氫氧化鎳納米 制備
作者:訪客發布時間:2021-10-12分類:催化劑及助劑瀏覽:119
氫氧化鎳納米的制備方法:
1、配位均勻沉淀法
配位均勻沉淀法是先在金屬鹽溶液中加入某種配位劑,使之轉化為可溶的配位化合物,再加入沉淀劑并控制沉淀劑的加入方式或滴加速度以獲得納米顆粒。基本原理是先將金屬離子與某種合適的配位劑反應,生成能與沉淀劑溶液共存的金屬的配合物溶液,然后改變反應體系條件,使配合物的平衡向解離方向移動,當溶液中的金屬離子達到一定濃度后,便與溶液體系中的沉淀劑發生反應生成沉淀。由于金屬離子與沉淀劑都均勻地分散在整個體系中,故沉淀也是均勻地生成、析出,從而避免了因為沉淀劑或金屬離子濃度局部過大而產生團聚,而且其粒徑容易控制。周根陶等[7]在一定濃度的Ni(NO3)2·6H2O溶液中,加入稍過量的乙二胺溶液,加熱攪拌20min后,冷卻得到紫紅色鎳的乙二胺配合物溶液,在連續的磁力攪拌下加入一定濃度的NaOH溶液,攪拌、過濾、洗滌得到淺綠色的納米Ni(OH)2。在80℃真空中干燥8 h,熱處理分解脫水后得Ni(OH)2超微粉末。周根陶等還考察了不同濃度的沉淀劑以及反應溫度對納米Ni(OH)2晶核形成和顆粒生長的影響。
此法的原理簡單、工藝方法簡便、易于生產,制備出的產品粒度可控、純度高,適用于大批量生產的前期實驗工作。但主要實施缺點是對pH值的控制精度要求過高,需要長時間的在線監測,而細微的Ni(OH)2沉積和電極表面的腐蝕又降低了pH值的精準度。
2、均相沉淀法
均相沉淀法是指通過控制溶液中沉淀劑濃度的增加速度,使溶液中的沉淀處于平衡狀態,且使沉淀在整個溶液體系中均勻地出現。它通常是通過溶液中的化學反應使沉淀劑緩慢地生成和釋放,從而克服了由反應體系外部向溶液中加沉淀劑而造成的沉淀劑局部不均的缺點[8]。一般地,沉淀劑可通過易緩慢水解的物質如尿素、六亞甲基四胺等生成。沉淀劑濃度很低,顆粒生長速度和納米粒子團聚即得到有效控制,反應產物顆粒度均勻,粒徑分布窄,純度高。夏熙等[9]以NiSO4為原料,以尿素為沉淀劑,采用此法制備了納米Ni(OH)2顆粒,并研究了納米Ni(OH)2的衍射峰特征、熱重和差熱分析等情況,得到了類球狀、平均粒徑小于100 nm的Ni(OH)2,為α、β混合型納米Ni(OH)2。
工業上生產Ni(OH)2應用均相沉淀法較多,此方法工藝簡單、對設備要求低,得到的沉淀物顆粒均勻致密,粒度小、分布窄、團聚小。但陰離子的洗滌較為復雜,這是沉淀法普遍存在的問題。
3、沉淀轉換法
沉淀轉換法是根據難溶化合物溶度積的不同,通過控制沉淀轉化的條件來限制顆生粒長并防止顆粒團聚,從而獲得分散性較好的超微粒子。例如通過鎳鹽和鹽反應生成草酸鎳鹽,限制反應體系的溫度、攪拌強度、pH值等工藝條件,加入一定量的表面活性劑和堿液,使之發生沉淀反應。表面活性劑一定要適量,若加入量過少,它對已生成的Ni(OH)2顆粒的包覆作用較弱,不能有效地抑制顆粒的繼續生長,造成Ni(OH)2顆粒過大;若加入量過多,它對納米Ni(OH)2顆粒的包覆作用太強,使得納米顆粒晶核生長緩慢,晶粒變小,鎳離子沉淀時間過長,草酸鎳轉化不完全。同時反應體系溫度對納米Ni(OH)2的生長也有重要影響。若反應溫度過高,轉化反應速率過快,甚至有些離子能穿透顆粒表面的表面活性劑膜層繼續生長,使顆粒生長失去控制,晶粒變大;若反應溫度太低,則會引起轉化速率變緩,反應時間延長。趙力等[10]人利用硝酸鎳與草酸鈉反應生成草酸鎳,在控制pH值為12、溫度為60℃并在連續攪拌的情況下,依次加入表面活性劑tween-80和NaOH溶液,使沉淀生成,然后洗滌、離心產品,于100℃下干燥10 h獲得顆粒尺寸為30~60 nm的納米β-Ni(OH)2產品,呈類球形或橢球形。同時也考察了轉化溫度、表面活性劑濃度與納米Ni(OH)2晶核生長、反應轉化率之間的關系。
此方法優點主要有:原料成本低、工藝流程短、設備簡單、操作方便、效率高等,易實現產業化。
4、水熱法
水熱法是在特定的密閉反應器(如高壓釜)中,采用水作為反應體系,通過將反應體系加熱至(或接近)臨界溫度,在反應器中產生高壓環境,使一些在常溫常壓下反應速度很慢的反應可以實現快速反應。
取0.8mol/L硫酸鎳水溶液20mL加入100mL燒杯中,在連續攪拌的條件下,加入1.6mol/L的NaOH水溶液,待沉淀完全后,繼續攪拌10min,用一定濃度的H2SO4溶液或NaOH溶液調節反應混合物的pH值,然后將反應混合物加入50mL內襯聚四氟乙烯的反應釜內,填充度為80%,密封后放入烘箱內,一定溫度下反應12h。反應結束,自然冷卻到室溫,過濾,用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌產品三次,在80℃下干燥2h,制得了納米棒狀的Ni(OH)2。實驗結果表明:Ni(OH)2納米棒形成的最佳條件是180~200℃,pH值為9~10。水熱反應時間對納米Ni(OH)2的形貌和結構都有重要的影響;而填充度只對納Ni(OH)2的形貌有重要影響,而對其結構沒有影響。
水熱法為各種前驅體的反應和結晶提供了一個在常壓條件下無法獲得的、特殊的物理和化學環境。粉體的形成經歷了溶解、結晶過程,相對于其他制備方法具有晶粒發育完整、粒徑小、分布均勻、顆粒團聚較少、可使用價格低廉的原料、易獲得合適的化學計量物和晶型等優點。目前,此法多用于實驗室。
5、反相膠束法(微乳液法)
反相膠束法也稱為微乳液法。反相膠束液是由表面活性劑、助表面活性劑、有機溶劑和水四部分組成的透明、低粘度、各相同性的熱力學穩定系統。其中有機溶劑為分散介質,水為分散相,表面活性劑為乳化劑。微乳液即水核為油包水型的溶液。水核是指表面活性劑溶解在有機溶劑中,當其濃度超過臨界膠束濃度時,形成親水基頭朝內、疏水基鏈朝外的液體微粒結構[13]。由于化學反應是發生在水核內部,受水核直徑控制,而水核又受[H2O]/[表面活性劑]的影響,因此,可以通過調節[H2O]/[表面活性劑]的比值來控制水核的半徑達到納米水平,從而控制生成物顆粒的成核和生長,以獲得各種粒徑的分散性好的納米粒子。作為“微型反應器”的水核還擁有很大的界面,同時又受到表面張力的作用,水核呈球形。這樣反應僅限于水核內部,有效地避免了顆粒間的團聚,而且得到的納米粒子具有粒徑分布較窄、呈球形或橢球形并且分散性好等優點。趙力[12]等采用由正己醇/TX-100/環己烷/水溶液組成的微乳液體系制備出了納米Ni(OH)2,并研究了納米Ni(OH)2摻雜普通粒徑Ni(OH)2的電化學性能。研究結果表明,其晶型為β型,形狀為球形或橢球形,粒徑為40~70 nm,被摻雜的普通球形Ni(OH)2的利用率提高了10% 以上。
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