一種納米鎳粉的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種納米鎳粉的制備方法，該方法是將鎳鹽和表面活性劑溶于水中攪拌均勻，加入絡合劑至所述鎳鹽溶液中進行混合、反應，制得絡合鎳鹽溶液為A液，將還原劑和堿溶于水得到B液；將上述A液加熱，把上述B液加入A液得A與B混合溶液，然后冷卻，反應產(chǎn)物經(jīng)固液分離得到納米鎳粉濾餅，經(jīng)水洗去除濾餅中的雜質；洗滌后的濾餅用無水乙醇洗滌除去水分；將無水乙醇洗滌后的納米鎳粉濾餅在真空40～60℃除去乙醇和微量水分得到球形納米鎳粉。本發(fā)明一種納米鎳粉的制備方法，工藝簡短易控，生產(chǎn)成本低，還原率高，生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種納米鎳粉的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料制備【技術領域】，具體涉及一種納米鎳粉的液相化學還原制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著電子技術的微型化、超大型化、集成化發(fā)展，電子元件將越來越小，做為電子漿料用的鎳粉也相應的要求達到納米級；同時，由于納米鎳粉除具有常規(guī)鎳粉的特性外，還具有小體積、高比表面積和量子特性等不同尋常的特性。納米鎳粉的均一性和單分散性是電子元件小型化的條件之一。納米鎳粉具有表面活性高、表面純度高、比表面積大、磁性、無微孔滲透等獨特的物理化學性能，在催化劑、磁性材料、電池材料、固體潤滑劑、硬質合金粘結劑等方面具有廣闊的應用前景。
[0003]納米鎳粉的制備方法主要有物理氣相沉積、化學氣相沉積和液相還原制備三大類，三類方法各有優(yōu)缺點。
[0004]物理氣相沉積法是在真空環(huán)境下通過物理方法使金屬鎳靶揮發(fā)或離子化，然后控制一定的凝聚速度得到，特點是工藝簡單易于操作，無三廢污染；但是生成效率低，顆粒易氧化，能耗高，設備復雜，技術要求高，成本昂貴，因此難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]化學氣相沉積法是利用碳基鎳為原料，在一定的溫度和壓力下分解得到納米鎳粉，化學氣相沉積法的生產(chǎn)效率高，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，但化學氣相制鎳粉的原料碳基鎳的制備難度大，納米粉體難以收集，工藝的設備要求高等。
[0006]液相化學還原法是采用鎳鹽為原料水合肼等為還原劑，在溶液中制備鎳粉，液相還原法制備納米鎳粉具有工藝簡單，設備投資小，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，適合于工業(yè)化規(guī)模的生產(chǎn)納米鎳粉，但液相還原法在粒度和形貌方面很難控制。因此開發(fā)一種既可粒度可控，同時又操作方便的制備納米鎳粉的方法具有很高的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明為克服現(xiàn)有納米鎳粉制備方法的不足之處，提供一種工藝簡短易控，生產(chǎn)成本低，還原率高，生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的制備納米鎳粉的方法；該方法通過控制反應速度能夠使納米鎳粉的晶核形成和晶體生長階段分開，從而有效的調控納米鎳粉的粒徑，使納米鎳粉的粒徑分布均勻、抗氧化性強、分散性好。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案為:一種納米鎳粉的制備方法，所述的制備方法包括下述步驟:
[0009](I)將鎳鹽和表面活性劑溶于水中攪拌均勻，其中鎳鹽的濃度為0.05?2.0mol/L，表面活性劑的濃度為1.0?120g/L ;加入絡合劑至所述鎳鹽溶液中進行混合、反應，制得絡合鎳鹽溶液為A液,其中絡合劑與鎳鹽的摩爾比為0.01?0.5:1 ;將還原劑和堿溶于水得到B液，其中還原劑的濃度為0.4?8.0mol/L，堿的濃度為1.2?24.0mol/L ；
[0010](2)將上述A液加熱至60-90°C，把上述B液加入A液得A與B混合溶液，其中A液與B液的體積比為3:1?1:3 ;反應體系溫度保持在60?90°C反應30?60min，然后冷卻至10?30°C，反應產(chǎn)物經(jīng)固液分離得到納米鎳粉濾餅，經(jīng)水洗去除濾餅中的雜質；洗滌后的濾餅用無水乙醇洗滌除去水分；將無水乙醇洗滌后的納米鎳粉濾餅在真空40?60°C除去乙醇和微量水分得到球形納米鎳粉。
[0011]所述步驟(I)中的鎳鹽為NiS04、NiCl2或Ni (NO3) 2。
[0012]所述步驟(I)中的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸(PAA)、油酸、聚乙二醇(PEG)、或聚乙烯醇(PVA)。
[0013]所述步驟(I)中的絡合劑為氨水、乙二胺四乙酸二鈉、乙二胺、聚丙烯酰胺、酒石酸鈉、檸檬酸。
[0014]所述步驟(I)中的還原劑為硼氫化鈉或硼氫化鉀與水合肼的混合物。
[0015]所述步驟(I)中的堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
[0016]所述步驟(2)A與B混合溶液中的鎳鹽的終濃度為0.0375?0.5mol/L，表面活性劑的終濃度為0.75?30.0.0g/L,還原劑的終濃度為0.3?2.0 mol/L,堿的終濃度為
0.9 ?6.0mol/L。
[0017]作為優(yōu)選的技術方案，絡合劑與鎳鹽的摩爾比為0.05?0.3:1汸與8混合溶液中，鎳鹽的終濃度為0.075?0.25mol/L，表面活性劑的終濃度為5.0?20.0g/L,還原劑的終濃度為0.5?1.6mol/L，堿的終濃度為2.0?5.0mol/L。
[0018]所述步驟(2)中的加料時間為30?60min。
[0019]所述步驟(2)中冷卻的方法為向反應液中加水。
[0020]所述步驟(2)中產(chǎn)物的固液分離可以是真空過濾或者離心。
[0021]所述步驟(2)制得的納米鎳粉呈黑色，無明顯結塊，平均粒徑為20?100nm。
[0022]本發(fā)明制得的納米鎳粉產(chǎn)品性能穩(wěn)定、質量可靠、粒度分布均勻、分散性好；合成納米鎳粉粒徑小，粒度均勻；用還原性較強的硼氫化鈉或硼氫化鉀來替代部分水合肼，既明顯提高了反應速率，且還原率達到100%，又減低了還原劑的用量，有利于降低產(chǎn)品成本；采用絡合-均相還原法生成納米鎳粉，使納米鎳粉的結晶度提高；制備方法簡單易控，設備簡單，能耗低，安全性好，生產(chǎn)質量穩(wěn)定、效率高、周期短、成本低，且生產(chǎn)規(guī)?？扇我鈹U大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明一種納米鎳粉的制備方法的工藝流程圖；
[0024]圖2為采用本發(fā)明方法制備的直徑為20nm鎳粉的SEM圖；
[0025]圖3為采用本發(fā)明方法制備的直徑為50nm鎳粉的SEM圖；
[0026]圖4為采用本發(fā)明方法制備的直徑為60nm鎳粉的SEM圖；
[0027]圖5為采用本發(fā)明方法制備的直徑為80nm鎳粉的SEM圖；
[0028]圖6為采用本發(fā)明方法制備的直徑為IOOnm鎳粉的SEM圖。
【具體實施方式】
[0029]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。
[0030]實施例1:[0031]一種納米鎳粉的制備方法，包括:
[0032](I)將0.075molNiCl2和5gPVP溶于水中均勻混合，然后加入0.015mol氨水充分攪拌得到500mlA液；將0.5moIN2H4.Η20、0.0lmol硼氫化鈉和2.0molNaOH混溶于水中得到500mlB 液；
[0033](2)A液加熱至90°C，把B液加入A液，加料時間為30min，反應體系溫度維持在90°C反應50min，然后加入冷水冷卻至室溫(10?30°C );將反應產(chǎn)物經(jīng)離心分離，濾餅經(jīng)水洗去除濾餅中的雜質,將廢水集中處理；洗滌后的濾餅用無水乙醇洗滌除去水分,將無水乙醇進行回收；將無水乙醇洗滌后的鎳粉濾餅在真空40°C除去乙醇和微量水分得到平均粒徑為20nm的球形納米鎳粉。
[0034]實施例2:
[0035]一種納米鎳粉的制備方法，包括:
[0036](I)將0.1mol NiSO4和IOgPVA溶于水中均勻混合，然后加入0.02mol乙二胺充分攪拌得到300mlA液；將0.7moIN2H4.Η20、0.02mol硼氫化鉀和3.0molKOH混溶于水中得到700mlB 液；
[0037](2)A液加熱至70°C，把B液加入A液，加料時間為50min，反應體系溫度維持在70°C反應40min,然后加入冷水冷卻至室溫(10?30°C );將反應產(chǎn)物經(jīng)離心分離，濾餅經(jīng)水洗去除濾餅中的雜質,將廢水集中處理；洗滌后的濾餅用無水乙醇洗滌除去水分,將無水乙醇進行回收；將無水乙醇洗滌后的鎳粉濾餅在真空40°C除去乙醇和微量水分得到平均粒徑為50nm的球形納米鎳粉。
[0038]實施例3:
[0039]一種納米鎳粉的制備方法，包括:
[0040](I)將0.25moINi (NO3)2和20.0gPEG溶于水中均勻混合，然后加入0.0125mol乙二胺四乙酸二鈉充分攪拌得到250mlA液；將I.2moIN2H4.H20、0.03moI硼氫化鉀和
5.0molNaOH混溶于水中得到750mlB液；
[0041](2) A液加熱至60°C，把B液加入A液，加料時間為60min，反應體系溫度維持在60°C反應40min,然后加入冷水冷卻至室溫(10?30°C );將反應產(chǎn)物經(jīng)離心分離，濾餅經(jīng)水洗去除濾餅中的雜質,將廢水集中處理；洗滌后的濾餅用無水乙醇洗滌除去水分,將無水乙醇進行回收；將無水乙醇洗滌后的鎳粉濾餅在真空40°C除去乙醇和微量水分得到平均粒徑為IOOnm的球形納米鎳粉。
[0042]實施例4:
[0043]一種納米鎳粉的制備方法，包括:
[0044](I)將0.1molNiCl2和IOgPAA溶于水中均勻混合，然后加入0.03mol酒石酸鈉充分攪拌得到750mlA液；將1.5moIN2H4.Η20、0.0lmol硼氫化鈉和5.0molKOH混溶于水中得到 250mlB 液；
[0045](2)A液加熱至90°C，把B液加入A液，加料時間為30min，反應體系溫度維持在90°C反應60min，然后加入冷水冷卻至室溫(10?30°C );將反應產(chǎn)物經(jīng)離心分離，濾餅經(jīng)水洗去除濾餅中的雜質,將廢水集中處理；洗滌后的濾餅用無水乙醇洗滌除去水分,將無水乙醇進行回收；將無水乙醇洗滌后的鎳粉濾餅在真空40°C除去乙醇和微量水分得到平均粒徑為80nm的球形納米鎳粉。[0046]實施例5:
[0047]一種納米鎳粉的制備方法，包括:
[0048](I)將0.15mol NiSO4和5g油胺溶于水中均勻混合，然后加入0.015mol酒石酸充分攪拌得到700mlA液；將0.9moIN2H4.Η20、0.02mol硼氫化鈉和4.0molNaOH混溶于水中得到 300mlB 液；
[0049](2) A液加熱至80°C，把B液加入A液，加料時間為40min，反應體系溫度維持在80°C反應50min，然后加入冷水冷卻至室溫(10?30°C );將反應產(chǎn)物經(jīng)離心分離，濾餅經(jīng)水洗去除濾餅中的雜質,將廢水集中處理；洗滌后的濾餅用無水乙醇洗滌除去水分,將無水乙醇進行回收；將無水乙醇洗滌后的鎳粉濾餅在真空40°C除去乙醇和微量水分得到平均粒徑為60nm的球形納米鎳粉。
[0050]最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的5種具體實施例。顯然，本發(fā)明并不限于以上實施例，還可以有很多變形。本領域的普通技術人員能從本發(fā)明公開的內容中直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。
[0051]本發(fā)明一種納米鎳粉的制備方法，具有以下優(yōu)點:
[0052]1、本發(fā)明制得的納米鎳粉產(chǎn)品性能穩(wěn)定、質量可靠、粒度分布均勻、分散性好，其化學成分、物理性能均能達到國家納米鎳粉質量標準等級，可滿足目前高新技術產(chǎn)品對高性能納米鎳粉的要求。
[0053]2、本制備方法合成納米鎳粉粒徑小，粒度均勻，可根據(jù)需要調節(jié)粒度大小，其粒徑為20至IOOnm,形貌呈球形。
[0054]3、通常用水合肼作還原劑制備超細鎳粉，反應速度慢，還原率低，而本發(fā)明中用還原性較強的硼氫化鈉或硼氫化鉀來替代部分水合肼，既明顯提高了反應速率，且還原率達到100%，又減低了還原劑的用量，有利于降低產(chǎn)品成本。
[0055]4、采用絡合-均相還原法生成納米鎳粉，使晶核的生成和生長分開，可控制納米鎮(zhèn)粉的形貌和粒度，使納米鎮(zhèn)粉的結晶度提聞。
[0056]5、本發(fā)明的制備方法簡單易控，設備簡單，能耗低，安全性好，生產(chǎn)質量穩(wěn)定、效率高、周期短、成本低，且生產(chǎn)規(guī)?？扇我鈹U大。
【權利要求】
1.一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于，所述的制備方法包括下述步驟: (1)將鎳鹽和表面活性劑溶于水中攪拌均勻，其中鎳鹽的濃度為0.05?2.0mol/L，表面活性劑的濃度為1.0?120g/L ;加入絡合劑至所述鎳鹽溶液中進行混合、反應，制得絡合鎳鹽溶液為A液,其中絡合劑與鎳鹽的摩爾比為0.01?0.5:1 ;將還原劑和堿溶于水得到B液，其中還原劑的濃度為0.4?8.0mol/L，堿的濃度為1.2?24.0mol/L ； (2)將上述A液加熱至60-90°C，把上述B液加入A液得A與B混合溶液，其中A液與B液的體積比為3:1?1:3 ;反應體系溫度保持在60?90°C反應30?60min，然后冷卻至10?30°C，反應產(chǎn)物經(jīng)固液分離得到納米鎳粉濾餅，經(jīng)水洗去除濾餅中的雜質；洗滌后的濾餅用無水乙醇洗滌除去水分；將無水乙醇洗滌后的納米鎳粉濾餅在真空40?60°C除去乙醇和微量水分得到球形納米鎳粉。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中的鎳鹽為 NiS04、NiCl2 或 Ni (NO3)2 ； 所述步驟(I)中的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸(PAA)、油酸、聚乙二醇(PEG)、或聚乙烯醇(PVA)； 所述步驟(I)中的絡合劑為氨水、乙二胺四乙酸二鈉、乙二胺、聚丙烯酰胺、酒石酸鈉、檸檬酸； 所述步驟(I)中的還原劑為硼氫化鈉或硼氫化鉀與水合肼的混合物； 所述步驟(I)中的堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)A與B混合溶液中的鎳鹽的終濃度為0.0375?0.5mol/L，表面活性劑的終濃度為0.75?30.0g/L,還原劑的終濃度為0.3?2.0mol/L，堿的終濃度為0.9?6.0mol/L。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于，所述絡合劑與鎳鹽的摩爾比為0.05?0.3:1 ;A與B混合溶液中，鎳鹽的終濃度為0.075?0.25mol/L,表面活性劑的終濃度為5.0?20.0g/L,還原劑的終濃度為0.5?1.6mol/L，堿的終濃度為2.0 ?5.0mol/L。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的加料時間為30?60min ； 所述步驟(2)中冷卻的方法為向反應液中加水； 所述步驟(2)中產(chǎn)物的固液分離可以是真空過濾或者離心； 所述步驟(2)制得的納米鎳粉呈黑色，無明顯結塊，平均粒徑為20?100nm。
【文檔編號】B22F9/24GK103962570SQ201310044838
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年2月3日 優(yōu)先權日:2013年2月3日
【發(fā)明者】何愛山 申請人:宇辰新能源材料科技無錫有限公司