制备超微镍粉的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种超微镍粉制取的工艺方法。即先将无水碳酸钠溶解于蒸馏水中，再加入水合肼作为还原剂，另添加聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ），调节ｐＨ值为９－１０；升温，然后溶解六水合氯化镍于蒸馏水中配成溶液，用喷枪将溶液喷入反应釜中发生反应，经过一段时间，从反应釜出口流出的反应液经磁性分离、水洗、醇洗、真空干燥、筛析，获得灰黑色的超微镍粉。本发明专利技术制取的镍粉的球形度好，粒度分布窄，晶粒细小，效果好的粒径为４０－６０ｎｍ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种利用液相还原法直接制取超微镍粉的工艺方法。
技术介绍
超微镍粉作为一种纳米金属材料，由于其表面活性高、导电性和导热性好，在催化剂、电池材料及硬质合金粘结剂等许多领域都有广泛的应用前景。在超微镍粉的各种制备方法中，溶液还原法由于其工艺简单，所得到的粉末纯度高、颗粒尺寸小且分布均匀，已成为近年来国内外科技工作研究的热点。廖戎等人在《无机化学学报》Vol.19.NO.10 OCT.2003，1047-1052发表“液相还原法制备超细球形镍粉”，采用NiSO4·5H2O为原料，利用NaOH调节溶液的pH值，并形成Ni(OH)2，还原剂采用N2H4·H2O，还原过程中加入晶核引发剂及表面活性剂。采用正交试验找出沉淀条件来制备导电浆料用球型镍粉。高保娇等人在《无机化学学报》Vol.17.NO.4 JULY，2001，491-495介绍“超微镍粉的微乳液法制备研究”，采用水(溶液)/二甲苯/SDS/正戊醇反相微乳液体系，用水合肼还原硫酸镍制备镍微粒。采用XRD、TEM等法对产物进行鉴定与表征。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种。将无水碳酸钠溶解于蒸馏水中，加入水合肼作还原剂，另加聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，调节溶液的PH，再将六水合氯化镍溶解于蒸馏水中，配成的溶液用喷枪喷入反应器中发生反应，从反应器流出的反应液经磁性分离、水洗、醇洗、真空干燥、筛析，得超微金属镍粉。本专利技术的另一目的在于提供一种制取超微镍粉的反应装置。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现一种，其步骤是先将120g无水碳酸钠溶解于7000ml蒸馏水中，再加入300-500ml水合肼作还原剂，另添加5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，升温至85-105℃，使溶液的pH值为9-10，然后溶解47.6g六水合氯化镍于2000ml蒸馏水中配成溶液，用喷枪将溶液喷入反应釜中发生反应，并在反应中不断地通入氮气；当反应进行20-25min后，从反应器放出反应液经磁性分离出绝大部分的水，然后再反复用蒸馏水洗至中性，再用无水乙醇带出洗涤水，然后在40-60℃下进行真空干燥，干燥产物经筛析后获得的灰黑色粉末，即为超微金属镍粉。本专利技术还可通过如下措施来实现一种制取超微镍粉的反应装置，包括反应釜、探头、控温箱。反应釜配置有进料口、氮气进口和测温口，底部有出口，探头由控温箱引出，从测温口伸入反应釜溶液中。上述反应过程用化学方程式表示如下 本专利技术所用的原料及试剂是六水合氯化镍NiCl2·6H2O(汕头金砂化工厂)，无水碳酸钠Na2CO3(天津市福晨化学试剂厂)、水合肼(N2H4·H2O天津市泰兴试剂厂)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP进口分装，中国医药上海化学试剂公司)乙醇C2H5OH(莱阳化工试验厂)，其它试剂均能从市场上购置获得。本专利技术采用X射线衍射和透射电镜观察来表征超微镍粉。1、X射线衍射将干燥后的产物样品进行XRD图谱测定。根据图3、5、7、9、11，X射线衍射图谱，在2θ＝56.99°，66.79°的宽化的衍射峰分别对应于Ni标准卡片面上(111)，(200)面，对应的晶面间距分别为2.03A、1.76A。图中未见到Ni氧化物的衍射峰，说明所制样品为相纯的单质镍。2、透射电镜分析将制得的粉末样品，分散于无水乙醇中，超声5min，用铜网蘸分散液，取出烘干进行TEM观察，从图4可以看出，超微镍粉为球形、粒度分布窄、晶粒细小，平均粒径为40nm，从图8、10、12可以看出，随着反应条件的变化，出现镍粉的形状不规则，有团聚，粒度分布较宽，粒径尺寸增大等现象。本专利技术与现有技术相比所具有的优点及产生的有益效果是1、本专利技术制取的超微镍粉为球形颗粒，表面光洁，粒度范围在40-100nm之间，40-60nm为镍粉最佳粒径。镍粉实际产率也较高(＞90％)，与“液相还原法制备超细球形镍粉”结果相比，粒度较小且分布较均匀，不需加入晶核引发剂及表面活性剂；与“超微镍粉的微乳液法制备研究”的结果相比，反应速度更快，所需进间短，几乎减少一半的反应时间；2、用喷枪将溶液喷入反应器中发生反应，起稀释作用，可阻止反应生成的镍晶粒进一步长大。在反应过程中不断地向反应釜通入氮气，起到两方面的作用，其一是搅拌作用，使反应液混合均匀，从而有利用反应正常的进行；其二是维持反应体系处于还原性气氛中，从而保证了产品的质量；3、本专利技术对原料和反应条件无苛刻要求，有机分散介质成本低，利用磁性分离，解决了固液分离困难，无需高速分离设备；4、利用现有设备，如果一次投料量增大五倍，可获得镍粉50g。由于进行一次反应操作时间为4.5小时，则一天可进行五次操作，日产镍粉可达250g，为制取超微镍粉，开辟了一条新途径。附图说明图1是超微镍粉制取工艺方法流程方框2是制取超微镍粉反应器及控温装置示意3是制取超微镍粉粒径为40nmXRD4是制取超微镍粉粒径为40nmTEM透射电镜图象图5是制取超微镍粉粒径为60nmXRD6是制取超微镍粉粒径为60nmTEM透射电镜图象图7是制取超微镍粉粒径为87nmXRD8是制取超微镍粉粒径为87nmTEM透射电镜图象图9是制取超微镍粉粒径为85nmXRD10是制取超微镍粉粒径为85nmTEM透射电镜图象图11是制取超微镍粉粒径为94nmXRD12是制取超微镍粉粒径为94nmTEM透射电镜图象具体实施方式下面结合附图，对本专利技术再作进一步的描述实施例1，先将120g无水碳酸钠溶解于7000ml蒸馏水中，再加入500ml水合肼作还原剂，另添加5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)放置反应釜1中，升温至92℃，由控温箱6引出的探头5，从测温口4进入反应釜1中，使溶液保持一定的温度。调节溶液的pH值达9.5，然后溶解47.6g六水合氯化镍于2000ml蒸馏水中配成溶液，用喷枪将溶液从进料口2喷入反应釜1中发生反应，并在反应中不断地通入氮气。当反应进行20min后，从反应釜出口7流出的反应液经磁石吸引进行磁化分离，然后用蒸馏水洗至中性，再用无水乙醇带出所含的少量洗涤水，再在40℃下进行真空干燥。干燥产物经筛析后，获得灰黑色的超微镍粉。颗粒为球形，表面光洁，粒度分布较窄，晶粒细小，两个衍射峰2θ＝59.98°，66.80°，粒径为40nm(见图3、4)。实施例2，先将120g无水碳酸钠溶解于7000ml蒸馏水中，再加入500ml水合肼作为还原剂，另添加5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)放置反应釜1中，升温至85℃，调节溶液的pH值达9.4，然后溶解47.6g六水合氯化镍于2000ml蒸馏水中配成溶液，用喷枪将溶液从进料口2喷入反应釜1中发生反应，并在反应中不断地通入氮气。当反应进行20min后，从反应釜出口7流出的反应液经磁化分离，然后用蒸馏水洗至中性，再用无水乙醇带出所含的少量洗涤水，再在55℃下进行真空干燥。干燥产物经筛析后，获得灰黑色的超微镍粉，如图5所示的X射线粉末衍射图谱有2θ＝57.04°，66.78°两个衍射峰；TEM透射电镜如图6所示。超微镍粉为球形、粒度分布较窄，平均粒径为60nm。实施例3，操作规程、步骤如同实施例1。在实验中，先将120g无水碳酸钠溶解于7000ml蒸馏水中，再加入500ml水合肼作还原剂，另添加5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)放置反应釜1中，升温至95℃，调节溶液的pH值达9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超微镍粉制取的工艺方法，其特征在于先将１２０ｇ无水碳酸钠溶解于７０００ｍｌ蒸馏水中，再加入３００－５００ｍｌ水合肼作还原剂，另添加５ｇ聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ），升温至８５－１０５℃，使溶液的ｐＨ值为９－１０，然后溶解４７．６ｇ六水合氯化镍于２０００ｍｌ蒸馏水中配成溶液，用喷枪将溶液喷入反应釜中发生反应，并在反应中不断地通入氮气；当反应进行２０－２５ｍｉｎ后，从反应器放出反应液经磁性分离出绝大部分的水，然后再反复用蒸馏水洗至中性，再用无水乙醇带出洗涤水，然后在４０－６０℃下进行真空干燥，干燥产物经筛析后获得的灰黑色粉末，即为超微金属镍粉。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高锦章，郭效军，杨武，李生英，管飞，倪刚，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]