利用液体隔膜放电等离子体制备纳米β-Ni(OH)2的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用液体隔膜放电等离子体制备纳米

Preparation of nano beta -Ni (OH) 2 by liquid membrane discharge plasma

The invention provides a preparation of nanometer by using liquid diaphragm discharge plasma.

【技术实现步骤摘要】
利用液体隔膜放电等离子体制备纳米β-Ni(OH)2的方法
本专利技术属于纳米材料制备
，涉及一种利用液体隔膜放电等离子体制备纳米β-Ni(OH)2的方法。
技术介绍
近年来，随着电动汽车和混合动力电动汽车的大功率动力电源、便携式电子计算机和移动通讯设备的飞速发展，人们对电池的充放电要提高。除一些新材料、新体系、新工艺的发展促进电池性能提高外，氢氧化镍(Ni(OH)2)的研究成果也是不断丰富和促进镍系列碱性蓄电池性能发展的一个关键因素。Ni(OH)2作为镍系列碱性二次电池如镍镉(Ni-Cd)电池、储氢(N-MH)电池、镍锌(Ni-Zn)电池和镍铁(Ni-Fe)电池等的主要正极活性材料，对电池的寿命和容量起关键性的作用。因此对高活性、长循环寿命、高容量、高能量密度、无记忆效应、环境友好的镍正极材料特别是氢氧化镍的研究具有重要的现实意义。与普通Ni(OH)2相比，纳米Ni(OH)2材料具有更高的质子迁移速率、更小的晶粒电阻、更快的活化速度、更高的放电平台、更高的电化学容量以及更高的密度，能使电池在高速率充放电性能、能量密度及快速活化能力等方面得到显著改善，从而提高镍系电池的性能。因此，它的制备方法引起了国内外研究者的广泛兴趣(高等学校化学学报，2005，26(8):1387-1390;ElectrochimicaActa，2014，132:364-369)。目前，镍正极材料纳米Ni(OH)2的制备方法很多，如化学沉淀法(包括沉淀转化法、均相沉淀法、超声波共沉淀法、配位沉淀法等)，该法大多于以镍盐和苛性碱在以氨为代表的络合剂存在下，发生复分解沉淀反应而制备纳米Ni(OH)2(化工学报，2015，66(12):5088-5095;OpticalMaterials，2003，23:465-470)；水热法是以硝酸镍为原料，浓氨水为沉淀剂，通过调节pH=9~11和控制温度至180~240℃，直接水热合成纳米β-Ni(OH)2(CrystEngComm，2013，15:8300-8305;稀有金属，2010，34(3):389-394)；无水乙醇法是将无水乙醇和表面活性剂TX-100(OP)配成溶液，再将一定浓度乙醇-氨水溶液加入后，然后向其中滴加Ni(NO3)2-乙醇溶液，pH值控制在7.0左右，就可制得平均粒径约为16nm的β-Ni(OH)2(电源技术，1998，22(4):139-141)；电解法主要利用镍盐为电解质，加入适当的络合剂，在电解槽中通过一步电解制备Ni(OH)2(电源技术，2000，24(5):288-291)。然而，这些方法存在工艺较为复杂、过程不易控制、易产生二次污染等缺陷。液体隔膜放电是一种新型的能够在溶液中产生非平衡等离子体的电化学方法(JPhysD，ApplPhys，2009，42:053001-9)。目前，隔膜放电在废水处理(ChemEngJ，2014，236(2):348-368)、聚合物合成(PlasmaProcessPolym，2009，6:218-222)、材料表面修饰(ColloidPolymSci，2016，294:257-270)、分析检测(AnalLett，2014，47:1409-1420)等方面得到了广泛的应用，然而将其用于制备纳米材料的研究报道较少。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有纳米Ni(OH)2制备过程复杂、条件苛刻等缺陷，提供一种方便、快捷合成纳米β-Ni(OH)2的新方法，用牺牲阳极的液体放电等离子体法直接从由金属镍片制备纳米β-Ni(OH)2。本专利技术采用的技术方案是：一种利用液体隔膜放电等离子体制备纳米β-Ni(OH)2的方法，以高压直流电源提供电能，镍片为阳极，不锈钢为阴极，阴阳极通过石英玻璃隔板隔开，且在石英玻璃隔板底部开一个小孔，便于电解液的连通，电解液为Na2SO4，在不断搅拌下，利用牺牲阳极的液体隔膜放电等离子体制备纳米β-Ni(OH)2，不同电压数值范围制备的纳米β-Ni(OH)2形貌不同。液体隔膜放电装置包括：反应容器由石英玻璃隔板隔开为两部分，石英玻璃隔板上开一个小孔，反应容器内装硫酸钠电解液；小孔使电解液隔开的两部分相通，一部分电解液中放置阳极镍片、另一部分电解液中放置阴极不锈钢片，小孔正对阳极镍片的中心位置；隔开的两部分均放有搅拌子，反应容器上有密封盖，密封盖上有气体排出口，隔开的两部分产生的气体从气体排出口排出，阳极镍片、阴极不锈钢片分别通过导电线连接高压直流电源正负极；反应容器外部设有水套，水套设进水口和出水口，水套内不断进、出冷却水；操作过程：利用液体隔膜放电装置，调节高压直流电源电压，持续放电一定时间；放电过程中，阳极镍片不断消耗，溶液由无色→绿色→蓝绿色转变；放电结束后，将蓝绿色浊液超声，然后高速离心分离，产物用蒸馏水洗涤以除去电解质Na2SO4，再用无水乙醇洗涤，真空干燥至恒重，研磨，即得蓝绿色纳米β-Ni(OH)2。所述高压直流电源为直流稳压稳流电源，电压范围0~1000V，电流范围0~1A，正常工作放电时，电压为600~900V，电流为150~250mA。小孔的孔径为0.3~1.0mm，小孔距离反应容器底部的距离为1.0~2.0cm。阳极镍片和阴极不锈钢片由以下工艺进行处理：用水砂纸打磨、抛光后先在丙酮中浸泡10min，再分别在乙醇和去离子水中超声洗涤10min，以除去表面的油脂。所述硫酸钠电解液的浓度为1~3g/L。所述阳极镍片与小孔间的水平距离为0.5~1.5cm，阳极镍片、阴极不锈钢片插入电解液的深度为1.0~3.0cm。操作过程中以80~150r/min的速度对电解液进行持续搅拌，反应容器通入冷却水，并保持温度10~40℃，通电持续时间0.5~2.0h。高速离心分离的转速为10000~15000r/min，真空干燥温度为40~50℃。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术利用液体隔膜放电等离子体制备β-Ni(OH)2纳米颗粒，具有工艺简单，操作方便，条件温和(室温，无需其他气体保护)，过程可控(改变参数如电解液浓度、放电电压、放电时间等，可以获得不同结构、不同粒径的β-Ni(OH)2纳米颗粒)，绿色环保等优点；2、本专利技术制备的β-Ni(OH)2纳米颗粒杂质少，纯度高，结晶度好，在动力电源、便携式电子计算机和移动通讯设备等领域具有广阔的应用前景；3、本专利技术所用的化学试剂种类少，用量低，无二次污染，是一种环境友好的绿色制备技术；产物纯度高、分散性好，便于分离，可进行工业化生产。附图说明图1是本专利技术的液体隔膜放电装置示意图；图中1-反应容器、2-阳极镍片、3-阴极不锈钢片、4-石英玻璃隔板、5-小孔、6-硫酸钠电解液、7-搅拌子、8-进水口、9-出水口、10-出气口、11-高压直流电源；图2为本专利技术液体隔膜放电的电流-电压曲线；图3制备纳米β-Ni(OH)2过程中不同放电时间内溶液pH的变化；图4为本专利技术制备的纳米β-Ni(OH)2的FT-IR光谱；图5为本专利技术制备的纳米β-Ni(OH)2的XRD谱；图6为本专利技术在不同条件下制备的纳米β-Ni(OH)2的SEM形貌(a为2g/L的硫酸钠溶液、120r/min、650V、120mA、放电2.5h；b为2.0g/L的硫酸钠溶液、120r/min搅拌、700V、14本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用液体隔膜放电等离子体制备纳米

【技术特征摘要】
1.一种利用液体隔膜放电等离子体制备纳米β-Ni(OH)2的方法，其特征是：以高压直流电源提供电能，镍片为阳极，不锈钢为阴极，阴阳极通过石英玻璃隔板隔开，且在石英玻璃隔板底部开一个小孔，便于电解液的连通，电解液为Na2SO4，在不断搅拌下，利用牺牲阳极的液体隔膜放电等离子体制备纳米β-Ni(OH)2，不同电压数值范围制备的纳米β-Ni(OH)2形貌不同。2.根据权利要求1所述的利用液体隔膜放电等离子体制备纳米β-Ni(OH)2的方法，其特征是：液体隔膜放电装置包括：反应容器（1）由石英玻璃隔板（4）隔开为两部分，石英玻璃隔板（4）上开一个小孔（5），反应容器（1）内装硫酸钠电解液；小孔（5）使电解液隔开的两部分相通，一部分电解液中放置阳极镍片（2）、另一部分电解液中放置阴极不锈钢片（3），小孔（5）正对阳极镍片（2）的中心位置；隔开的两部分均放有搅拌子（7），反应容器（1）上有密封盖，密封盖上有气体排出口（10），隔开的两部分产生的气体从气体排出口（10）排出，阳极镍片（2）、阴极不锈钢片（3）分别通过导电线连接高压直流电源（11）正负极；反应容器（1）外部设有水套，水套设进水口（8）和出水口（9），水套内不断进、出冷却水；操作过程：利用液体隔膜放电装置，调节高压直流电源电压，持续放电一定时间；放电过程中，阳极镍片不断消耗，溶液由无色→绿色→蓝绿色转变；放电结束后，将蓝绿色浊液超声，然后高速离心分离，产物用蒸馏水洗涤以除去电解质Na2SO4，再用无水乙醇洗涤，真空干燥至恒重，研磨，即得蓝绿色纳米β-Ni(OH)2。3.根据权利要求2所述的利用液体隔膜放电等离子体制...

【专利技术属性】
技术研发人员：马得莉，王学虎，陆泉芳，俞洁，银玲，
申请(专利权)人：白银有色集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃,62