專利名稱：一種在乳狀液體系中制備納米鎳粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米金屬鎳粉的制備方法，屬于納米技術(shù)領(lǐng)域。適用于納米級鎳粉的工業(yè)化生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
鎳是一種銀白色的金屬，具有磁性、導(dǎo)電性和較好的化學(xué)穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性。納米鎳粉作為一種納米級金屬材料，具有獨特的物理、化學(xué)性質(zhì)，在電池材料、催化劑、磁性材料、納米涂層材料及硬質(zhì)合金粘接劑等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于具有磁性能，可用作磁流體；由于比表面巨大和高活性，可用作高效催化劑；將納米鎳粉添加到火箭的固體燃料推進(jìn)劑中可大幅度提高燃料的燃燒熱、燃燒效率，改善燃燒的穩(wěn)定性，可用作高效助燃劑；具有良好的導(dǎo)電性，可應(yīng)用于導(dǎo)電漿料、多層陶瓷電容器及鎳鎘電池；用納米鎳粉輔加適當(dāng)工藝，能制造出具有巨大表面積的電極，可大幅度提高放電效率，可用于高性能電極材料；納米粉末由于表面積和表面原子所占比例都很大，所以具有高的能量狀態(tài)，在較低溫度下便有強(qiáng)的燒結(jié)能力，是一種有效的活化燒結(jié)添加劑。
我國擁有較為豐富的鎳資源和強(qiáng)的開采、冶煉能力。近幾年來，由于汽車、電子、機(jī)械、信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，市場對納米鎳粉的需求不斷上升?？梢灶A(yù)見，納米鎳粉制備方法的改進(jìn)必將推動其在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮更加重要的作用。目前，納米鎳粉的制備方法主要有蒸發(fā)冷凝法、電爆炸絲法、溶膠—凝膠法、水熱法、微乳液法等多種新型方法。
據(jù)文獻(xiàn)調(diào)查結(jié)果，在乳狀液中利用時間控制粒徑制備納米鎳粉的方法目前尚未見報道。與傳統(tǒng)的制備方法相比，此法制備納米鎳粉具有實驗裝置簡單，操作容易，可人為地控制顆粒大小，分散性好等優(yōu)點。操作上的簡易性和應(yīng)用上的適用性為納米微粒的制備提供了一條簡單便利的制備途徑，粒子尺寸通過時間控制，生產(chǎn)產(chǎn)量與微乳液法制備的產(chǎn)量相比提高多倍，使其具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種采用乳狀液制備納米鎳粉的方法，其特征在于，它包括以下的步驟(1)硫酸鎳乳狀液的制備在SDBS(十二烷基苯磺酸鈉)中加入正戊醇、正庚烷，在一定溫度的水浴中攪拌，混合均勻，加入硫酸鎳水溶液，攪拌，得硫酸鎳澄清透明(淺綠色)乳狀液。
(2)納米鎳粉的制備硫酸鎳乳狀液制備完成并穩(wěn)定一定時間后，在恒溫水浴中，將硫酸鎳乳狀液迅速加入到稱量的硼氫化鈉中，在攪拌下反應(yīng)一段時間，完成反應(yīng)。
(3)破乳分離用丙酮洗滌破乳，高速離心分離產(chǎn)物，洗滌幾次后，再用50％乙醇洗滌幾次后在無水乙醇中用超聲波分散，得到納米鎳粉。
上述操作過程均在常壓下進(jìn)行，步驟(1)、(2)所述的恒溫水浴溫度為18-30℃。步驟(2)所述的還原劑硼氫化鈉顆粒在不同時間段(即在不同的乳狀液穩(wěn)定時間)，可制備不同粒徑的納米鎳粉，該時間段范圍為15-60分鐘，攪拌時間20-40分鐘。
本發(fā)明采用硫酸鎳水溶液/十二烷基苯磺酸鈉/正戊醇/正庚烷構(gòu)成的W/O(油包水)型乳狀液體系作為微反應(yīng)器，用硼氫化鈉還原硫酸鎳制備了納米級鎳微粒。
從圖中的透射電子顯微鏡拍攝的一張電鏡照片可以看出。在此乳狀液體系中，由于結(jié)晶是在有限空間的乳狀液(W/O)內(nèi)水相中形成的，所以制備的微粒具有高均勻度和細(xì)粒度的特點，大大提高了表面活性、比表面積，具有極大的表面效應(yīng)和體積效應(yīng)。所制備微粒的形貌為球形。采用乳狀液制備的納米鎳粉不僅粒徑大小分布均勻，并且可根據(jù)需要調(diào)節(jié)乳狀液穩(wěn)定時間，以獲取不同粒徑的納米鎳粉，粒徑為20-50nm。


圖1本發(fā)明制備方法實例4的納米鎳透射電鏡照片。
具體實施例方式
用以下的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明
實例1稱取13.135gNiSO4·6H2O溶于適量水中，于50ml容量瓶中定容，制備1.0M的NiSO4水溶液。稱取4.075g SDBS于三角瓶中，加入10.0ml正戊醇、26.0ml正庚烷，在25℃溫度的水浴中攪拌，混合均勻，滴加2.0ml上述NiSO4水溶液，同時用DF—101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器攪拌2min(30r/min)，體系逐漸形成硫酸鎳澄清透明(淺綠色)乳狀液。稱取0.114gNaBH4(硼氫化鈉)顆粒于另一三角瓶中，待乳狀液穩(wěn)定15min時，將其倒入裝有NaBH4的三角瓶中，在25℃恒溫水浴中磁力攪拌(30r/min)30min，反應(yīng)完全，Ni2+還原成納米鎳顆粒。在上述混合液中加少量丙酮，用(3000rpm)LD5-2A離心機(jī)分離母液與鎳粉沉淀物，再用丙酮反復(fù)清洗2次，然后用50％乙醇清洗2次。得到粒徑為20nm的納米鎳粉。
實例2稱取13.135gNiSO4·6H2O溶于適量水中，于50ml容量瓶中定容，制備1.0M的NiSO4水溶液。稱取4.075g SDBS于三角瓶中，加入10.0ml正戊醇、26.0ml正庚烷，在25℃溫度的水浴中攪拌，混合均勻，滴加2.0ml上述NiSO4水溶液，同時用DF—101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器攪拌2min(30r/min)，體系逐漸形成硫酸鎳澄清透明(淺綠色)乳狀液。稱取0.114gNaBH4(硼氫化鈉)顆粒于另一三角瓶中，待乳狀液穩(wěn)定30min時，將其倒入裝有NaBH4的三角瓶中，在25℃恒溫水浴中磁力攪拌(30r/min)30min，反應(yīng)完全，Ni2+還原成納米鎳顆粒。在上述混合液中加少量丙酮，用(3000rpm)LD5-2A離心機(jī)分離母液與鎳粉沉淀物，再用丙酮反復(fù)清洗2次，然后用50％乙醇清洗2次。得到粒徑為30nm的納米鎳粉。
實例3稱取19.703gNiSO4·6H2O溶于適量水中，于50ml容量瓶中定容，制備1.5M的NiSO4水溶液。稱取4.075g SDBS于三角瓶中，加入10.0ml正戊醇、26.0ml正庚烷，在25℃溫度的水浴中攪拌，混合均勻，滴加2.0ml上述NiSO4水溶液，同時用DF—101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器攪拌2min(30r/min)，體系逐漸形成硫酸鎳澄清透明(淺綠色)乳狀液。稱取0.114gNaBH4(硼氫化鈉)顆粒于另一三角瓶中，待乳狀液穩(wěn)定15min后，將其倒入裝有NaBH4的三角瓶中，在25℃恒溫水浴中磁力攪拌(30r/min)30min，反應(yīng)完全，Ni2+還原成納米鎳顆粒。在上述混合液中加少量丙酮，用(3000rpm)LD5-2A離心機(jī)分離母液與鎳粉沉淀物，再用丙酮反復(fù)清洗2次，然后用50％乙醇清洗2次。得到粒徑為33nm的納米鎳粉。
實例4稱取13.135gNiSO4·6H2O溶于適量水中，于50ml容量瓶中定容，制備1.0M的NiSO4水溶液。稱取4.075g SDBS于三角瓶中，加入10.0ml正戊醇、26.0ml正庚烷，在25℃溫度的水浴中攪拌，混合均勻，滴加2.4ml上述NiSO4水溶液，同時用DF—101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器攪拌2min(30r/min)，體系逐漸形成硫酸鎳澄清透明(淺綠色)乳狀液。稱取0.114gNaBH4(硼氫化鈉)顆粒于另一三角瓶中，待乳狀液穩(wěn)定15min時，將其倒入裝有NaBH4的三角瓶中，在25℃恒溫水浴中磁力攪拌(30r/min)30min，反應(yīng)完全，Ni2+還原成納米鎳顆粒。在上述混合液中加少量丙酮，用(3000rpm)LD5-2A離心機(jī)分離母液與鎳粉沉淀物，再用丙酮反復(fù)清洗2次，然后用50％乙醇清洗2次。得到粒徑為40nm的納米鎳粉。
權(quán)利要求
1.一種在乳狀液體系中制備納米鎳粉的方法，其特征在于，它包括以下步驟(1)硫酸鎳乳狀液的制備在SDBS(十二烷基苯磺酸鈉)中加入正戊醇、正庚烷，在一定溫度的水浴中攪拌，混合均勻，加入硫酸鎳水溶液，攪拌，得硫酸鎳澄清透明(淺綠色)乳狀液。(2)納米鎳粉的制備硫酸鎳乳狀液制備完成并穩(wěn)定一定時間后，在恒溫水浴中，將硫酸鎳乳狀液迅速加入到稱量的硼氫化鈉中，在攪拌下反應(yīng)一段時間，完成反應(yīng)。(3)破乳分離用丙酮洗滌破乳，高速離心分離產(chǎn)物，洗滌2-6次后，再用50％乙醇洗滌3-6次，最后在無水乙醇中用超聲波分散。得到納米鎳粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在乳狀液體系中制備納米鎳粉的方法，其特征在于本方法在常壓下進(jìn)行，其中水/SDBS/正戊醇/正庚烷的質(zhì)量比為0.8-1.2∶2∶4∶8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鎳粉制備方法，其特征在于步驟(1)、(2)所述的恒溫水浴溫度為18-30℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鎳粉制備方法，其特征在于步驟(2)所述的還原劑硼氫化鈉顆粒在不同時間段(即在不同的乳狀液穩(wěn)定時間)加入，可制備不同粒徑的納米鎳粉，該時間段范圍為15-60分鐘，攪拌時間為20-40分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種納米金屬鎳粉的制備方法。其特征在于采用硫酸鎳水溶液/十二烷基苯磺酸鈉/正戊醇/正庚烷構(gòu)成的W/O型乳狀液體系作為微反應(yīng)器，用硼氫化鈉還原硫酸鎳制備納米級鎳微粒，可以通過時間調(diào)控，制備20－50nm范圍內(nèi)不同粒徑的納米鎳粉。本發(fā)明的優(yōu)點在于利用乳狀液的不穩(wěn)定性質(zhì)，控制穩(wěn)定時間，制備不同粒徑要求的納米鎳粉；所得鎳粉顆粒均勻，單分散性好，粒徑較易控制；常溫常壓，反應(yīng)迅速，設(shè)備工藝簡單，制備成本較低。
文檔編號B22F9/16GK1966187SQ20061007083
公開日2007年5月23日 申請日期2006年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者張有賢, 安學(xué)勤, 付文杰 申請人:蘭州大學(xué)