍粉的关键。
发明内容：本发明针对化学还原法制备纳米镍粉存在的问题，提出在水溶液中，采用化学还原法，将主盐、还原剂、添加剂进行适当组合，同时外加物理场制备纳米镍基合金粉，使制备方法不仅简便，而且在获得较高制备速度的同时，避免粉体的团聚和长大，以保证制备的纳米镍基合金粉的颗粒分布窄、粉体成分可控且成本较低。
(1)制备过程
将含量为40-120g/L的主盐、10-100g/L的还原剂、1-10mg/L的添加剂A、10-50g/L的添加剂B、20-60g/L的添加剂C进行组合，然后均匀混合；加热至70-90℃；同时外加超声场，功率60W；待物料反应产生镍粉后，用冷凝器将含镍粉的物料冷却至室温；用高速离心机分离镍粉和溶液；将镍粉在保护气氛下干燥。
(2)反应物料组分
主盐：本发明所用的主盐可为硫酸镍、氯化镍、醋酸镍中的任一种。
还原剂：本发明所用还原剂有次亚磷酸钠、硼氢化钠、肼等。在纳米镍基合金粉体制备过程中，采用肼作为还原剂可制备纯镍纳米粉。采用次亚磷酸钠作为还原剂可制备出磷含量为4wt％--20wt％的镍磷合金纳米粉。采用硼氢化钠作为还原剂可制备出硼含量成分为1wt％--10wt％的镍硼合金纳米粉。
添加剂包括：
添加剂A：硝酸银、氯化钯、蒽醌。
添加剂B：柠檬酸钠、乙二胺、乳酸、苹果酸。
添加剂C：碳酸钠、醋酸钠、硼砂、氢氧化钠。
配制时，可从每一类添加剂中任选一种。
本发明所阐述的纳米镍及其合金粉体的制备方法，将物理场的作用引入化学法制备纳米粉体过程是一个显著的特点。其优点表现为以下几方面：
1、由于本发明的纳米粉体制备过程可在大气、常温下进行，无需真空及高压设备，因而制备设备投资小、工艺简单、制备成本低，容易实现大规模工业化生产。
2、由于本发明的纳米粉体制备过程主要应用化学反应过程，所选还原剂价格低廉、容易获得，所以粉体制备效率高，制备成本低。
3、由于本发明的纳米粉体制备过程采用外加物理场，克服了化学法制备粉体时过程不易控制的缺点，在加速粉体制备速度的同时，控制粉体颗粒直径在较窄范围。
4、采用本发明的方法，通过反应物料成分的调整能制备出纯镍粉、镍磷合金粉及镍硼合金粉。
附图说明：
图1为纳米镍基粉体制备流程图
图2为19万倍纳米镍基粉透射电镜照片
图3为纳米镍基合金粉的颗粒尺寸分布图
具体实施方式：
实施例1：采用本发明的方法制备纳米镍粉
制备步骤如下：
(a)将下列物料按配方混合。
硫酸镍 90g/L
氢氧化钠 20g/L
肼 2.5g/L
硝酸银 5mg/L
柠檬酸钠 15g/L
(b)将混合均匀的物料加热至80℃。
(c)在反应釜中外加超声场反应，生成纳米镍粉。
(d)将反应完全的物料冷却至室温。
(e)将物料中的纳米镍粉与溶液分离。
(f)将纳米镍粉在惰性气体保护下干燥。
实施例2：采用本发明的方法制备纳米镍磷合金粉
制备步骤如下：
(a)将下列物料按配方混合。
硫酸镍 75g/L
次亚磷酸钠 70g/L
柠檬酸钠 15g/L
硝酸银 1mg/L
醋酸钠 30.5g/L
(b)将混合均匀的物料加热至70℃。
(c)在反应釜中外加超声场反应，生成纳米镍磷合金粉。
(d)将反应完全的物料冷却至室温。
(e)将物料中的纳米镍磷合金粉与溶液分离。
(f)将纳米镍磷合金粉在惰性气体保护下干燥。
采用上述实施例，设备投资小，工艺简单，制备成本低，时间短，所获得的纳米镍粉呈球形、且颗粒大小均匀，如图2所示。从激光粒度仪的粒度分析可见，纳米镍粉的颗粒分布较窄，其平均尺寸为56nm，如图3所示。
Claims (5)
1、一种在水溶液中用化学还原法制备纳米镍及其合金粉体的方法，其特征在于，将主盐、还原剂、添加剂A、添加剂B、添加剂C进行组合，然后均匀混合，加热至70～90℃，同时外加超声场，待物料反应产生镍粉后，用冷凝器将含镍粉的物料冷却至室温，用高速离心机分离镍粉和溶液，将镍粉在保护气氛下干燥。
2、如权利要求1所述的在水溶液中用化学还原法制备纳米镍及其合金粉体的方法，其特征在于，主盐为硫酸镍、氯化镍、醋酸镍中的任一种，含量为40～120g/L。
3、如权利要求1所述的在水溶液中用化学还原法制备纳米镍及其合金粉体的方法，其特征在于，还原剂为次亚磷酸钠、硼氢化钠、肼中的一种，含量为10～100g/L。
4、如权利要求1所述的在水溶液中用化学还原法制备纳米镍及其合金粉体的方法，其特征在于，配制时，可从以下每一类添加剂中任选一种，
添加剂A：硝酸银、氯化钯、蒽醌，含量为1～10mg/L；
添加剂B：柠檬酸钠、乙二胺、乳酸、苹果酸，含量为10～50g/L；
添加剂C：碳酸钠、醋酸钠、硼砂、氢氧化钠，含量为20～60g/L。
5、如权利要求1、3所述的在水溶液中用化学还原法制备纳米镍及其合金粉体的方法，其特征在于，采用肼作为还原剂制备纯镍纳米粉，采用次亚磷酸钠作为还原剂制备磷含量为4wt％---20wt％的镍磷合金纳米粉，采用硼氢化钠作为还原剂制备硼含量成分为1wt％---10wt％的镍硼合金纳米粉。
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