液液兩相法制備納米鈷粉的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬功能材料中納米金屬粉末的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及制備納米鈷粉的方法，尤其是一種在反相微乳液體系中利用液液兩相法制備納米鈷粉的方法。該方法利用有機(jī)相與水相的離子平衡，通過反相微乳液控制水溶液中的鈷離子還原反應(yīng)。首先將鈷鹽與配位劑及分散劑制備成水溶液，將W/O型乳化劑，助表面活性劑和有機(jī)溶劑配制成有機(jī)溶液；然后將上述配備的兩種溶液混合制備成反相微乳液；分別向反相微乳液和去離子水中加入還原劑和引發(fā)劑，水浴加熱條件下混合組成液液兩相進(jìn)行還原反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后用強(qiáng)磁鐵分離獲得產(chǎn)品，反復(fù)用乙醇和去離子水進(jìn)行超聲清洗，真空冷凍干燥，最終制得表面光滑，最小平均粒徑為20nm左右的球形鈷粉。
【專利說明】
液液兩相法制備納米鈷粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于金屬功能材料中納米金屬粉末的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及制備納米鈷粉的方法，尤其是一種在反相微乳液體系中利用液液兩相法制備納米鈷粉的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米鈷粉是一種新興的功能材料，具有催化活性高、表面活性大、燒結(jié)性能好、飽和磁化強(qiáng)度高、信噪比高、抗氧化性好和矯頑力大等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金、磁性液體、永磁材料、電池、金剛石刀具制造等行業(yè)，并且在陶瓷、催化、磁性材料、貯氫合金電極以及特種涂層等領(lǐng)域，表現(xiàn)出許多優(yōu)異的性能。
[0003]近年來，國內(nèi)外鈷粉的發(fā)展趨勢主要有:超細(xì)鈷粉，納米鈷粉，高密度鈷粉，球形鈷粉和高純鈷粉。納米鈷粉代表著鈷粉新產(chǎn)品的發(fā)展方向，因此納米鈷粉的研制和應(yīng)用是本領(lǐng)域人們關(guān)注和研究的重點(diǎn)。
[0004]目前國內(nèi)外現(xiàn)有的納米鈷粉有以下幾種制備方法:機(jī)械粉碎法、真空熱分解法、溶液沉淀一還原法、氣相還原法、溶膠一凝膠法、電解法、γ射線輻照制備法、多元醇法、微乳液法。機(jī)械粉碎法是最早開發(fā)的制造粉體的技術(shù)，這種技術(shù)的特點(diǎn)是設(shè)備和過程簡單，缺點(diǎn)是粉體粒徑較大，尺寸分散，而且難于制得10nm以下的粉體。真空熱分解法是以工業(yè)用鈷溶液和草酸銨為原料，加入表面活性劑SI，仔細(xì)控制工藝條件，制得草酸鈷后，用另一表面活性劑S2及添加劑(減少鈷粉粘連，不影響鈷粉純度)處理使之蓬松，待物料干燥后，放進(jìn)自制的真空熱分解裝置(也可用平常的管式還原爐)中分解，得到鈷粉后再經(jīng)鈍化處理制備出呈球形或類球形鈷粉。此方法操作簡單，但是對設(shè)備真空度的要求高。溶液沉淀一還原法，文獻(xiàn)【納米鈷粉的制備技術(shù)及研究現(xiàn)狀[R].中國功能材料和工業(yè)論壇會(huì)議記錄，2011.Zaizhi YANG1Xiaoming FU,Preparet1n Technology and Latest Development ofNano Cobalt Powder[R].Proceedings of 201IChina Funct1nal MaterialsTechnology and Industry Forum(CFMTIF 2011 )】中介紹楊在志，傅小明等人以C0SO4溶液和NaOH溶液為原料，通過將二者混合反應(yīng)得到Co(OH)2沉淀，再將沉淀清洗、干燥、氫氣還原得到納米鈷粉，該制備方法是由前驅(qū)體沉淀決定了鈷粉的形貌粒徑，不易控制鈷粉的最終形態(tài)，并且由于使用氫氣作為還原劑，反應(yīng)溫度高，能耗大，對設(shè)備要求較高。微乳液法，文南犬【J.P.Chen，K.M.Lee，C.M.Sorensen.Magnetic Properties of microemuls1nsynthesized cobalt fine particles[J].J.Appl.Phys.，1994,75(10):5876_5878】中介紹J.P.Chen等人先將表面活性劑(雙乙基己基磺酸丁二酯鈉)溶于異辛烷中，再將CoCl2和NaBH4分別以一定的濃度溶于此溶液中得到兩種微乳液，將這兩種微乳液混合，用丙酮和水作絮凝劑使膠體凝聚經(jīng)過濾及用水洗滌除去多余的表面活性劑后，再將膠體送去干燥得到納米鈷粉，但是該方法應(yīng)用的是兩種微乳液，成本較高，工藝過程控制較復(fù)雜，使大規(guī)模生產(chǎn)受到限制，且未見其關(guān)于產(chǎn)品形貌及粒徑大小的詳細(xì)描述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的旨在提供一種在反相微乳液體系中利用液液兩相法制備納米鈷粉的新方法方法，以獲得粒徑20?70nm的球形鈷粉。
[0006]本發(fā)明原理在于:利用有機(jī)相與水相的離子平衡，通過反相微乳液控制水溶液中的鈷離子還原反應(yīng)。首先將鈷鹽與配位劑及分散劑制備成水溶液，將W/0型乳化劑、助表面活性劑和有機(jī)溶劑配制成有機(jī)溶液;然后將上述配備的兩種溶液混合制備成反相微乳液；分別向反相微乳液和去離子水中加入還原劑和引發(fā)劑，水浴加熱條件下混合組成液液兩相進(jìn)行還原反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后用強(qiáng)磁鐵分離獲得產(chǎn)品，反復(fù)用乙醇和去離子水進(jìn)行超聲清洗，真空冷凍干燥，最終制得表面光滑，粒徑為20nm?70nm的球形鈷粉。
[0007]本發(fā)明提供的液液兩相法制備納米鈷粉的方法，主要包括以下工藝步驟:
[0008](I)鈷配合物溶液的制備:將鈷鹽與配位劑溶解在60?80°C的去離子水中，并加入分散劑攪拌溶解，制得0.08?0.20mol/L的鈷配合物溶液，其中鈷鹽、配位劑與分散劑的摩爾含量比為1:(0.8?1.5):(0.02?0.05);
[0009](2)有機(jī)溶液的制備:將有機(jī)溶劑與助表面活性劑混合形成有機(jī)溶液，其中有機(jī)溶劑與助表面活性劑體積比為1: (0.5?1.5);
[0010](3)鈷微乳液的制備:將步驟(I)中制得的鈷配合物溶液溶解在步驟(2)制得的有機(jī)溶液中，并加入乳化劑，攪拌形成均一穩(wěn)定反相的鈷微乳液，其中乳化劑與鈷配合物溶液的摩爾比為(10?15):1，鈷配合物溶液與有機(jī)溶液體積比為1: (8?15);
[0011](4)引發(fā)劑溶液的制備:將引發(fā)劑與堿性溶液按摩爾比1: (I?4)溶解于去離子水中，配制成引發(fā)劑濃度為I?1.5mol/L的引發(fā)劑水溶液；
[0012](5)鈷粉的制備:按體積比為1: (4?10)分別量取步驟(3)制得的鈷微乳液和去離子水，向鈷微乳液中加入還原劑，向去離子水中加入步驟(4)制得的引發(fā)劑水溶液，將配制的兩相溶液混合，在45?65°C水浴條件下攪拌反應(yīng)30?60min，反應(yīng)完畢后保溫30?60min制得鈷粉，所述鈷微乳液、還原劑和引發(fā)劑的用量為，鈷微乳液中鈷離子與還原劑的摩爾比為(3?5):1，引發(fā)劑與鈷微乳液中鈷離子的摩爾比為1:(1-6) X 104；
[0013](6)納米鈷粉的制取:將步驟(5)所制得的鈷粉采用磁力破乳，沉降后分離，然后用無水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲清洗，將洗滌完畢的產(chǎn)品在溫度-40?-50°C、真空度15?20Pa的條件下進(jìn)行真空冷凍干燥，最終獲得粒徑為20?70nm的球形鈷粉。
[0014]在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，步驟(5)所制得的納米鈷粉通常采取在強(qiáng)磁鐵的磁力作用下快速將其從水中沉降分離出來，然后用無水乙醇和去離子水分別進(jìn)行2?3次超聲清洗，且每次5?8min，然后再在溫度為-40?-50°C，真空度15?20Pa條件下進(jìn)行真空冷凍干燥，最終獲得粒徑為20?70nm的球形鈷粉。
[0015]在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述鈷鹽為選自氯化鈷，硫酸鈷，醋酸鈷和硝酸鈷的一種。
[0016]在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述配位劑選自乳酸鈉，蘋果酸鈉，檸檬酸鈉，丁二酸以及乙二胺和乙二胺四乙酸二鈉。
[0017]在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述分散劑選自硬脂酸單甘油酯，硬脂酸鋅和聚乙烯吡咯烷酮。
[0018]在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述有機(jī)溶劑選自正戊烷，正己烷，正庚烷和正辛烷。
[0019]在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述上述助表面活性劑選用碳原子數(shù)為3?6的直鏈或支鏈烷基醇，如正丙醇、正丁醇等。
[0020]在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述乳化劑選自油酸，十二烷基硫酸鈉，聚甘油脂肪酸酯，聚氧乙烯脂肪酸酯和司盤。
[0021 ]在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述還原劑為水合聯(lián)氨。
[0022]在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述引發(fā)劑選自硼氫化鈉和硼氫化鉀。
[0023]在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，步驟(4)中所述堿性溶液選自氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn):
[0025]1、本發(fā)明首次提出利用有機(jī)相與水相的離子平衡，且僅利用一種反相微乳液來制取鈷粉，易于控制水池大小，通過微乳液組成的有機(jī)相與水相的物質(zhì)交換，鈷離子在水相中發(fā)生還原反應(yīng)得到粒徑形貌可控的納米鈷粉，形貌更好，粒徑更小。
[0026]2、本發(fā)明操作較兩相微乳液簡單，有機(jī)相和乳化劑均可回收重復(fù)利用，成本低。
[0027]3、本發(fā)明使用很少量的引發(fā)劑進(jìn)行反應(yīng)引發(fā)，與還原劑水合聯(lián)氨配合使用，優(yōu)化了反應(yīng)條件，降低了能耗，同時(shí)降低了成本。
[0028]4、本發(fā)明所述液液兩相法制備納米鈷粉的方法，由于制備過程中以W/0型乳化劑作為表面活性劑配制反相微乳液，因微乳液是熱力學(xué)穩(wěn)定體系，形成后能長時(shí)間在一定范圍保持穩(wěn)定，所以該方法可進(jìn)行批量生產(chǎn)操作，并能在一定時(shí)間保持穩(wěn)定。
[0029]5、本發(fā)明所述液液兩相法制備納米鈷粉的方法，由于微乳液與去離子水組成兩相，反相微乳液作為鈷源，反應(yīng)在水相中進(jìn)行，產(chǎn)品破乳，清洗更容易，較大程度上簡化了微乳液制備納米鈷過程中復(fù)雜的破乳，洗滌，分離回收等過程，工藝簡單。
【附圖說明】
[0030]圖1是實(shí)例I合成的納米鈷粉的掃描電鏡圖(SEM);
[0031]圖2是實(shí)例2合成的納米鈷粉的掃描電鏡圖(SEM);
[0032]圖3是實(shí)例3合成的納米鈷粉的掃描電鏡圖(SEM);
[0033]圖4是實(shí)例4合成的納米鈷粉的掃描電鏡圖(SEM)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面通過【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明所述液液兩相法制備納米鈷粉的方法做進(jìn)一步說明。
[0035]以下實(shí)施例制備納米鈷粉的方法中，磁力分離采用方形釹鐵硼強(qiáng)磁鐵(60*40*40mm)ο
[0036]實(shí)施例1
[0037]將氯化鈷與乳酸鈉溶解在60°C的去離子水中，并加入硬脂酸單甘油酯攪拌溶解，制得0.08mol/L的鈷配合物溶液，其中氯化鈷、乳酸鈉與硬脂酸單甘油酯的摩爾質(zhì)量比為1:0.8:0.02。將正戊烷與正丙醇混合形成有機(jī)溶液，其中正戊烷與正丙醇體積比為1:0.5。將上述所制得的鈷配合物溶液溶解在所制得的有機(jī)溶液中，并加入油酸，經(jīng)磁力攪拌至形成均一穩(wěn)定的鈷微乳液，其中油酸與鈷配合物溶液的摩爾比為10:1，鈷配合物溶液與有機(jī)溶液體積比為1:8。將硼氫化鈉與氫氧化鈉溶液按摩爾比1:1溶解于去離子水中，配制成濃度為lmol/L的硼氫化鈉溶液。按體積比1:4分別量取上述制得的鈷微乳液和去離子水，并向鈷微乳液中加入水合聯(lián)氨，其中鈷微乳液中鈷離子與水合聯(lián)氨的摩爾比為3:1，在去離子水中加入上述制得的硼氫化鈉溶液，其中引發(fā)劑硼氫化鈉與鈷微乳液中鈷離子的摩爾比為1:1X 14;將該兩相溶液混合直至形成化學(xué)平衡，然后在水浴恒溫條件下機(jī)械攪拌30min進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完畢后保溫30min制得鈷粉，其中水浴恒溫的溫度為45°C。將上述制得的鈷粉在強(qiáng)磁鐵的磁力作用下自動(dòng)破乳，沉降后分離，然后用無水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲清洗，將洗滌完畢的產(chǎn)品在溫度為_40°C，真空度15Pa條件下進(jìn)行真空冷凍干燥，最終獲得最小平均粒徑為19.1nm的球形納米鈷粉，其中無水乙醇和去離子水分別洗滌沉降分離后的納米鈷粉2次，每次5min。
[0038]實(shí)施例2
[0039]將硫酸鈷與蘋果酸鈉溶解在65°C的去離子水中，并加入硬脂酸鋅攪拌溶解，制得0.lOmol/L的鈷配合物溶液，其中硫酸鈷、蘋果酸鈉與硬脂酸鋅的摩爾質(zhì)量比為1:1:0.03。將正己烷與正丁醇混合形成有機(jī)溶液，其中正己烷與正丁醇的體積比為1:0.7。將上述制得的鈷配合物溶液溶解在所制得的有機(jī)溶液中，并加入十二烷基硫酸鈉，經(jīng)磁力攪拌至形成均一穩(wěn)定的鈷微乳液，其中十二烷基硫酸鈉與鈷配合物溶液的摩爾比為12:1，鈷配合物溶液與有機(jī)溶液體積比為I: 10。將硼氫化鉀與氫氧化鈉溶液按摩爾比1:2溶解于去離子水中，配制成硼氫化鉀濃度為I.lmol/L的水溶液。按體積比為1:6分別量取上述制得的鈷微乳液和去離子水，并向鈷微乳液中加入水合聯(lián)氨，其中鈷微乳液中鈷離子與水合聯(lián)氨的摩爾比為4:1，在去離子水中加入上述制得的硼氫化鉀溶液，其中引發(fā)劑硼氫化鉀與鈷微乳液中鈷離子的摩爾比為1:2X104，將該兩相溶液混合直至形成化學(xué)平衡，然后在水浴恒溫條件下機(jī)械攪拌40min進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完畢后保溫40min制得鈷粉，其中水浴恒溫的溫度為50°C。將上述制得的鈷粉在強(qiáng)磁鐵的磁力作用下自動(dòng)破乳，沉降后分離，然后用無水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲清洗，將洗滌完畢的產(chǎn)品在溫度為_44°C，真空度17Pa條件下進(jìn)行真空冷凍干燥，最終獲得最小平均粒徑為19.3nm的球形納米鈷粉，其中無水乙醇和去離子水分別洗滌沉降分離后的納米鈷粉3次，每次6min。
[0040]實(shí)施例3
[0041]將醋酸鈷與檸檬酸鈉溶解在70°C的去離子水中，并加入聚乙烯吡咯烷酮攪拌溶解，制得0.12mol/L的鈷配合物溶液，其中醋酸鈷、檸檬酸鈉與聚乙烯吡咯烷酮的摩爾質(zhì)量比為1:1.2:0.03。將正庚烷與正戊醇混合形成有機(jī)溶液，其中正庚烷與正戊醇體積比為1:0.9。將上述制得的鈷配合物溶液溶解在制得的有機(jī)溶液中，并加入聚甘油脂肪酸酯，經(jīng)磁力攪拌至形成均一穩(wěn)定的微乳液，其中聚甘油脂肪酸酯與鈷配合物溶液的摩爾比為13:1，鈷配合物溶液與有機(jī)溶液體積比為I: 12。將硼氫化鈉與氫氧化鈉溶液按摩爾比1: 3溶解于去離子水中，配制成硼氫化鈉濃度為1.3mol/L的硼氫化鈉水溶液。按體積比為1:8分別量取上述制得的鈷微乳液和去離子水，并向鈷微乳液中加入水合聯(lián)氨，其中鈷微乳液中鈷離子與水合聯(lián)氨的摩爾比為5:1;在去離子水中加入上述制得的硼氫化鈉溶液，其中引發(fā)劑硼氫化鈉與鈷微乳液中鈷離子的摩爾比為1:4X104，將該兩相溶液混合直至形成化學(xué)平衡，然后在水浴恒溫條件下機(jī)械攪拌50min進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完畢后保溫50min制得鈷粉，其中水浴恒溫的溫度為55°C。將上述制得的鈷粉在強(qiáng)磁鐵的磁力作用下自動(dòng)破乳，沉降后分離，然后用無水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲清洗，將洗滌完畢的產(chǎn)品在溫度為-46°C，真空度17Pa條件下進(jìn)行真空冷凍干燥，最終獲得最小平均粒徑為20nm的球形納米鈷粉，其中無水乙醇和去離子水分別洗滌沉降分離后的納米鈷粉2次，每次7min。
[0042]實(shí)施例4
[0043]將硝酸鈷與丁二酸溶解在75°C的去離子水中，并加入硬脂酸單甘油脂攪拌溶解，制得0.16mol/L的鈷配合物溶液，其中硝酸鈷、丁二酸與硬脂酸單甘油脂的摩爾質(zhì)量比為1:1.4:0.05。將正辛烷與正戊醇混合形成有機(jī)溶液，其中正辛烷與正戊醇體積比為1:1。將上述制得的鈷配合物溶液溶解在制得的有機(jī)溶液中，并加入聚氧乙烯脂肪酸酯，經(jīng)磁力攪拌至形成均一穩(wěn)定的微乳液，其中聚氧乙烯脂肪酸酯與鈷配合物溶液的摩爾比為14:1，鈷配合物溶液與有機(jī)溶液體積比為I: 13。將硼氫化鉀與氫氧化鉀溶液按摩爾比1:4溶解于去離子水中，配制成濃度為1.4mol/L的硼氫化鉀溶液。按體積比為1:9分別量取上述制得的鈷微乳液和去離子水，并向鈷微乳液中按與鈷離子摩爾比為1:1加入水合聯(lián)氨，在去離子水中加入上述制得的硼氫化鉀溶液，其中引發(fā)劑硼氫化鉀與鈷微乳液中鈷離子的摩爾比為1:5X104，將該兩相溶液混合直至形成化學(xué)平衡，然后在水浴恒溫條件下機(jī)械攪拌55min進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完畢后保溫55min制得鈷粉，其中水浴恒溫的溫度為60°C。將上述制得的鈷粉在強(qiáng)磁鐵的磁力作用下自動(dòng)破乳，沉降后分離，然后用無水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲清洗，將洗滌完畢的產(chǎn)品在溫度為_47°C，真空度ISPa條件下進(jìn)行真空冷凍干燥，最終獲得最小平均粒徑為19.5nm的球形納米鈷粉，其中無水乙醇和去離子水分別洗滌沉降分離后的納米鈷粉3次，每次8min。
[0044]實(shí)施例5
[0045]將氯化鈷與乙二胺溶解在80°C的去離子水中，并加入硬脂酸鋅攪拌溶解，制得0.20mol/L的鈷配合物溶液，其中氯化鈷、乙二胺與硬脂酸鋅的摩爾質(zhì)量比為1: 1.3:0.03。將正戊烷與正丙醇混合形成有機(jī)溶液，其中正戊烷與正丙醇體積比為1:1.3。將上述制得的鈷配合物溶液溶解在制得的有機(jī)溶液中，并加入司盤，經(jīng)磁力攪拌至形成均一穩(wěn)定的微乳液，其中司盤與鈷配合物溶液的摩爾比為15:1，鈷配合物溶液與有機(jī)溶液體積比為1:15。將硼氫化鈉與氫氧化鈉溶液按摩爾比1:1溶解于去離子水中，配制成濃度為1.3mol/L的硼氫化鈉溶液。按體積比為1:8分別量取上述制得的鈷微乳液和去離子水，并向鈷微乳液中按與鈷離子摩爾比為4:1加入水合聯(lián)氨，在去離子水中加入上述制得的硼氫化鈉溶液，其中引發(fā)劑硼氫化鈉與鈷微乳液中鈷離子的摩爾比為1:6X104，將該兩相溶液混合直至形成化學(xué)平衡，然后在水浴恒溫條件下機(jī)械攪拌60min進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完畢后保溫60min制得鈷粉，其中水浴恒溫的溫度為65°C。將上述制得的鈷粉在強(qiáng)磁鐵的磁力作用下自動(dòng)破乳，沉降后分離，然后用無水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲清洗，將洗滌完畢的產(chǎn)品在溫度為_49°C，真空度20Pa條件下進(jìn)行真空冷凍干燥，最終獲得最小平均粒徑為19.4nm的球形鈷粉，其中無水乙醇和去離子水分別洗滌沉降分離后的納米鈷粉2次，每次5min。
[0046]實(shí)施例6
[0047]將氯化鈷與乙二胺四乙酸二鈉溶解在80°C的去離子水中，并加入硬脂酸鋅攪拌溶解，制得0.20mo I/L的鈷配合物溶液，其中氯化鈷、乙二胺與硬脂酸鋅的摩爾質(zhì)量比為1:1.5:0.05。將正戊烷與正丙醇混合形成有機(jī)溶液，其中正戊烷與正丙醇體積比為1:1.5。將上述制得的鈷配合物溶液溶解在制得的有機(jī)溶液中，并加入司盤，經(jīng)磁力攪拌至形成均一穩(wěn)定的微乳液，其中司盤與鈷配合物溶液的摩爾比為15:1，鈷配合物溶液與有機(jī)溶液體積比為1: 12。將硼氫化鈉與氫氧化鉀溶液按摩爾比1:4溶解于去離子水中，配制成濃度為1.5mol/L的硼氫化鈉溶液。按體積比為1:10分別量取上述制得的鈷微乳液和去離子水，并向鈷微乳液中按與鈷離子摩爾比為5:1加入水合聯(lián)氨，在去離子水中加入上述制得的硼氫化鈉溶液，其中引發(fā)劑硼氫化鈉與鈷微乳液中鈷離子的摩爾比為1:2X104，將該兩相溶液混合直至形成化學(xué)平衡，然后在水浴恒溫條件下機(jī)械攪拌30min進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完畢后保溫30min制得鈷粉，其中水浴恒溫的溫度為45°C。將上述制得的鈷粉在強(qiáng)磁鐵的磁力作用下自動(dòng)破乳，沉降后分離，然后用無水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲清洗，將洗滌完畢的產(chǎn)品在溫度為-50°C，真空度20Pa條件下進(jìn)行真空冷凍干燥，最終獲得最小平均粒徑為19.6nm的球形納米鈷粉，其中無水乙醇和去離子水分別洗滌沉降分離后的納米鈷粉2次，每次5min。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.液液兩相法制備納米鈷粉的方法，其特征在于包括以下工藝步驟: (1)鈷配合物溶液的制備:將鈷鹽與配位劑溶解在60?80°C的去離子水中，并加入分散劑攪拌溶解，制得0.08?0.20mo 1/L的鈷配合物溶液，其中鈷鹽、配位劑與分散劑的摩爾含量比為1:(0.8?1.5):(0.02?0.05); (2)有機(jī)溶液的制備:將有機(jī)溶劑與助表面活性劑混合形成有機(jī)溶液，其中有機(jī)溶劑與助表面活性劑體積比為1: (0.5?1.5); (3)鈷微乳液的制備:將步驟(I)中制得的鈷配合物溶液溶解在步驟(2)制得的有機(jī)溶液中，并加入乳化劑，攪拌形成均一穩(wěn)定反相的鈷微乳液，其中乳化劑與鈷配合物溶液的摩爾比為(10?15):1，鈷配合物溶液與有機(jī)溶液體積比為1: (8?15); (4)引發(fā)劑溶液的制備:將引發(fā)劑與堿性溶液按摩爾比1:(I?4)溶解于去離子水中，配制成引發(fā)劑濃度為I?1.5mo 1/L的弓I發(fā)劑水溶液； (5)鈷粉的制備:按體積比為1:(4?10)分別量取步驟(3)制得的鈷微乳液和去離子水，向鈷微乳液中加入還原劑，向去離子水中加入步驟(4)制得的引發(fā)劑水溶液，將配制的兩相溶液混合，在45?65°C水浴條件下攪拌反應(yīng)30?60min，反應(yīng)完畢后保溫30?60min制得鈷粉，所述鈷微乳液、還原劑和引發(fā)劑的用量為，鈷微乳液中鈷離子與還原劑的摩爾比為(3?5):1,引發(fā)劑與鈷微乳液中鈷離子的摩爾比為1:(1-6) X 104; (6)納米鈷粉的制取:將步驟(5)所制得的鈷粉采用磁力破乳，沉降后分離，然后用無水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲清洗，將洗滌完畢的產(chǎn)品在溫度-40?-50°C、真空度15?20Pa的條件下進(jìn)行真空冷凍干燥，最終獲得粒徑為20?70nm的球形鈷粉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述液液兩相法制備納米鈷粉的方法，其特征在于，所述鈷鹽選自氯化鈷、硫酸鈷、醋酸鈷和硝酸鈷中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述液液兩相法制備納米鈷粉的方法，其特征在于，所述配位劑選自乳酸鈉、蘋果酸鈉、檸檬酸鈉、丁二酸以及乙二胺和乙二胺四乙酸二鈉。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述液液兩相法制備納米鈷粉的方法，其特征在于，所述分散劑選自硬脂酸單甘油酯、硬脂酸鋅和聚乙烯吡咯烷酮。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述液液兩相法制備納米鈷粉的方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑選自正戊烷、正己烷、正庚烷和正辛烷。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述液液兩相法制備納米鈷粉的方法，其特征在于，所述助表面活性劑選自碳原子數(shù)為3?6的直鏈或支鏈烷基醇。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述液液兩相法制備納米鈷粉的方法，其特征在于，所述乳化劑選自油酸，十二烷基硫酸鈉，聚甘油脂肪酸酯，聚氧乙烯脂肪酸酯和司盤。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述液液兩相法制備納米鈷粉的方法，其特征在于，所述還原劑為水合聯(lián)氨。9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述液液兩相法制備納米鈷粉的方法，其特征在于，所述引發(fā)劑選自硼氫化鈉，硼氫化鉀。10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述液液兩相法制備納米鈷粉的方法，其特征在于，所述步驟(4)中的堿性溶液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。
【文檔編號】B22F9/24GK105880625SQ201610286799
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】龍沁, 李卓, 甘蕓嘉, 王澤學(xué), 謝克難
【申請人】四川大學(xué)