專利名稱：一種納米鎳粉的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種納米鎳粉的制備方法，可用于民用或軍事用途，屬于納米材料制備技術領域。
背景技術：
納米鎳粉的工業(yè)化生產工藝屬于納米材料制備領域的高新技術，目前國內外生產納米鎳粉的方法主要有方法一，等離子(或激光)加熱蒸發(fā)法將金屬鎳在真空室內，采用高溫等離子體加熱揮發(fā)，用惰性氣體或氮氣將鎳蒸汽帶入低溫收集室中。該方法的特點是可以生產不同的納米金屬粉體，生產量可調，產品的分散性較好，但設備投資大，成本高，由于表面清潔未被修飾而易氧化，產品暴露在空氣中，有易燃的危險性。
方法二，直接電解還原法用鎳作為陽極，鎳鹽的飽和水溶液加一定量的還原劑和分散劑作為電解液，通過電解在陰極直接得到納米鎳粉體。該方法特點是生產過程簡單，產品質量不穩(wěn)定，顆粒不均勻，很難得到50納米以下的粉體，并且粉體團聚嚴重，不適合納米鎳的大規(guī)模生產，由于條件苛刻一般在實驗室狀態(tài)下才適合采用此方法。
方法三，多元醇還原Ni(OH)2法直接用鎳鹽在堿性溶液中沉淀得到Ni(OH)2，再在多元醇下還原處理，目前對該方法研究較多，但還沒有應用到生產上，由于生產工藝不成熟，粉末顆粒不均勻，此外納米鎳粉很難從粘稠的多元醇中分離出來，產品純度低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種可以達到國家納米鎳質量標準等級的納米粉體，產品在常溫狀態(tài)下長久儲存不會產生表面氧化現象，且分散性好，尺寸可調的納米鎳粉的新型獨特的制備方法。
為實現以上目的，本發(fā)明的技術方案的特征在于，采用非水電解液，直接犧牲陽極金屬鎳的電化學方法，其具體過程為第一步，電化學反應過程在電解槽內，用金屬鎳板作為陽極，導電材料作為陰極，電解液為對環(huán)境友好的無水工業(yè)試劑乙醇，濃度為90-100％，蓋沒金屬鎳板和導電材料，加入濃度為0.1％-10％，與乙醇比為1∶8-800的四庚基銨鹽TBA添加劑，TBA不參加化學反應，在電化學的反應中，生成具有高活性的納米鎳的亞穩(wěn)相前驅物R2-Ni，取出鎳的前驅物顆粒；第二步，還原熱處理將納米鎳的亞穩(wěn)相前驅物R2-Ni，與濃度為100％的還原醇類及有機無水還原液體，按1∶10--100比例密封在高壓釜中，加熱還原熱處理，壓力為50-100大氣壓(G)，溫度為200-270℃，時間為2-5小時，還原后得到分散于有機溶液中，表面被修飾的納米鎳粉；第三步，分離、干燥將還原后得到的納米鎳和有機溶液混合物，通過離心裝置使兩者分離得到濕的納米鎳粉，再用真空干燥箱進行干燥處理，溫度為30-50℃，處理后可直接得到符合國家納米鎳質量標準的納米金屬鎳粉產品；第四步，產品包裝成品在手套箱中進行稱量包裝，采用PVC密封包裝袋，外加塑料瓶，20公斤以上采用鋁合金桶包裝。
金屬鎳板Ni，電解液，添加劑的消耗量可根據生產規(guī)模而定。
本發(fā)明在電解槽內，用金屬鎳板Ni作為陽極，其它導電材料作為陰極，電解液為對環(huán)境友好的工業(yè)試劑無水乙醇，四庚基銨鹽TBA作為添加劑，該添加劑在乙醇溶液中能電離，只起到增加導電作用，不參加化學反應。在電化學的反應中，陽極鎳失去電子變成鎳離子，它與具有弱負電極性的乙醇結合，生成具有高活性的納米鎳的亞穩(wěn)相前驅物R2-Ni，通過過濾取出鎳的納米前驅物顆粒，在此過程中，無氣體、液體排放，反應過程沒有熱量散發(fā)，其化學反應過程為。
本發(fā)明將納米鎳的亞穩(wěn)相前驅物R2-Ni與無水乙醇密封在高壓釜中，進行加熱還原處理，處理過程中除高壓釜周圍有一定低溫熱量散發(fā)外，整個處理過程無任何廢氣、廢液排放，其反應過程為第一步的逆過程，即鎳離子獲得從乙醇被氧化失去的電子，還原成鎳原子，由于在有機溶劑環(huán)境下，顆粒長大被抑制，從而可以得到納米級鎳粉，乙醇被氧化成乙醛，還原過程為，；從而得到表面被修飾的納米鎳粉，由于得到的納米鎳粉表面被有機醇包覆修飾，故在空氣中能長時間保存不氧化。采用第一步電化學反應，是為了要得到具有高活性納米結構的R2-Ni，這樣才能保證第二步逆過程的實施。
本發(fā)明與方法一“等離子加熱蒸發(fā)法”相比較，具有生產工藝簡單，產品成本低，設備投資小的特點，克服了“等離子加熱蒸發(fā)法”生產的納米鎳表面所無法避免的氧化問題。
本發(fā)明與方法二“直接電解還原法”比較，具有生產出的納米鎳粉的顆粒大小更易控制，顆粒分布范圍窄，解決了該方法在粉體干燥過程中容易團聚的問題。因為整個過程都是在非水溶液中進行，顆粒形核長大的參變量少，易于控制，顆粒與顆粒之間被有機分子包圍，因而不易團聚。
本發(fā)明與方法三“多元醇還原Ni(OH)2法”比較，具有生產工藝簡單，無副產品、廢棄物的排放，生產成本低，反應過程中無任何其他雜質離子的引進，因此產品具有純度高、分散性好和顆粒小的特點，解決了方法三中納米鎳與多元醇難分離，純度低以及顆粒大的問題。
本發(fā)明的優(yōu)點是生產的納米鎳粉產品完全達到國家納米鎳質量標準等級，其化學成分、物理性能、比表面積均能達到國家標準，同時也達到國際先進水平的質量等級。與美國量子球納米材料公司的產品相比，利用本專利方法生產的產品納米鎳粉體在常溫狀態(tài)下長久儲存不會發(fā)生表面氧化。
本發(fā)明較其它方法在同樣生產規(guī)模情況下，具有以下優(yōu)點投資小，生產成本低于1000元/公斤；生產量隨時可調，生產者可根據市場供需行情靈活調整實際生產量；成品粉體分散性好，易于分裝、保存和運輸；生產過程無有害廢氣、廢液等污染物排放，能夠實現對環(huán)境友好的新材料環(huán)保型生產秩序；電解過濾后的電解液送回電解槽循環(huán)使用，還原熱處理生產剩余物乙醛可回收利用或作為生產原料出售，可進入循環(huán)經濟。本發(fā)明方法生產質量可控，廠房內生產環(huán)境清潔。
具體實施方案以下結合實施例對本發(fā)明作進一步具體說明，本發(fā)明的金屬鎳板電極Ni的消耗量可根據生產規(guī)模而定。
實施例1 按生產10克產品制備。
一種納米鎳粉的制備方法，采用電化學方法，該方法的操作過程為第一步，電化學反應在電解槽內，用30克金屬鎳板Ni作為陽極，導電材料碳玻璃作為陰極，電解液為對環(huán)境友好的工業(yè)試劑無水乙醇160克，濃度為100％，蓋沒金屬鎳板和導電材料，加入6克濃度為2％的四庚基銨鹽TBA作為添加劑，該添加劑在乙醇溶液中能電離，只起到增加導電作用，不參加化學反應。在電化學的反應中，陽極鎳失去電子變成鎳離子，它與具有弱負電極性的乙醇結合，生成具有高活性的納米鎳的亞穩(wěn)相前驅物R2-Ni，通過過濾取出鎳的納米前驅物顆粒；其化學反應過程為；第二步，還原熱處理將納米鎳的亞穩(wěn)相前驅物R2-Ni，與濃度為100％的無水乙醇按1∶50的比例密封在高壓釜中，進行加熱還原處理，壓力為65個大氣壓，溫度為250℃，時間為3小時，還原后得到表面被乙醇修飾的納米鎳粉。處理過程中除高壓釜周圍有一定低溫熱量散發(fā)外，整個處理過程無任何廢氣、廢液排放；其反應過程為第一步的逆過程，即鎳離子獲得從乙醇被氧化失去的電子，還原成鎳原子。由于在有機溶劑環(huán)境下，顆粒長大被抑制，從而可以得到納米級鎳粉，乙醇被氧化成乙醛，化學反應的過程為，；第三步，分離、干燥將還原后得到的納米鎳和有機溶液混合物，通過離心裝置使兩者分離而得到濕的納米鎳粉，再用真空干燥箱在40℃狀態(tài)下進行干燥處理，處理后可直接得到符合國家質量標準的納米金屬鎳粉產品，剩余20克鎳板可繼續(xù)使用，直至完全電解。塊體鎳板轉化為納米鎳粉的轉化率為99％以上；第四步，產品包裝成品在手套箱中進行稱量包裝，采用PVC密封包裝袋或塑料瓶包裝。
實施例2 按年產1噸生產量，一年200工作日(8小時工作班制)，即按每天生產成品5公斤計算。
一種納米鎳粉的制備方法，采用電化學方法，其方法為第一步.電化學反應在密閉電解槽內，用15公斤金屬鎳板Ni作為陽極，導電材料金屬銅作為陰極，電解液為對環(huán)境友好的工業(yè)試劑無水乙醇80公斤，蓋沒金屬鎳板和導電材料，濃度為95％，加入4公斤濃度為5％的四庚基銨鹽TBA作為添加劑，該添加劑在乙醇溶液中能電離，只起到增加導電作用，不參加化學反應。在電化學的反應中，陽極鎳失去電子變成鎳離子，它與具有弱負電極性的乙醇結合，生成具有高活性的納米鎳的亞穩(wěn)相前驅物R2-Ni，通過過濾取出鎳的納米前驅物顆粒，過濾后電解液可直接送回電解槽繼續(xù)循環(huán)使用。在此過程中，無氣體、液體排放，反應過程沒有熱量散發(fā)，其化學反應過程為；第二步，還原熱處理將納米鎳的亞穩(wěn)相前驅物R2-Ni，與濃度為100％的無水乙醇按1∶60比例密封在高壓釜中，進行加熱還原處理，壓力為80個大氣壓，溫度為260℃，時間為3小時，還原后得到表面被乙醇修飾的納米鎳粉。處理過程中除高壓釜周圍有一定低溫熱量散發(fā)外，整個處理過程無任何廢氣、廢液排放，其反應過程為第一步的逆過程，即鎳離子獲得從乙醇被氧化失去的電子，還原成鎳原子。由于在有機溶劑環(huán)境下，顆粒長大被抑制，從而可以得到納米級鎳粉，乙醇被氧化成乙醛?；瘜W反應的過程為，；第三步，分離、干燥將還原后得到的納米鎳和有機溶液混合物，通過工業(yè)液體離心裝置，分離得到濕的納米鎳粉，再用真空干燥箱進行干燥處理，溫度為50℃，處理后可直接得到符合國家質量標準的納米金屬鎳粉產品；剩余10公斤鎳板可繼續(xù)使用，直至完全電解。塊體鎳板轉化為納米鎳粉的轉化率為99％以上，分離后的液體收集儲存，達到一定量之后分離回收再利用或作為生產原料出售。
第四步，產品包裝成品在手套箱中進行稱量包裝，采用PVC密封包裝袋，外加塑料瓶，20公斤以上采用鋁合金桶包裝。
實施例3 按年產5噸生產量，一年200工作日(16小時2班制)，即按每天生產成品25公斤計算。
一種納米鎳粉的制備方法，采用電化學方法，其方法為第一步，電化學反應在密閉電解槽內，用75公斤金屬鎳板Ni作為陽極，金屬鎳作為陰極，電解液為對環(huán)境友好的工業(yè)試劑無水乙醇240公斤，濃度為90％，蓋沒金屬鎳板和導電材料，加入24公斤濃度為10％的四庚基銨鹽TBA作為添加劑，該添加劑在乙醇溶液中能電離，只起到增加導電作用，不參加化學反應。在電化學的反應中，陽極鎳失去電子變成鎳離子，它與具有弱負電極性的乙醇結合，生成具有高活性的納米鎳的亞穩(wěn)相前驅物R2-Ni，通過過濾取出鎳的納米前驅物顆粒，進行下一步還原處理，過濾后的電解液送回電解槽繼續(xù)循環(huán)使用。在此過程中，無氣體、液體排放，反應過程沒有熱量散發(fā)，其化學反應過程為；第二步，還原熱處理將納米鎳的亞穩(wěn)相前驅物R2-Ni，與濃度為100％的無水乙醇按1∶70比例密封在高壓釜中，進行加熱還原處理，壓力為100個大氣壓，溫度為270℃，時間為3小時，還原后得到表面被乙醇修飾的納米鎳粉，處理過程中除高壓釜周圍有一定低溫熱量散發(fā)外，整個處理過程無任何廢氣、廢液排放；其反應過程為第一步的逆過程，即鎳離子獲得從乙醇被氧化失去的電子，還原成鎳原子，由于在有機溶劑環(huán)境下，顆粒長大被抑制，從而可以得到納米級鎳粉，乙醇被氧化成乙醛，化學反應的過程為，；
第三步，分離、干燥將還原后得到的納米鎳和有機溶液混合物，通過離心裝置使兩者分離而得到濕的納米鎳粉，再用真空干燥箱在40℃進行干燥處理，處理后可直接得到符合國家質量標準的納米金屬鎳粉產品。剩余50公斤鎳板可繼續(xù)使用，直至完全電解。塊體鎳板轉化為納米鎳粉的轉化率為99％以上；分離后的液體收集儲存，達到一定量之后分離回收再利用或作為生產原料出售，進入循環(huán)經濟；第四步，產品包裝成品在手套箱中進行稱量包裝，采用PVC密封包裝袋，外加塑料瓶，20公斤以上采用鋁合金桶包裝。
本發(fā)明方法產品性能測試對比表 本發(fā)明符合國家標準GB/T 19588-2004納米鎳粉。
上表中的檢測結果，由國家指定最高資質的納米鎳粉標準檢測單位的檢測報告提供。
權利要求
1.一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于，采用電化學方法，其方法為第一步.電化學反應過程在電解槽內，用金屬鎳板作為陽極，導電材料作為陰極，電解液為對環(huán)境友好的無水工業(yè)試劑乙醇，濃度為90-100％，蓋沒金屬鎳板和導電材料，加入濃度為0.1％-10％，與乙醇比為1∶8到1∶800的四庚基銨鹽TBA添加劑，TBA不參加化學反應，在電化學的反應中，生成具有高活性的納米鎳的亞穩(wěn)相前驅物R2-Ni，取出鎳的前驅物顆粒；第二步.還原熱處理將納米鎳的亞穩(wěn)相前驅物R2-Ni，與濃度為100％的乙醇，按1∶10--100比例密封在高壓釜中，加熱還原熱處理，壓力為50-100大氣壓(G)，溫度為200-270℃，時間為2-5小時，還原后得到表面被有機醇修飾的納米鎳粉；第三步.分離、干燥將還原后得到的納米鎳和有機溶液混合物，通過離心裝置使兩者分離得到濕的納米鎳粉，再用真空干燥箱進行干燥處理，溫度為30-50℃，處理后可直接得到符合國家質量標準的納米金屬鎳粉產品；第四步.產品包裝成品在手套箱中進行稱量包裝。
2.根據權利要求1所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于，所述的導電材料為鎳，銅，碳玻璃。
3.根據權利要求1所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于，所述的電解槽為密閉電解槽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米鎳粉的制備方法，其制備過程為在電解槽內，用金屬鎳板作為陽極，導電材料作為陰極，電解液為有機醇，加入適當的添加劑，得到具有高活性的納米鎳的亞穩(wěn)相前驅物；將納米鎳的亞穩(wěn)相前驅物與還原試劑按比例加熱還原熱處理，還原后得到表面被有機醇修飾的納米鎳粉；然后通過離心裝置分離得到濕的納米鎳粉，再用真空干燥箱進行干燥處理，處理后可直接得到符合國家納米鎳質量標準的納米金屬鎳粉體產品。本方法的優(yōu)點是生產過程簡單，產品質量可達到國家納米鎳不同級別標準，在常溫狀態(tài)下長久儲存不會發(fā)生表面氧化，投資小，生產量隨時可調，成品粉體分散性好，生產過程無有害廢氣廢液等污染物排放，質量可控，廠房生產環(huán)境清潔。
文檔編號B22F9/16GK1827266SQ20061002555
公開日2006年9月6日 申請日期2006年4月10日 優(yōu)先權日2006年4月10日
發(fā)明者李小毛 申請人:李小毛