本发明专利技术涉及一种利用碳水化合物生物质还原NiO制备Ni的方法。该方法利用葡萄糖、纤维素等碳水化合物生物质，在220~400°C的水热条件下，反应4~9h，可以得到纯度大于99%的Ni亚微颗粒。同时，碳水化合物转变为乳酸、乙酸、甲酸等有机酸及乙二醇、丙二醇等二元醇。该方法与现有NiO制备Ni技术相比，可在较低的温度实现NiO到Ni的高效转化，不需要使用H2、石油气、焦炭等还原剂，避免了H2的运输、贮存及CO2气体的排放。而且，在获得Ni的同时，还得到乳酸、乙二醇等高附加值化学品。该方法为低碳冶炼技术中绿色还原剂的开发及碳水化合物生物质资源化利用提供了新途径。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属冶金工程
和生物质资源化利用
。
技术介绍
传统的镍冶炼一般可以分为两种，即火法冶炼(Pyrometal Iurgy )和湿法冶炼(Hydrometallurgy)。前者又称为干式冶金，是把含镍矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为液体，进行所需的化学反应，从而分离出粗镍，然后再将粗镍精炼。从节能环保的角度看，火法冶金存在的主要问题是需要较高的温度(一般大于1000 ° C)，在加热一些含硫等矿物时会有低浓度难处理的SO2气体产生，粉尘也容易被排放到大气中，并使用氨水、重油、石油气、碳甚至氢气作为粗炼的还原剂，是一种高耗能高污染的冶炼方式。目前，火法冶炼的主导地位正逐步被湿法冶炼所取代。传统湿法冶炼是用酸液或氨水从镍矿石中浸取镍，然后用硫化或蒸氨工艺，得到镍硫化物或氧化物，接着再通过氢气、焦炭或熔融电解等方式还原制取镍。这种湿法冶炼虽然不会有粉尘、SO2产生，但是需要用硫酸、浓氨水作为浸取剂，酮肟类有机试剂作为萃取齐U，存在环境污染风险，而且电炉还原精炼时电能消耗巨大，生产周期较火法长，工艺的适用性差。随着环保与低碳观念的深入，人们对金属冶炼过程的高能耗和高污染越来越关注，迫切需要高效、低碳、环保的冶炼工艺。自然界中金属多以氧化物或硫化物的形式存在于矿石中，如果能用廉价的还原剂低温直接还原这些氧化物或硫化物，则有望实现金属绿色冶炼的突破。生物质是地球上存量最为丰富的可再生资源，它来自于太阳能，通过植物的光合作用形成种类繁多的物质，其中以碳水化合物居多。由于生物质具有再生循环、用途广泛、碳中性的特点，其资源化利用研究逐渐受到人们的关注。碳水化合物生物质主要由糖类物质组成，它们是多羟基的醛或酮。显然，醛基、酮基、羟基都是具有还原性的官能团。因而，环境友好、存量丰富、可再生的碳水化合物生物质可以直接用作金属化合物的还原剂。葡萄糖、果糖等糖类易溶于水，可以较快的参与到均相反应中。而纤维素分子结构有些特别，X射线衍射和电子显微镜研究表明，纤维素分子形成的分子束的直径大约是3nm,分子之间通过氢键链接，每一个小束上大约有30个分子，具有很强的结晶性质。所以在常温下，纤维素几乎不溶于水，也没有还原性。水热技术可以很好的解决纤维素还原性的瓶颈。一方面，在高温水中，纤维素的氢键被有力的削弱，另一方面，高温水具有较高的离子积(忍)，可以促进纤维素水解为具有还原性的纤维二糖或葡萄糖。因此，水热技术可以扩大生物质还原金属化合物的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。该方法利用葡萄糖、纤维素等碳水化合物生物质，在22(T400 ° C反应4飞h，可以得到纯度大于99 %的Ni微米颗粒。同时，碳水化合物转变为乳酸、乙酸、甲酸等有机酸及乙二醇、丙二醇等二元醇。本专利技术的利用碳水化合物生物质还原NiO制备Ni的具体方法可以如下:将物质的量比例为(I飞):I的碳水化合物生物质和NiO加入到(2飞mol/L)的碱液中(浓度以[0H_]计)，搅拌后转移至水热反应釜中，混合物在水热反应釜中的填充率通常优选30 %~50 %。将水热反应釜密封，置于升至预设温度(22(T400 ° C)的烘箱内反应4飞h。为保证混合的均匀，反应时反应釜可在烘箱内绕固定轴转动，转速约为2 s/圈(图2)。反应完成后，固体样品即为纯度大于99 %的镍，液体样品经过分离可以得到乳酸、乙酸、甲酸等有机酸，乙二醇、丙二醇等多元醇。Ni纯度的计算基于XRD数据，利用TOPAS 4.2软件进行基本参数法(Fundamental Parameter Approach, FPA)拟合而得，具有准确、简便、快速的特点。以上制备方法的具体实例中，碳水化合物生物质与NiO、(2飞mol/L)的碱液中(浓度以[0H_]计)的混合方式可以为将固态的碳水化合物生物质与NiO加入(2飞mol/L)碱液中，或将(2飞mol/L)碱液倒入固态的碳水化合物生物质与NiO中，两种混合方式不产生本质差别。水热反应釜温度的控制方式、反应釜中物料混合的方式，除了上述的使用烘箱和绕固定轴旋转外，还可以酌情采用本领域人员常用和熟知的其它任何方式。此外，也可以直接将所有物料加入具搅拌装置的水热反应釜中，在水热反应釜中进行搅拌混合等操作。反应装置除使用水热反应釜外，还可使用其它同类型设备。所述的碳水化合物生物质，包括葡萄糖、果糖等单糖，麦芽糖、蔗糖等二糖，以及纤维素等多糖，以及富含纤维素的秸杆、谷物皮壳等农业废弃物；或木屑等森林采伐和加工剩余物；或废纸、甘蔗渣等城市纤维垃圾。所用的碱包括NaOH、Κ0Η、Ca(OH)2等强碱中的一种或几种，碱的浓度以[OF]计 ，在2~5 mol/L变化。碱液在反应后可以循环使用。当碳水化合物生物质为富含纤维素的秸杆、谷物皮壳等农业废弃物，或木屑等森林采伐和加工剩余物，或废纸、甘蔗渣等城市纤维垃圾时，需要经破碎至粒径为I _以下后，投入水热反应釜中，其投量按各物质所含的纤维素百分含量折算。该方法相对现有NiO制备Ni的技术，具有如下优点: 1.可在较低的温度快速实现NiO到Ni的高效转化,节约能源； 2.不需要使用H2、石油气、重油、焦炭等还原剂，避免TH2的运输、贮存及0)2气体的排放； 3.使用的碳水化合物生物质还原剂可再生、存量巨大、成本低廉； 4.在获得Ni的同时，得到乳酸、乙酸、乙二醇等高附加值化学品，实现了生物质的资源化利用； 5.该方法为低碳冶炼技术中绿色还原剂的开发及碳水化合物生物质资源化利用提供了新思路。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。【附图说明】图1为本专利技术的工艺流程示意图； 图2为本专利技术实例中所用反应装置图； 图3为本专利技术一些实例中不同反应条件下葡萄糖与NiO反应得到固体产物的XRD: (a)250 ° C，无NaOH, 6 h; (b) 220 ° C，2.5 M NaOH, 6 h; (c) 250 ° C，2.5 M NaOH,4 h; (d) 250 ° C，5 M NaOH, 4 h ； 图4为本专利技术一个实例中葡萄糖和NiO反应后得到的Ni颗粒的SEM: (a)低倍；(b)高倍(250 ° C，5 M NaOH,4 h)； 图5 (a)、图5 (b)为本专利技术一个实例中NiO存在或不存在两种条件下时，葡萄糖反应后液相产物的 GC-MS 图:(a) HCl 调节 pH ； (b)不调节 pH (250 ° C，5 M NaOH, 4 h)； 图6为本专利技术一个实例中存在或不存在两种条件下NiO时，葡萄糖反应后液相产物的HPLC 图(250 ° C，5 M NaOH, 4 h)； 图7为葡萄糖和NiO反应后液相产物中有机酸产率(250 ° C，5 M NaOH, 4 h)； 图8为本专利技术一些实例中反应时间和NaOH浓度对Ni产率的影响(250 ° C)； 图9为本专利技术一些实例中纤维素和NiO在不同碱浓度及反应时间下，得到固体产物的XRD: (a)无NaOH, 6 h; (b) NaOH 2.5 M, 3 h; (c) NaOH 5 M, 3 h; (d) NaOH 5 M, 4.5h (250 ° C)； 图10为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用碳水化合物生物质还原NiO制备Ni的方法，其特征在于：将物质的量比例1~5:1的碳水化合物生物质和NiO与浓度以[OH‑]计的2~5 mol/L的碱液混合，在220~400 °C水热反应4~9 h，反应后得到固体产物和液体产物的混合物。
【技术特征摘要】
1.一种利用碳水化合物生物质还原NiO制备Ni的方法，其特征在于:将物质的量比例1-5:1的碳水化合物生物质和NiO与浓度以[0Η_]计的2~5 mol/L的碱液混合，在220-400° C水热反应4-9 h，反应后得到固体产物和液体产物的混合物。2.根据权利要求1所述的利用碳水化合物生物质还原NiO制备Ni的方法，其特征在于:所述的碳水化合物生物质，选自葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、纤维素、或富含纤维素的物质中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的利用碳水化合物生物质还原NiO制备Ni的方法，其特征在于:所述的富含纤维素的物质选自农业废弃物、森林采伐和加工剩余物，或城市纤维垃圾中的一种或几种。4.根据权利要求1或2或3所述的利用碳水化合物生物质还原NiO制备Ni的方法，其特征在于:当碳水化合物生物质为富含纤维素的农业废弃物，和/或森林采伐和加工剩余物，和/或城市纤维垃圾时，需要将它们破碎至粒径I _以下。5.根据权利要求1所述的利用碳水化合物生物质还原N...
【专利技术属性】
技术研发人员：金放鸣，姚国栋，曾旭，殷国栋，王元庆，霍志保，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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