一种利用微通道反应器制备纳米镍粉的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用微通道反应器制备纳米镍粉的方法，配制可溶性镍盐醇溶液和含碱的水合肼醇溶液，将上述两种液体按水合肼／镍摩尔比例要求注入至微通道混合器中混合，混合后的料液直接注入微通道反应器内反应，产物分别经分离和洗涤后隔绝空气保存。该方法通过采用溶剂部分汽化形成气液两相截段流的流动形式可以解决微通道反应器在合成纳米颗粒过程中的堵塞问题，实现纳米镍颗粒的连续化合成，而且制备过程中不添加任何分散剂等表面活性剂，原料成本低廉，操作简单，合成的纳米镍具有颗粒大小均匀，分散性好等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备纳米金属镍粉的制备方法，尤其涉及一种通过微通道反应器 连续制备纳米镍粉的方法。
技术介绍
纳米材料是当前研究最为活跃的领域之一，纳米镍由于具备独特的物理和化学性 质，在催化剂、电池材料、磁性材料以及纳米涂层材料等许多领域得到了广泛应用。目前纳米镍的制备方法主要有羧基热分解法、蒸发冷凝法、物理制备法、水热 法、电解法、机械粉碎法、微乳液法和化学还原法。在这些制备方法当中，液相化学还 原法由于工艺简单、便于操作、产品颗粒均勻等优点成为研究人员关注的重点。专利 CN200510121349. 1公开了一种纳米镍粉的制备方法，该方法以水溶性高分子单体为表面分 散剂，水合胼或硼氢化钠为还原剂，采用间歇反应器在碱性条件下液相还原氯化镍或硫酸 镍，制备了粒径为10-50nm的纳米镍粉。专利CN200810123127. 7以二亚硫酸钠为还原剂，聚 乙烯吡咯烷酮为分散剂，丙二醇-水混合溶液为反应介质，在间歇反应器中采用液相化学 还原法合成了粒径30-60nm的纳米镍粉。该方法工艺过程简单、生产成本低廉，具有很好的 工业应用前景。专利CN200910051160. 8在制备纳米镍粉时，先将镍盐和分散剂充分混合， 然后以滴加的方式加入碱液，搅拌30-60min后再滴加还原剂进行还原反应，该方法获得的 纳米镍粉分散均勻，制备工艺简单。以上报道的液相化学还原法制备纳米镍粉均采用间歇方式合成，并通过在制备过 程中添加分散剂来阻止纳米镍的团聚，这为后续处理带来了不便。专利CN03113326.6公 开了一种采用沉淀法连续制备超细纳米粉体的工艺及专用设备，该工艺先将镍盐和还原剂 等先在釜式反应器中进行混合，然后将混合后的物料输送入配有静态混合器的管式反应器 中进行反应，最终可以获得分散性好，粒径分布窄的纳米镍粉。整个工艺过程连续、操作简 单，但是常规反应器在放大的过程中都会存在不同程度的“放大效应”。近年来，微通道反 应器由于在传热、传质、尺寸控制及不存在“放大效应”等方面的优异特性，在连续制备纳米 金属颗粒方面取得了显著的成果，目前已成功的利用微通道反应器连续合成了多种纳米金 属颗粒，包括 Au (Nano Lett. 2005，5，685)、Ag (Nano Lett. 2004，4，2227)、Pt (J. Nanosci. Nanotechnol. 2004，4，788)、Cu (J. Phys. Chem. B. 2005，109，9330)和 Co (Chem. Mater. 2006， 18，2817)等，但利用微通道制备纳米镍的报道并不多见，主要原因可能是纳米金属颗粒在 合成过程中会在通道内发生沉积而堵塞微通道，使得反应无法顺利进行。我们曾利用液液 两相嵌段流的流动形式成功解决了纳米颗粒在微通道内的堵塞问题，但该方法需要在反应 后进行两相分离，会增加后续处理步骤。因此，开发一种既可以连续合成纳米镍颗粒，同时 又操作简便的制备方法显得十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服间歇生产效率较低的缺点，并利用溶剂部分汽化所形成的气液两相嵌段流的流动形式来解决颗粒在合成过程中微通道的堵塞问题，而提供了一种 利用微通道反应器制备纳米镍粉的方法。本专利技术的技术方案为，具体步骤 为1)分别配制可溶性镍盐的醇溶液A和含碱的水合胼醇溶液B ； 2)A液与B液按照水合胼/镍离子的摩尔比例2 10 1分别通过泵注入加热的 微混合器内混合，混合后的料液直接注入加热的微通道反应器中反应，收集出料产物；3)产物经离心分离，洗涤至PH = 6 7后，隔绝空气保存；得到纳米镍粉。优选 可溶性镍盐为氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍，更优选为氯化镍、乙酸镍；可溶性镍盐的醇 溶液的浓度为0. 05 1. 0mol/Lo步骤1) B液中含碱的水合胼溶液的浓度为0. 15 2mol/ L，其中碱/水合胼的摩尔比例0.8 1.2 1。优选步骤1)中含碱的水合胼溶液中的碱为NaOH或Κ0Η;优选步骤1)中溶液A和 溶液B中的醇为甲醇、乙醇、异丙醇或乙二醇，更优选为甲醇、乙醇。上述步骤2)中微混合器和微通道反应器的加热温度为50 90°C。优选微混合器 的通道直径为25 200μπι，物料在微混合器中的停留10 IOOms ；微通道反应器的内径为 0. 5 3mm，物料在微通道反应器内的停留时间为2 30min。本专利技术的反应装置流程图见图1。有益效果1.本专利技术采用微通道反应器进行纳米镍合成，可实现反应过程的连续可控，并且 操作简单易行，不存在“放大效应”，生产过程可实现工业化；2.本专利技术在合成过程中不添加任何其他分散剂或引发剂，原料成本低廉，合成的 纳米镍颗粒具有粒径分布窄、分散性好等优点；3.本专利技术采用溶剂部分汽化形成气液两相嵌段流的流型，可以避免纳米颗粒在微 通道内的堵塞现象，并且便于产物的后续分离处理。附图说明图1为微通道反应器制备纳米镍粉装置流程示意图，其中a 镍盐醇溶液；b 含碱 的水合胼醇溶液；1-1和1-2 输料泵；2 微混合器；3 水浴加热恒温区；4 微通道反应器； 5 产物收集罐；图2为实施例1样品的X射线衍射图(XRD)；图3为实施例1样品的透射电子显微镜图(TEM)；图4为实施例2样品的场发射扫描电子显微镜图(FESEM)。具体实施例方式实施例1将4. 75g氯化镍溶解在50ml乙醇中配置A液，将4. 71g水合胼和3. 2g氢氧化钠加 入50ml乙醇中配置B液，A液和B液通过泵注入温度为70°C通道直径为100 μ m的微混合 器(购自德国MM公司)中混合，停留60ms后料液直接注入反应温度为70°C，内径为2mm 的微通道反应器(购自南京晚晴实业公司)中停留3. 5min进行反应，收集产物，产物分别经离心分离，洗涤至PH = 7后，隔绝空气保存。经XRD表征显示产物为镍金属，获得的纳米镍平均粒径为73nm，该样品的样品的X射线衍射图(XRD)如图2所示，TEM图见图3所示。实施例2将9. 51g氯化镍溶解于IOOml乙醇中配置A液，将8. 83g水合胼和6g氢氧化钠加 入到IOOml乙醇中配置B液，A液和B液通过泵注入温度为70°C通道直径为100 μ m的微 混合器(购自德国MM公司)中混合，停留80ms后料液直接注入反应温度为70°C，内径为 2mm的微通道反应器(购自南京晚晴实业公司)中停留5min进行反应，收集产物，产物分别 经离心分离，洗涤至PH = 6. 5后，将得到的样品隔绝空气保存。经XRD表征显示该样品为 镍金属，获得的纳米镍平均粒径为65nm，该样品的FESEM图见图4所示。实施例3将2. 08g氯化镍溶解于50ml乙醇中配置A液，将4. 12g水合胼和2. 8g氢氧化钠 加入到50ml乙醇中配置B液，A液和B液通过泵注入温度为68°C通道直径为50 μ m的微混 合器(购自德国I匪公司)中混合，停留50ms后的料液直接注入反应温度为68°C，内径为 2mm的微通道反应器(购自南京晚晴实业公司)中停留4min进行反应，收集产物，产物分别 经离心分离，洗涤至pH = 6. 5后，将得到的样品隔绝空气保存。经XRD表征显样品为镍金 属，获得的纳米镍平均粒径为45nm。实施例4将5. 6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用微通道反应器制备纳米镍粉的方法，其具体步骤为：１）分别配制可溶性镍盐的醇溶液Ａ和含碱的水合肼醇溶液Ｂ；２）Ａ液与Ｂ液按照水合肼／镍离子的摩尔比例２～１０∶１分别通过泵注入加热的微混合器内混合，混合后的料液直接注入加热的微通道反应器中反应，收集出料产物；３）产物经离心分离，洗涤至ｐＨ＝６～７后，隔绝空气保存；得到纳米镍粉。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张利雄，张钰，王重庆，董利，徐南平，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]