專利名稱：一種a相納米纖維狀氫氧化鎳的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬化工領(lǐng)域，確切地說一種a相納米纖維狀氫氧化鎳的合成方法。
背景技術(shù)：
氫氧化鎳是一類性能優(yōu)異的功能材料，在很多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景，如鎳氫電池、超容量電池、催化、傳感器以及電致變色等。特別是氫氧化鎳在鎳氫二次電池中作為正極活性材料，其具有高的比能量和比功率、電流大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)保、廉價(jià)等優(yōu)勢(shì)，使鎳氫二次電池大量應(yīng)用于電動(dòng)汽車等大功率型設(shè)備中。而這類電力設(shè)備擺脫了汽油的依賴，減少了一氧化碳、二氧化硫等有毒氣體以及二氧化碳?xì)怏w的排放，具有綠色環(huán)保的效果，提高了人們的生活質(zhì)量，被人們廣泛接納。傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中是得到球形的氫氧化鎳，具體工業(yè)流程為:鎳鹽溶液、氨水和堿液，同時(shí)往反應(yīng)器中加三種物料，以一定的流速來控制整個(gè)體系的pH。生產(chǎn)制備過程中，要在攪拌下進(jìn)行，并始終控制溶液pH在10.(Γ 12.5的范圍內(nèi)，溫度控制在40 60V為宜，控制強(qiáng)堿的濃度及滴加速率就可以得到不同粒度及形貌的氫氧化鎳粉末，產(chǎn)物經(jīng)過濾洗滌、干燥、烘干，即可得到氫氧化鎳粉末。而纖維狀氫氧化鎳具有獨(dú)特的一維結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中可極大提高各方面的性能指標(biāo)，更加突出它的優(yōu)勢(shì)。如用于電池材料中，可加快電子傳輸速率，減小電子-空穴復(fù)合幾率，大大提高了化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男?，從而達(dá)到提高電池效率的作用。不同晶型氫氧化鎳的電化學(xué)反應(yīng)的固相質(zhì)子擴(kuò)散系數(shù)也是不同的。在3M NaOH溶液中，a相-氫氧化鎳的擴(kuò)散系數(shù)為6.2 X 10-9 cm2/s,而β -氫氧化鎳的則為6.1 X 10-10cm2/so電對(duì)a/γ、β/β的可逆電極電位也是不同的，α/γ的可逆電極電位要比β/β低。
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至今，僅有少量文獻(xiàn)資料中報(bào)道過關(guān)于纖維狀氫氧化鎳的合成。如:北京林業(yè)大學(xué)公開的專利“一種纖維狀氫氧化鎳材料的制備方法”中，以一定摩爾比的硫酸鎳，尿素，松香基表面活性劑作為反應(yīng)混合物，加入到一定比例中的溶劑中，混合均勻后放入高壓反應(yīng)釜中，在120-160°C高溫下反應(yīng)20-60小時(shí)，冷卻后既得纖維狀氫氧化鎳材料，其直徑較大，為亞微米級(jí)。孫德帶等人首先通過硫酸鎳和氫氧化鈉反應(yīng)得到氫氧化鎳懸浮液，然后將該懸浮液轉(zhuǎn)移置高壓反應(yīng)釜中，經(jīng)過180°C高溫反應(yīng)24h后得到納米線Ni (SO4)a3(OH) h4。北京理工大學(xué)的田周玲采用同樣的方法，以氫氧化鈉和硫酸鎳為原料，經(jīng)過直接沉淀水熱法成功合成出β_氫氧化鎳納米線，并討論了水熱時(shí)間和填充度對(duì)產(chǎn)物形貌及結(jié)構(gòu)的影響。Yang等雖然與他們采用相同的原料，但卻是先得到無(wú)定型的a-Ni (OH)2顆粒，再將顆粒經(jīng)過水熱處理后得到的是β-Ni (OH)2納米帶。Yang等之前還采用過另外一種方法得到寬5-25nm，厚度l_5nm，長(zhǎng)為數(shù)微米的氫氧化鎳納米帶；將氫氧化鈣水溶液在氮?dú)鈿夥障轮鸬渭尤氲礁邼舛鹊牧蛩徭嚾芤褐?，隨后轉(zhuǎn)移至高壓釜內(nèi)100°C反應(yīng)12小時(shí)，即可得到產(chǎn)物?，F(xiàn)有報(bào)道過的氫氧化鎳納米纖維的合成中，大多在合成過程中都采用先化學(xué)沉淀再水熱反應(yīng)的方法，步驟繁瑣、操作復(fù)雜，反應(yīng)過程中不可控型強(qiáng)。原料采用硫酸鎳，硫酸根吸附能力強(qiáng)，合成出的產(chǎn)物雜質(zhì)多，純度低。文獻(xiàn)資料中所合成的氫氧化鎳大部分為β晶型，合成a晶型的不多，合成難度更大，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種僅以氯化鎳和氨水為原料、不添加其他物質(zhì)、流程簡(jiǎn)單、雜質(zhì)少純度高，在較溫和的條件下既可以生產(chǎn)的納米纖維狀a相-氫氧化鎳的生產(chǎn)方法，一種a相納米纖維狀氫氧化鎳的合成方法。一種a相納米纖維狀氫氧化鎳的合成方法，其特征在于:
配制濃度在4 -16 mo I/L的氯化鎳溶液，將氯化鎳緩慢加熱至60-10(TC ;恒定溫度10-90min，按氯化鎳:氨水的摩爾量比1: 2.0-2.1，計(jì)算加入氨水溶液的量，均勻加入濃度為10-14 mo I/L的氨水,機(jī)械攪拌進(jìn)行沉淀反應(yīng),在30_60min內(nèi)加完，反應(yīng)溫度保持在60-100°C ;并在此溫度下恒溫靜置陳化50-70min ;降至室溫，真空抽濾，蒸餾水沖洗直至濾液的PH為中性，將濾餅在80-100°C干燥，研磨成粉干燥保存；
所述的氯化鎳溶液濃度為4-10 mol/L，氨水濃度為12 -13 mol/L ；
所述的反應(yīng)溫度為65-100°C ；
所述的反應(yīng)溫度為65-80°C ；
所述的機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為300-350轉(zhuǎn)/min ；
所述的氯化鎳溶液濃度為4m ol/L，氨水濃度為12mol/L ;反應(yīng)溫度為75°C。一種a相納米纖維狀氫氧化鎳，它是按上述方法生產(chǎn)的。本發(fā)明提供的一種a相納米纖維狀氫氧化鎳的合成方法，以氯化鎳和氨水為原料，采用常見的溶液沉淀法，在氯化鎳濃度4 -16 mol/L，氨水濃度10-14 mol/L，在60-100 0C內(nèi)，恒定溫度條件下,將氨水緩慢加入氯化鎳溶液中，邊加入邊攪拌,30-60min內(nèi)加完，靜止恒溫陳化一小時(shí)左右，經(jīng)抽濾、洗滌、干燥、粉碎，得a相納米纖維狀氫氧化鎳粉；纖維長(zhǎng)度為數(shù)十微米，直徑為30nm左右，且纖維之間交織成一個(gè)大的微米球，疏松多孔，比表面積為平均286.40 m2/g,平均孔體積為0.30 ml/g,平均孔徑為4.19 nm。本合成方法僅采用氯化鎳和氨水兩種原料，未添加其他物質(zhì)，所得產(chǎn)物純度高，反應(yīng)條件較溫和，工藝簡(jiǎn)單，易操作，成本低，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1為a相納米纖維狀氫氧化鎳的粉末的13.2mmX 500掃描電鏡 圖2為a相納米纖維狀氫氧化鎳的粉末的13.2mm X 2.00K掃描電鏡 圖3為a相納米纖維狀氫氧化鎳的粉末的13.2mmX 10.0K掃描電鏡 圖4為a相納米纖維狀氫氧化鎳的粉末的13.2mm X 20.0K掃描電鏡 圖5為a相納米纖維狀氫氧化鎳的粉末的13.2mmX 100.0K掃描電鏡 圖6為a相納米纖維狀氫氧化鎳的粉末的的XRD譜圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
用NiCl2.6H20配制濃度在4mol/L-16 mol/L的氯化鎳溶液,將氯化鎳倒入帶恒溫加熱裝置的反應(yīng)釜中，緩慢加熱至60°C -1OO0C ;調(diào)整恒溫加熱裝置使溫度恒定10-90min，按氯化鎳:氨水的摩爾量比1: 2-2.1，計(jì)算加入氨水溶液的量，均勻加入濃度為10-14 mol/L的氨水，機(jī)械攪拌進(jìn)行沉淀反應(yīng)，轉(zhuǎn)速為300-350轉(zhuǎn)/min，在30-60min內(nèi)加完，反應(yīng)溫度保持60°C -100°C;并恒溫靜置陳化50-70min ;靜置降至室溫，真空抽濾，蒸餾水沖洗直至濾液的PH為中性，將濾餅在80-100°C干燥，研磨成細(xì)粉干燥保存。實(shí)施例2
4mol/L氯化鎳水溶液25.0L倒入帶恒溫加熱裝置的反應(yīng)釜中，緩慢加熱至65°C，調(diào)整恒溫加熱裝置使溫度恒定20 min,在恒定溫度65°C的條件下，均勻加入濃度為14mol/L氨水14.3L，機(jī)械攪拌進(jìn)行沉淀反應(yīng)，轉(zhuǎn)速為300-350轉(zhuǎn)/min，60min內(nèi)加完，恒溫下靜置陳化50min后，停止加熱，降至室溫后真空抽濾，蒸餾水沖洗直至濾液中性，將濾餅80-100°C干燥，研磨成細(xì)粉干燥保存。實(shí)施例3·
16mol/L氯化鎳水溶液6.2L倒入帶恒溫加熱裝置的反應(yīng)釜中，緩慢加熱至90°C，調(diào)整恒溫加熱裝置使溫度恒定lOmin，在恒定溫度100°C的條件下，均勻加入濃度為12mol/L氨水16.7L，機(jī)械攪拌進(jìn)行沉淀反應(yīng)，轉(zhuǎn)速為300-350轉(zhuǎn)/min，40min內(nèi)加完，恒溫下靜置陳化60min后，停止加熱，降至室溫后真空抽濾，蒸餾水沖洗直至濾液中性，將濾餅80-100°C干燥，研磨成細(xì)粉干燥保存。實(shí)施例4
8mol/L氯化鎳水溶液12.5L倒入帶恒溫加熱裝置的反應(yīng)釜中，緩慢加熱至65°C，調(diào)整恒溫加熱裝置使溫度恒定20min，在恒定溫度70°C的條件下，均勻加入濃度為13mol/L氨水15.4L，機(jī)械攪拌進(jìn)行沉淀反應(yīng)，轉(zhuǎn)速為300-350轉(zhuǎn)/min，60min內(nèi)加完，恒溫下靜置陳化60min后，停止加熱，降至室溫后真空抽濾，蒸餾水沖洗直至濾液中性，將濾餅80-100°C干燥，研磨成細(xì)粉干燥保存。實(shí)施例5
14mol/L氯化鎳水溶液7.1L倒入帶恒溫加熱裝置的反應(yīng)釜中，緩慢加熱至80°C，調(diào)整恒溫加熱裝置使溫度恒定lOmin，在恒定溫度90°C的條件下，均勻加入濃度為12mol/L氨水16.7L，機(jī)械攪拌進(jìn)行沉淀反應(yīng)，轉(zhuǎn)速為300-350轉(zhuǎn)/min，40min內(nèi)加完，恒溫下靜置陳化60min后，停止加熱，降至室溫后真空抽濾，蒸餾水沖洗直至濾液中性，將濾餅80-100°C干燥，研磨成細(xì)粉干燥保存。實(shí)施例1-5方法生產(chǎn)的氫氧化鎳，經(jīng)X射線衍射(X R D)測(cè)試，X R D圖譜顯示，為α-氫氧化鎳；經(jīng)掃描電鏡觀察，生產(chǎn)的氫氧化鎳為納米纖維狀，纖維長(zhǎng)度為數(shù)十微米，直徑為30nm左右，且纖維之間交織成一個(gè)大的微米球，疏松多孔，平均比表面積為286.40m2/g,平均孔體積為0.30 ml/g,平均孔徑為4.19 nm。實(shí)施例6
首先，配制4M氯化鎳的水溶液90ml，并將該三口燒瓶置于水浴鍋內(nèi)，緩慢加熱至70°C，并恒定一段時(shí)間；接著，借助恒壓滴液漏斗緩慢滴加60ml摩爾濃度為12M的氨水，且滴加時(shí)間控制在30-60min ;氨水滴加完后，反應(yīng)體系保持在75°C溫度下機(jī)械攪拌反應(yīng)I小時(shí)(轉(zhuǎn)速為300-350轉(zhuǎn)/min)，接著在75°C溫度下靜置陳化I小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，靜置降至室溫，真空抽濾，蒸餾水沖洗數(shù)次直至濾液的PH為中性，將濾餅置于干燥箱內(nèi)干燥100°C數(shù)小時(shí)。最后，研磨成細(xì)粉末置于干燥器內(nèi)待用。制得的a相納米纖維狀氫氧化鎳的粉末掃描電鏡圖如圖1-5所示；經(jīng)X射線衍射(X R D)測(cè)試，其X R D圖譜如圖6所示。纖維長(zhǎng)度為數(shù)十微米，直徑為30nm左右，且纖維之間交織成一個(gè)大的微米球，疏松多孔，比表面積特別大(比表面積為286.40 m2/g,孔體積為0.30 ml/g,平均孔徑為4.19 nm),為α -氫氧化鎳。
權(quán)利要求
1.一種a相納米纖維狀氫氧化鎳的合成方法，其特征在于: 配制濃度在4 -16 mo I/L的氯化鎳溶液，將氯化鎳緩慢加熱至60-10(TC ;恒定溫度10-90min，按氯化鎳:氨水的摩爾量比1: 2-2.1，計(jì)算加入氨水溶液的量，均勻加入濃度為10-14 mo I/L的氨水,機(jī)械攪拌進(jìn)行沉淀反應(yīng),在30_60min內(nèi)加完，反應(yīng)溫度保持在60-1000C ;并在此溫度下恒溫靜置陳化50-70min ;降至室溫，真空抽濾，蒸餾水沖洗直至濾液的PH為中性，將濾餅在80-100°C干燥，研磨成粉干燥保存。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種a相納米纖維狀氫氧化鎳的合成方法，其特征在于:所述的氯化鎳溶液濃度為4-10 mol/L，氨水濃度為12 -13 mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種a相納米纖維狀氫氧化鎳的合成方法，其特征在于:所述的反應(yīng)溫度為65-100°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種a相納米纖維狀氫氧化鎳的合成方法，其特征在于:所述的反應(yīng)溫度為65-80°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種a相納米纖維狀氫氧化鎳的合成方法，其特征在于:所述的機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為300-350轉(zhuǎn)/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種a相納米纖維狀氫氧化鎳的合成方法，其特征在于:所述的氯化鎳溶液濃度為4mol/L，氨水濃度為12mol/L ;反應(yīng)溫度為75°C。
7.—種a相納米纖維狀氫氧化鎳,其特征在于:它是按權(quán)利要求1或6所述的一種a相納米纖維狀氫氧化鎳的合成 方法生產(chǎn)的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種a相納米纖維狀氫氧化鎳的合成方法，以氯化鎳和氨水為原料，采用常見的溶液沉淀法，在氯化鎳濃度4-16mol/L，氨水濃度10-14mol/L，在60-100℃內(nèi)，恒定溫度條件下，將氨水緩慢加入氯化鎳溶液中，邊加入邊攪拌，30-60min內(nèi)加完，靜止恒溫陳化一小時(shí)左右，經(jīng)抽濾、洗滌、干燥、粉碎，得a相納米纖維狀氫氧化鎳粉；纖維長(zhǎng)度為數(shù)十微米，直徑為30nm左右，且纖維之間交織成一個(gè)大的微米球，疏松多孔，比表面積為平均286.40m2/g，平均孔體積為0.30ml/g，平均孔徑為4.19nm。本合成方法僅采用氯化鎳和氨水兩種原料，未添加其他物質(zhì)，所得產(chǎn)物純度高，反應(yīng)條件較溫和，工藝簡(jiǎn)單，易操作，成本低，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK103112906SQ20131007798
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者楊得全, 李偉紅 申請(qǐng)人:無(wú)錫市順業(yè)科技有限公司