專利名稱：一種納米鎳粉的制備方法
技術領域：
本發明涉及納米鎳粉技術領域，尤其是指一種納米鎳粉的制備方法。
背景技術：
隨著電子技術的微型化、超大型化、集成化發展，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顆粒；納米鎳粉還由于具有很高的反應活性和燒結活性，可以用作石油裂解催化劑、精細有機合成催化劑、火箭燃料催化劑等，不同領域對鎳粉的性能有不同的要求，因而其制備方法也不相同，但其應用在很大程度上取決于生產方法的經濟性，其制備方法不外乎物理法和化學法。物理法是利用外部物理力將金屬鎳粉粉碎成細顆粒，典型的霧化太及蒸發-冷凝法，其中，霧化法是目前工業上普遍采用的方法，其過程中先將金屬鎳熔融，然后用水或氣霧化，該法所制備的鎳粉呈球形，但顆粒不好控制。蒸發-冷凝法是先將金屬鎳加熱到 1425°C即氣化，蒸氣急速冷凝即可制得鎳粉，該方法的缺點在于生產效率低，顆粒易氧化， 設備復雜，技術要求高，成本昂貴，因此難以實現工業化生產。化學法包括有羰基鎳熱分解法、高壓氫還原法、超聲霧化-熱分解法等，羰基鎳熱分解法首先由英國蒙德提出，現已實現工業化，目前，加拿大、英國、美國、俄羅斯等國均用該法生產羰基鎳法，該法存在兩點缺點一是熱解塔內分解溫度較高，鎳粉易燒結，故粒徑較大；二是羰基鎳是一種劇毒物質，有礙人體鍵康，對環境造成極大污染。高壓氫還原法是在高壓釜內，催化劑存在下用氫氣還原鎳的氨性水溶液或不溶于水的堿式碳酸鎳、氫氧化鎳等水漿液，可制得平均粒徑為1. (Tl. 2um的鎳粉，高壓氫還原法操作簡單，成本較低，便于在工業上推廣，但必須用高壓設備和催化劑。超聲霧化-熱分解法利用超聲波的高能分散機制，目標物前驅體母液經過超聲霧化器產生微米級的霧滴并被載氣帶入高溫反應器中發生熱分解從而得到均勻粒徑的超細粉體材料，采用該法時目標成分易控制，前驅物易得， 但由于超聲波設備的大型化困難，難以實現工業化、大批量生產。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能夠有效控制納米鎳粉粒徑， 且納米鎳粉粒徑分布均勻；同時生產效率高、廢水排放量少，能夠連續化生產的納米鎳粉的制備方法。為實現上述目的，本發明所提供的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有以下步驟
第一步驟將硝酸鎳、硫酸鎳或氯化鎳與NaOH或KOH混合，并用去離子水溶解，制備成去離子溶液；
第二步驟在第一步驟得出的去離子溶液內加入表面活性劑，調節PH值為6 15，并沉淀5 32小時后，得到穩定均一的Ni (OH) 2膠體；
第三步驟將Ni (OH) 2膠體與還原劑NaBH4或N2H4 · H20混合，加入催化劑，調節漿料的PH值為8 12，固含量為2(T80g/L，制備成Ni (OH) 2漿料；
第四步驟將Ni (OH) 2漿料放入溫度為5(T120°C的流化床反應器內進行廣30min的還原，冷卻抽濾得到粒徑為2(Tl00nm的鎳粉；
第五步驟將第四步驟余下的反應液經過脫鹽處理后返流化床反應器中。所述的表面活性劑為PVP、CTAB、DSD或其混合物以及聚丙烯酸陰離子或陽離子或非離子表面活性劑。所述第五步驟采用熱輻射或微波加熱對流化床進行加溫，并采用反應液循環方式控制鎳粉晶體生長段的溫度和停留時間，使其生成不同粒徑的鎳粉。所述的催化劑為過渡金屬的硫酸鹽、硝酸鹽或金屬含氧酸鹽以及銀鹽或鈀鹽，其中，金屬含氧酸鹽、銀鹽或鈀鹽的添加量為金屬Ni的0. 19Γ0. 5%。所述的陽離子表面活性劑為氯化或溴化十四烷基三甲基銨、氯化或溴化十六烷基
三甲基銨。所述的陰離子表面活性劑為十二烷基磺酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。所述的中性表面活性劑為十二胺、十六胺。所述的非離子表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或聚乙二醇。本發明的優點在于(1)采用流態化還原的方法，鎳粉生長環境均一穩定，粉體粒徑可控在在中位徑士 IOnm ；與現有用金屬鎳或羰基粉為原料相比，本發明所需的設備簡單、能耗低，生產成本下降30%以上。(2)采用前軀體形貌控制調節鎳粉的形貌，從單一的球形到球形、纖維狀和片狀鎳粉三種形貌，形貌可控；球狀鎳粉在多層陶瓷電容器生產用戶試用中表明，燒結溫度比貴金屬漿料電極燒結溫度降低100°C，節能20%，產品性能穩定、質量可靠、效果良好。纖維鎳粉可用于大功率汽車動力電池，提高功率密度。產品在上述兩個領域內可以替代進口產品。(3)采用催化抑制水合胼副反應和促進主反應的方法，使胼鎳比從1. 6降到1. 0，反應停留時間從30分鐘縮短至3分鐘，粉體粒徑根據停留時間在50nm 120nm之間調節；(4)工藝能夠穩定連續運行，能耗低，工業用水循環，零排放，對環境的污染小。
圖1為本發明的球狀納米鎳粉的電鏡形貌圖。圖2為本發明的片狀納米鎳粉的電鏡形貌圖。圖3為本發明的纖維狀納米鎳粉的電鏡形貌圖。
具體實施例方式下面結合所有附圖對本發明作進一步說明，本發明的較佳實施例為首先以硫酸鎳、氫氧化鈉為原料制備氫氧化鎳膠體；然后以水合胼為還原劑，通過氫氧化鎳還原反應生產納米鎳粉。在還原反應過程中通過添加還原促進劑和催化劑，加速氫氧化鎳還原反應的進行和抑制水合胼的副反應產生，降低胼鎳比；同時采用流化反應釜控制氫氧化鎳反應停留時間，達到納米鎳粉粒徑可控的目的；通過添加晶形控制劑，控制氫氧化鎳前驅體晶體形貌，從而控制鎳粉形貌。液相還原制備超細鎳粉的主要理論依據是Ni/Ni2+的電極電位與還原劑電極電
4位的相對關系。在25°C時，Ni2+的電極電位是0.23V。要促使反應Ni2++2e=Ni順利進行，必須采用電位更負的還原劑。一般的固體還原劑極易污染所得鎳粉，使其純度明顯下降，而用水合胼作為還原劑，其還原能力隨PH值的變化而變化，在酸性介質中水合胼的還原電位為 +0. 23V，而在堿性介質中為-1. 16V，足以Ni2+離子還原，且其轉化的產物為N2氣體，不會產生粉末的金屬離子。反應方程式如下
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有以下步驟第一步驟將硝酸鎳、硫酸鎳或氯化鎳與NaOH或KOH混合，并用去離子水溶解，制備成去離子溶液；第二步驟在第一步驟得出的去離子溶液內加入表面活性劑，調節PH值為6 15，并沉淀5 32小時后，得到穩定均一的Ni (OH) 2膠體；第三步驟將Ni (OH) 2膠體與還原劑NaBH4或N2H4 · H20混合，加入催化劑，調節漿料的PH值為8 12，固含量為2(T80g/L，制備成Ni (OH) 2漿料；第四步驟將Ni (OH) 2漿料放入溫度為5(T12(TC的流化床反應器內進行廣30min的還原，冷卻抽濾得到粒徑為2(Tl00nm的鎳粉；第五步驟將第四步驟余下的反應液經過脫鹽處理后返流化床反應器中。
2.根據權利要求1所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于表面活性劑為PVP、 CTAB、DSD或其混合物以及聚丙烯酸陰離子或陽離子或非離子表面活性劑。
3.根據權利要求1所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于所述第四步驟采用熱輻射或微波加熱對流化床進行加溫，并采用反應液循環方式控制鎳粉晶體生長段的溫度和停留時間，使其生成不同粒徑的鎳粉。
4.根據權利要求1所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于催化劑為過渡金屬的硫酸鹽、硝酸鹽或金屬含氧酸鹽以及銀鹽或鈀鹽，其中，金屬含氧酸鹽、銀鹽或鈀鹽的添加量為金屬Ni的0. 1% 0. 5%。
5.根據權利要求2所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于陽離子表面活性劑為氯化或溴化十四烷基三甲基銨、氯化或溴化十六烷基三甲基銨。
6.根據權利要求2所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于陰離子表面活性劑為十二烷基磺酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。
7.根據權利要求2所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于中性表面活性劑為十二胺、十六胺。
8.根據權利要求2所述的一種納米鎳粉的制備方法，其特征在于非離子表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或聚乙二醇。
全文摘要
本發明提供一種納米鎳粉的制備方法，首先，將硝酸鎳、硫酸鎳或氯化鎳與NaOH或KOH混合，并用去離子水溶解，制備成去離子溶液；在溶液內加入表面活性劑，得到穩定均一的Ni(OH)2膠體；將Ni(OH)2膠體與還原劑NaBH4或N2H4·H2O混合，加入催化劑，制備成Ni(OH)2漿料；將Ni(OH)2漿料放入溫度為50～120℃的流化床反應器內進行1～30min的還原，冷卻抽濾得到粒徑為20～100nm的鎳粉；余下的反應液經過脫鹽處理后返流化床反應器中。本發明的工藝能夠穩定連續運行，能耗低，工業用水循環，零排放，對環境的污染小。
文檔編號B22F9/24GK102179527SQ20111011865
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月10日 優先權日2011年5月10日
發明者肖麥秋, 金勝明 申請人:湖南省婁底維亞科技有限公司