專利名稱：一種納米鎳粉的液相制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米鎳粉的化學(xué)還原液相制備方法，屬于納米技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超細(xì)鎳粉具有獨(dú)特的性能，在電池、磁記錄材料、微電子材料與器件、化工與國防等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，鎳粉的制備方法研究受到了國內(nèi)外的極大關(guān)注。目前我國工業(yè)上生產(chǎn)鎳粉的方法主要有電解法和羰基鎳熱解法。電解法生產(chǎn)鎳粉是在含Ni+2離子的電解池中，以石墨或貴金屬作電極，接通電源并周期性改變電流方向。電解一段時間后，用磁性材料在電解池底部收集到鎳粉。這種方法能耗高，且粉末較粗。羰基鎳熱解法先將金屬鎳與CO反應(yīng)，生成羰基鎳，然后加熱分解羰基鎳即得到鎳粉。該法存在兩個缺點(diǎn)一是熱解塔內(nèi)分解溫度較高，鎳粉易燒結(jié)故粒徑較大；二是羰基鎳是一種劇毒物質(zhì)，有礙人體健康，對環(huán)境造成極大污染，對設(shè)備的要求高。
化學(xué)還原法制備鎳粉是在一定的堿性條件下，通過還原劑將相應(yīng)的金屬鎳鹽還原，利用表面活性劑或高分子聚合物對粒子表面的作用，得到大小形狀可控的納米鎳粉，化學(xué)還原法制備鎳粉的反應(yīng)溫度較低、反應(yīng)條件溫和、操作簡單。
根據(jù)Journal of Colloid and Interface Science 259(2003)282-286報(bào)道，在乙二醇溶液中，用NaOH調(diào)節(jié)PH值，在60℃用水合肼還原NiCl2·6H2O合成了平均粒徑在9nm的鎳粉。由于未加分散劑，合成的納米鎳粉團(tuán)聚嚴(yán)重。
根據(jù)Journal of Nanoparticle Research32001.127～132報(bào)道，采用氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)液的PH值、添加PdCl2形核劑和水溶性高分子PVP(聚乙烯吡咯烷酮)，水合肼還原NiCl2·6H2O制備出較純的納米鎳粉，但此方法制備的鎳粉粒度均勻性不好。
另外根據(jù)CN 1426865A報(bào)道，將硫酸鎳溶液攪拌加熱到50～80℃，然后加入含2-5重量硼氰化鉀的水合肼溶液，制備了粒徑小于100nm的鎳粉。但鎳粉之間有較多的枝連現(xiàn)象，鎳粉的分散性不太好；且顆粒的粒度分布大。
總之，由于鎳粉的化學(xué)活性好，容易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；且鎳具有磁性，顆粒間相互吸引。目前化學(xué)還原法制備的納米鎳粉的粒度分布大，顆粒均勻性不好，且團(tuán)聚比較嚴(yán)重，粉末的分散性不好。因此，尋求一個合適的反應(yīng)條件、最佳的制備工藝來控制反應(yīng)體系中鎳粉晶粒的形核與長大過程，使形核和生長兩個過程分開，形成的晶核同步長大，以獲得粒度均勻的納米鎳粉。同時選擇合適的分散劑有效防止鎳顆粒的團(tuán)聚，提高鎳粉的分散性。這些措施的成功與否是化學(xué)還原法制備高性能的納米鎳粉的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有化學(xué)還原法制備納米鎳粉存在的問題，提供一種納米鎳粉的制備方法，制備出的納米鎳粉粒度分布窄，顆粒均勻，粉末的分散性好。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明納米鎳粉的液相制備方法的特點(diǎn)是反應(yīng)中以水溶性高分子單體作為表面分散劑。
具體操作為將鎳鹽和分散劑水溶于水中并充分?jǐn)嚢璧玫紸液；將還原劑和堿溶于水中得到B液；A液加熱至50℃-99℃后，把B液倒入A液，或把A液與B液混合后加熱到50℃-99℃進(jìn)行反應(yīng)；A與B的混合溶液中，鎳鹽的終濃度為0.005～0.5mol/L，表面分散劑的終濃度為0.1～100g/L，還原劑的終濃度為0.005～1.0mol/L，堿的終濃度為0.01～0.5mol/L；保持溫度在50℃～99℃至反應(yīng)溶液變清，然后冷卻至10～30℃，進(jìn)行固液分離，制得平均粒徑為10～500nm的納米鎳粉。
為了較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，A與B的混合溶液中，鎳鹽的終濃度為0.025～0.4mol/L，表面分散劑的終濃度為0.25～50g/L，還原劑的終濃度為0.1～1.0mol/L，堿的終濃度為0.02～0.4mol/L。
所述表面分散劑為水溶性高分子聚乙烯基吡咯烷酮單體NVP，水溶性高分子聚丙烯酸的單體丙烯酸，或水溶性高分子聚丙烯酰胺的單體丙烯酰胺。
所述鎳鹽為NiSO4.6H2O或NiCl2.6H2O。
所述還原劑為水合肼或硼氫化鈉。
所述堿為氫氧化鈉，碳酸鈉或氨水。
所述反應(yīng)完成后通過往反應(yīng)液中加水的方法進(jìn)行冷卻。
本發(fā)明采用了水溶性高分子單體作為表面分散劑來改善納米鎳粉的分散效果。由于高分子聚合物分子鏈長，分子鏈之間容易相互鉸鏈，采用高分子聚合物作為表面分散劑制備的鎳粉很容易成枝鏈狀。采用水溶性高分子單體作為分散劑，由于其分子鏈短，可有效防止長分子鏈之間的鉸鏈。通過優(yōu)化各個試驗(yàn)參數(shù)，使水溶性高分子單體在鎳粉顆粒的表面形成一層單分子層保護(hù)納米鎳粉。或者調(diào)控反應(yīng)體系的PH值，反應(yīng)溫度等制備工藝，促使水溶性高分子單體在鎳粉晶粒形成和長大的反應(yīng)過程中聚合，形成的聚合物再包覆鎳粉顆粒，可有效防止鎳粉的團(tuán)聚和枝鏈現(xiàn)象，大大改善鎳粉的分散效果。本制備方法合成納米鎳粉工藝簡單，反應(yīng)速率快，操作容易；且制備的納米鎳粉粒度分布窄，顆粒均勻，粉末的分散性好。粒度均勻且分散性好的納米鎳粉具有十分優(yōu)良的物理化學(xué)性能，可滿足目前高新技術(shù)產(chǎn)品(電子漿料和多層陶瓷電容器內(nèi)電極等)對高性能納米鎳粉的需求。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一1)將0.0125mol NiCl2和10gNVP溶于水溶液中得到250mlA液，并充分?jǐn)嚢枋笰液均勻混合。
2)將0.1875mol N2H4.H2O和0.025mol NaOH混溶于水溶液中得到250mlB液。
3)A液加熱至80℃，把B液加入到A液，反應(yīng)體系溫度保持恒定，充分?jǐn)嚢柚粱旌弦鹤兂珊谏缓蠹尤肜渌鋮s至室溫(10～30℃)。
4)將鎳粉按常規(guī)方法進(jìn)行固液分離，制備的鎳粉平均粒徑在50nm。
實(shí)施例二1)將0.1mol NiSO4和20gNVP溶于水溶液中得到250mlA液，并充分?jǐn)嚢枋笰液均勻混合。
2)將0.25mol N2H4.H2O和0.2mol NaOH混溶于水溶液中得到250ml B液。
3)將B液倒入A液中，并攪拌20min，然后水浴升溫至90℃，反應(yīng)體系溫度保持在90℃，反應(yīng)完成后冷卻至室溫。
4)將鎳粉進(jìn)行固液分離，制備的鎳粉平均粒徑在100nm。
實(shí)施例三1)將0.03mol NiCl2和2.5gNVP溶于水溶液中得到400mlA液，并充分?jǐn)嚢枋笰液均勻混合。
2)將0.3mol N2H4.H2O和0.0375mol碳酸鈉混溶于水溶液中得到100ml B液。
3)A液加熱至80℃，把B液加入到A液，反應(yīng)體系溫度保持恒定，反應(yīng)完成后冷卻至室溫。
4)將鎳粉進(jìn)行固液分離，制備的鎳粉平均粒徑在30nm。
實(shí)施例四1)將0.005mol NiSO4和1g丙烯酸溶于水溶液中得到400mlA液，并充分?jǐn)嚢枋笰液均勻混合。
2)將0.25mol N2H4.H2O和0.01mol NaOH混溶于水溶液中得到100ml B液。
3)A液加熱至80℃，把B液加入到A液，反應(yīng)體系溫度保持恒定，反應(yīng)完成后冷卻至室溫。
4)將鎳粉進(jìn)行固液分離，制備的鎳粉平均粒徑在15nm。
實(shí)施例五1)將0.1molNiSO4和40g丙烯酰胺溶于水溶液中得到250mlA液，并充分?jǐn)嚢枋笰液均勻混合。
2)將0.2mol硼氫化鈉和0.2mol NaOH混溶于水溶液中得到250ml B液。
3)將B液倒入A液中，并攪拌20min，然后水浴升溫至50℃，反應(yīng)體系溫度保持在50℃，反應(yīng)完成后冷卻至室溫。
4)將鎳粉進(jìn)行固液分離，制備的鎳粉平均粒徑在150nm。
權(quán)利要求
1.一種納米鎳粉的液相制備方法，其特征在于反應(yīng)中以水溶性高分子單體作為表面分散劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于將鎳鹽和表面分散劑水溶于水中并充分?jǐn)嚢璧玫紸液；將還原劑和堿溶于水中得到B液；A液加熱至50℃～99℃后，把B液倒入A液，或把A液與B液混合后加熱到50℃～99℃進(jìn)行反應(yīng)；A與B的混合溶液中，鎳鹽的終濃度為0.005～0.5mol/L，表面分散劑的終濃度為0.1～100g/L，還原劑的終濃度為0.005～1.0mol/L，堿的終濃度為0.01～0.5mol/L；保持溫度在50℃～99℃至反應(yīng)溶液變清，然后冷卻至10～30℃，進(jìn)行固液分離，制得平均粒徑為10～500nm的納米鎳粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于A與B的混合后溶液中，鎳鹽的終濃度為0.025～0.4mol/L，表面分散劑的終濃度為0.25～50g/L，還原劑的終濃度為0.1～1.0mol/L；堿的終濃度為0.02～0.4mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述表面分散劑為水溶性高分子聚乙烯基吡咯烷酮單體NVP，水溶性高分子聚丙烯酸的單體丙烯酸，或水溶性高分子聚丙烯酰胺的單體丙烯酰胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述鎳鹽為NiSO4·6H2O或NiCl2·6H2O。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述還原劑為水合肼或硼氫化鈉。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述堿為氫氧化鈉，碳酸鈉或氨水。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述A液與B液混合反應(yīng)溫度及保持溫度為80℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述反應(yīng)完成后通過往反應(yīng)液中加水的方法進(jìn)行冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用水溶性高分子單體作為表面分散劑，化學(xué)還原合成納米鎳粉的液相制備方法。本制備方法合成納米鎳粉工藝簡單，反應(yīng)速率快，操作容易；且制備的納米鎳粉粒度分布窄，顆粒均勻，粉末的分散性好。
文檔編號B22F9/24GK1792521SQ200510121349
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者任山, 劉大勇 申請人:中山大學(xué)