纳米金属镍粉催化剂的制备及其后处理
纳米催化剂的制备方法与催化活性研究
纳米催化剂的制备方法与催化活性研究催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质，而纳米催化剂则是具有纳米尺度级别的颗粒大小的催化剂。
由于其独特的特性和优越的催化性能，纳米催化剂在能源转换、环境保护和化学合成等领域中展示了巨大的潜力。
本文将探讨纳米催化剂的制备方法和催化活性研究的相关内容。
一、纳米催化剂的制备方法1. 沉淀法：沉淀法是制备纳米催化剂的常用方法之一。
这种方法能够通过溶液中的化学反应，产生纳米颗粒并沉积到固体表面。
通过调控反应条件和催化剂的化学成分，可以控制纳米颗粒的大小和形状。
沉淀法具有操作简单、成本低廉等优点，适用于生产中大规模制备纳米催化剂。
2. 气相沉积法：气相沉积法是另一种常见的纳米催化剂制备方法。
这种方法通过在高温下将气体的原子或分子反应沉积到固体基材表面，从而形成纳米颗粒。
气相沉积法能够控制纳米颗粒的形状和大小，并且可以在纳米颗粒表面修饰功能性基团，进一步提高催化活性。
3. 溶胶凝胶法：溶胶凝胶法是一种利用溶液中的凝胶生成纳米颗粒的方法。
通过控制反应条件和凝胶的组成，可以制备出具有特定形状和尺寸的纳米催化剂。
溶胶凝胶法具有高度可控性和较大比表面积的特点，适用于制备高效的纳米催化剂。
二、纳米催化剂的催化活性研究纳米催化剂的催化活性研究是了解其催化性能和机制的重要途径，可以为其应用于实际工业过程提供理论指导和优化改进。
1. 催化剂表征：催化剂表征是催化活性研究的基础。
通过使用各种表征技术，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR），可以获得催化剂的形貌、晶体结构和表面化学性质等信息。
2. 反应机理研究：反应机理研究是理解纳米催化剂催化活性的关键。
通过红外光谱、在线质谱等技术，可以分析反应中产物和中间体的形成过程，推测反应机理，并验证催化剂的催化活性中心。
3. 催化活性评估：催化活性评估是衡量纳米催化剂催化性能的重要手段。
纳米过渡金属催化剂的制备实验报告
纳米过渡金属催化剂的制备实验报告摘要本实验旨在制备纳米过渡金属催化剂，采用乙二醇还原法制备催化剂，通过SEM、TEM、XRD等技术手段对其进行表征。
结果表明，所制备的纳米过渡金属催化剂表面均匀，粒径分布较窄，平均粒径在10~20 nm之间，晶粒大小、结晶水平以及结构完整度优异，具有明显的催化特性和稳定性，为其在有机合成领域的应用提供了有力支撑。
关键词：纳米过渡金属；催化剂；制备；表征一、实验原理纳米过渡金属催化剂，具有粒径小、表面积大、电子结构和催化性能的特殊性质，对于有机化学等领域的催化反应有着广泛的应用。
在过渡金属催化剂的制备中，晶种法、气相沉积法、溶胶凝胶法、微波辅助合成法、水热合成法等多种方法已经被广泛采用。
乙二醇还原法由于其制备过程简单、环境友好、成本低廉等特点，被认为是一种优异的制备方法。
二、实验材料和设备（一）实验材料1、过渡金属（比如二氧化钛）、乙二醇、氨水、碳酸钠。
（二）实验设备1、电磁搅拌器、旋转蒸发器、真空干燥器、超声波破碎仪、离心机、电子显微镜等仪器设备。
三、实验步骤（一）制备前驱体将2 g 钛粉和6 mL 乙二醇混合，并通过超声波处理30 min。
然后，向混合物中加入4 mL 氨水和4 g 碳酸钠，并再次超声处理1 h ，将混合物置于电热恒温槽中，在70℃下反应24h。
最终得到淡黄色前驱体，将其分别离心洗涤，用乙醇和去离子水混合溶液充分洗涤多次，去除杂质，然后离心干燥。
（二）还原制备纳米过渡金属催化剂取1 g 刚制备的前驱体，加入30 mL 乙二醇，分别加入少量稀氨溶液和含量为0.2 g 的酒石酸，并加水至90 mL。
将接头与管道连接好，空气泵抽取混合物中的气体，充分搅拌制备好的前驱体混合物。
将其放置在热水浴中，加热至80-90℃，加入还原剂（如氢气、甲醛、乙醇等），中速搅拌。
反应40~50 min 后，将反应物取出离心，用水和乙醇多次洗涤，干燥即得过渡金属纳米催化剂。
镍催化剂的合成及其在催化加氢中的应用ppt课件
镍催化剂组成与制备
Ni-Al合金的浸溶，最常用的是用碱浓度为20-40%的苛性 钠水溶液将合金中无活性组分Al浸溶除去，NaOH使用量可 由合金中Al含量计算，其反应式为： 2Al+2NaOH+2H2O NaAlO2+3H2↑
助剂： Fe、Cu、Co、Ti、Mo、V、Mn等
镍催化剂组成与制备
负载镍制备： 氧化铝制备和催化剂制备
氧化铝载体制备工艺流程图：
镍催化剂组成与制备
镍基催化剂干混法生产工艺流程图：
镍催化剂组成与制备
兰尼镍组成：
用Ni、Co、Fe及Cu与Al或Si熔融，然后用碱除去 Al和Si就制得了这些金属的活泼态催化剂，即兰尼镍型 催化剂，又称为骨架型催化剂。 二元合金：Ni-Al（最常用）、Ni-Si
催化剂残留al较高活性差活性氢减少8595为宜11性质优点缺点多孔结构活泼金属原子nicofecu等的分散度高比表面积大活性高容易自燃价格便宜催化活性高被广泛用于有机合成和工业生产的氢化反应中存在高能耗碱洗废液无法利用而污染环境铝资源浪费使用中存在易燃操作条件严格负载镍良好的催化活性稳定性及抗积碳性能价格较低加氢性能好选择性高工艺简单精细化工领域中得到广泛应用仅限于在悬浮床加氢反应器中使用催化剂与产物分离困难生产成本高
兰尼镍
负载镍
价格较低、加氢 良好的催化活性、 性能好、选择性 稳定性及抗积碳 高、工艺简单、 性能 精细化工领域中 得到广泛应用
镍催化剂在加氢中的应用
1、不饱和化合物、芳香族化合物和杂环化合物的加氢： 其加氢条件取决于双键位置及其双键相连碳原子上取代基的活 性。 2、杂环化合物的加氢：含氧杂环、含氮杂环化合物、酮 式-羟基吡咯、吲哚及咔唑中的吡咯环；各种吡咯羧酸酯；羟基 吡咯及其衍生物。
纳米镍的制备
纳米镍的制备
纳米镍是一种具有广泛应用前景的材料，其制备方法也越来越多样化。
以下是几种常见的纳米镍制备方法：1. 化学还原法该方法通过将金属离子还原为金属粒子来制备纳米颗粒。
通常使用还原剂如氢气、硼氢化钠等，在适当条件下进行反应，得到所需尺寸和形状的纳米颗粒。
2. 水热合成法水热合成法利用高温高压环境下水分解产生的OH-离子作为反应介质，通过控制反应时间、温度和pH值等参数来调节纳米颗粒的大小和形貌。
3. 电沉积法电沉积法是在外加电场作用下将溶液中金属离子转化为固态金属膜或微/纳米结构体系。
该方法可以实现对薄膜厚度、晶体结构以及表面形貌等方面进行有效控制。
4. 爆轰反应法爆轰反应法是一种快速生成大量超细晶体或非晶态物质的技术。
在特定条件下，混合可燃性物质并点火引爆后即可得到所需产品。
5. 激光消融技术激光消融技术利用激光束直接击打目标材料表面，并使其迅速升温至临界点以上而发生相变过程从而生成超细微/纳米级别颗粒或者均匀地覆盖于基底上。
总之，不同类型的制备方法都有各自优缺点，在实际操作时需要根据具体情况选择最适宜的工艺流程。
纳米催化剂的合成与应用
纳米催化剂的合成与应用近年来，纳米催化剂因其特殊的结构和性能，在化学领域引起了广泛关注。
本文将介绍纳米催化剂的合成方法，并探讨其在各个领域的应用。
一、纳米催化剂的合成方法纳米催化剂的合成方法多种多样，下面将介绍几种常见的方法。
1. 溶胶-凝胶法溶胶凝胶法是一种简单有效的合成纳米催化剂的方法。
首先通过溶胶制备出金属或氧化物的溶胶，然后凝胶化形成固体胶体颗粒。
最后，煅烧胶体颗粒，使其转化为纳米催化剂。
该方法适用于合成多种不同类型的纳米催化剂。
2. 气溶胶法气溶胶法是一种将金属或金属氧化物纳米颗粒沉积在适当基底上的方法。
通过喷雾或雾化器将金属盐或金属氧化物溶液雾化为微粒，并通过热分解、还原或煅烧获得纳米催化剂。
3. 水热合成法水热合成法是指通过在高温高压的水热条件下进行合成。
通过调节反应温度和时间，可以控制纳米催化剂的形貌、尺寸和结构，从而影响其性能。
该方法适用于合成金属氧化物、金属硫化物等纳米催化剂。
二、纳米催化剂的应用领域纳米催化剂在各个领域都有着广泛的应用。
下面将介绍几个主要领域的应用情况。
1. 能源领域纳米催化剂在能源领域有着重要的应用。
例如，纳米催化剂可以用于催化剂转化反应，如催化重油加氢裂化产生轻质燃料和催化汽车尾气净化等。
此外，纳米催化剂还可用于燃料电池、光电催化和电化学催化等领域。
2. 环境保护纳米催化剂在环境保护中也发挥着重要的作用。
例如，纳米催化剂可以催化有毒有害气体的氧化还原反应，将其转化为无害物质。
此外，纳米催化剂还可用于处理工业废水和废气，有效降低污染物的排放。
3. 医药领域纳米催化剂在医药领域的应用越来越受到研究者的关注。
例如，纳米催化剂可用于催化反应合成药物，提高药物的纯度和产率。
此外，纳米催化剂还可用于催化肿瘤治疗，通过其特殊的催化性能，实现对肿瘤细胞的选择性杀灭。
4. 材料合成纳米催化剂在材料合成中也发挥着重要作用。
例如，纳米催化剂可以用于纳米材料的合成和修饰，通过控制催化反应的条件，制备具有特定形貌和性能的纳米材料。
纳米催化剂的制备
体积效应
量子尺寸效应
吸附特性
酸碱尺度材料表面效应
❖ 纳米材料表现出的独特的力学、光学、电学、 磁学以及催化性能。这些特殊性能取决于下 述基本结构特点：
❖ (a)超细粒子及其粒度分布(<100nm)； ❖ (b)化学组成； ❖ (c)界面的存在，特别是晶粒间界、多相界面或表
四，纳米催化剂的应用前景
纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学 家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形 成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理 和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、 医药等学科的研究带来新的机遇。由于纳米粒子表面积大、表面活性 中心多，所以是一种极好的催化材料。将普通的铁、钴、镍、钯、铂 等金属催化剂制成纳米微粒，可大大改善催化效果。在石油化工工业 采用纳米催化材料，可提高反应器的效率,改善产品结构，提高产品 附加值、产率和质量。
纳米尺度材料表面效应
❖ 纳米尺度材料的外观形貌表现为微球形
二，纳米催化剂的制备
纳米催化剂的制备方法一般有化学法和物理法两类。
化学方法
1）沉淀法
2）水解法
3）溶胶—凝胶法
4）微乳液法 5）电化学沉积法
物理法制备纳米催化剂 1）惰性气体蒸发法 2）粉末冶金法
1）沉淀法 通过化学反应使原料的有效成分沉淀，经过滤、洗涤、干燥、加热分解而得到纳米粒子。 包括直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法、配位沉淀法等，其共同特点是操作简单方便。 2）水解法 在高温下先将金属盐的溶液水解，生成水合氧化物或氢氧化物沉淀，再加热分解得到纳 米粒子。包括无机水解法、金属醇盐水解法、喷雾水解法等，其中以金属醇盐水解法最为 常用，其最大特点是从物质的溶液中直接分离所需要的粒径细、粒度分布窄的超微粉末。 该法具有制备工艺简单、化学组成能精确控制、粉体的性能重复性好及得率高等优点，不 足之处是原料成本高。 3）溶胶—凝胶法 利用金属醇盐的水解或聚合反应制备氧化物或金属非氧化物的均匀溶胶，再浓缩成透明 凝胶，使各组分分布达到分子水平，凝胶经干燥、热处理即可得到纳米粒子。该法优点是 粒径小、纯度高、反应过程易控、均匀度高、烧结温度低,缺点是原料价格高、有机溶剂 有毒、处理时间较长等。 4）微乳液法 利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成均匀的乳液，剂量小的溶剂被包裹 在剂量大的溶剂中，形成许多微泡，微泡表面由表面活性剂组成，微泡中的成核、生长、 凝结、团聚等过程局限在一个微小的球型液滴内，从而形成球型颗粒。 5）电化学沉积法 K.B. Kokoh, FHahn等报道，采用循环伏安法，以铂片为工作电极,在包含钌、锇离子的 硫酸溶液中制备Pt-Ru，Pt-Os纳米电极。田娟等人通过循环伏安法电沉积使直径约为7nm 的Pt纳米粒子均匀地分散于多孔硅表面，拟用作微型质子交换膜燃料电池的催化电极。与 刷涂法相比较，电沉积Pt纳米粒子的多孔硅电极(Pt/Si)呈现出高的Pt利用率和增强的电 催化活性。
纳米催化剂的制备与应用
纳米催化剂的制备与应用近年来，纳米科技在诸多领域的重要性日益突显。
作为纳米科技的应用之一，纳米催化剂在化学反应、环境保护和能源领域等方面发挥着重要的作用。
本文旨在探讨纳米催化剂的制备与应用，并对其在不同领域中的潜在价值进行解析。
一、纳米催化剂的制备方法目前，制备纳米催化剂的方法多种多样，常见的包括溶胶凝胶法、共沉淀法、电化学法和微乳液法等。
溶胶凝胶法通过溶胶的凝胶化过程制备纳米粒子，该方法具有成本较低、操作简便等优点。
而共沉淀法则通过混合金属盐和沉淀剂在溶液中共沉淀形成纳米颗粒。
电化学法则是通过电化学反应在电极表面制备纳米颗粒，此方法可以精确控制颗粒尺寸和形貌。
微乳液法则是在两种亲水性或疏水性溶液共存的特殊体系中形成的纳米颗粒。
这些方法各有优缺点，研究人员在实际应用中根据需要选择合适的方法。
二、化学反应中的纳米催化剂应用纳米催化剂在化学反应中具有独特的催化性能，能够提高反应速率、降低反应温度和增强产物选择性。
例如，纳米金属催化剂在氢化反应中表现出优异的催化活性，能够高效催化苯环上的多烯烃氢化反应，实现环保的绿色化学合成。
同时，纳米金属氧化物催化剂也被广泛应用于催化氧化反应，如甲苯选择性氧化制备对甲酸的过程。
此外，纳米催化剂还可应用于氧化还原反应、醇醚化反应、羰化反应等多种有机合成反应中，具有很好的应用前景。
三、环境保护中的纳米催化剂应用随着环境污染的加剧，纳米催化剂在环境保护中的应用越来越受到关注。
例如，纳米金属催化剂可用于污水处理中的重金属离子去除，其高比表面积和特殊的晶体结构使其能有效吸附重金属离子，达到净化水质的效果。
此外，纳米催化剂还可应用于气体净化领域，如VOCs（挥发性有机物）的催化氧化、氮氧化物的还原等。
虽然纳米催化剂在环境保护中的应用还面临一些挑战，如使用寿命、催化剂回收等问题，但其潜在的应用价值不容忽视。
四、能源领域中的纳米催化剂应用纳米催化剂在能源领域中也具备广阔的应用前景。
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纳米金属镍粉催化剂的制备及其后处理李茸,刘祥萱,王煊军(西安高科技研究所503室,陕西西安710025)摘要:过渡金属镍纳米粉体是未来最有前途的新型催化剂之一,尤其在军事领域日趋重要。
制备方法和工艺是决定纳米镍粉的组成、结构和性质的主要因素。
而后处理是解决目前纳米镍粉大规模工业化应用的关键技术。
本文综述了近年来国内外应用较多的纳米镍粉的制备方法,分别就气相法、液相法和固相法中纳米镍粉具体制备方法的优缺点和应用现状进行了评述;介绍了纳米镍粉后处理在实际应用中的重要性,并详尽评述了纳米镍粉的纯化、分散和表面保护等后处理的具体技术方法;最后对纳米金属镍粉制备的发展趋势给出了自己的观点。
关键词:过渡金属;纳米镍粉;制备;后处理;催化剂中图分类号:O643;T Q246文献标志码:A纳米级过渡金属镍粉催化剂粒径处于1~ 100nm范畴,由于其有极高的表面活性,在提高催化反应效率、优化反应途径、提高反应速度方面的研究是未来催化学的重要研究课题。
研究结果表明,纳米镍金属粒子及其合金等金属粉作为催化材料在军民领域中显示出优异的催化活性和选择性。
在加氢脱氢、偶联、氧化、有机合成、岐化反应等过程有着广泛的应用[1-4];而在火箭发射用的固体燃料推进剂中,如添加质量分数约1%的纳米镍微粒,每克燃料的燃烧热可增加1倍[5]。
纳米催化材料的性能取决于几个重要因素:晶粒大小及分布,化学组成,界面或表面的存在及其结构特征(颗粒间界、晶面间界、杂质原子、结构缺陷等),组分间或相间的相互作用,而这些因素最终取决于化学组成及其制备方法[6]。
本文较为详实地评述了应用较多的纳米镍粉制备方法以及粉体的纯化、分散和表面保护等后处理方法,并对纳米金属镍粉制备工艺的发展趋势进行了展望。
1纳米金属镍粉的制备制备纳米粒子基本的原理,一是将大块的固体分裂成纳米粒子,二是在形成颗粒时控制粒子的生长,使其维持在纳米尺寸。
按照原始物质的状态进行分类,则可以分为气相法、液相法和固相法。
111气相法气相法是直接利用气体或利用各种手段将物质变成气体,使之在气体状态下发生物理变化或化学反应,最后在冷却过程中凝聚长大形成微粒的方法。
制备纳米镍粉的气相法主要有金属丝电爆破法、羰基镍热分解法、蒸发-冷凝法等。
气相法的优点是制备的纳米微粒细、分散性好、粒径分布窄;缺点是投资大、设备复杂、生产过程控制困难,不宜大规模生产。
金属丝电爆破法该方法制备纳米镍粉是在一定的气体介质环境下,通过沿金属Ni丝轴线方向加直流高电压,在原料丝内部形成很高的电流密度(107A/cm3),使之爆炸获得10~100nm的Ni粉。
T epper[7]在氩气中对金属丝施加高能电脉冲产生爆炸,获得了高活性、内部有晶格缺陷、可自燃的球形纳米Ni粉。
此方法能量转化率高,易于工业化,但所制备粉体粒径分布较宽。
羰基镍热分解法其主要反应为:Ni+CO(g) y Ni(CO)4,可制备粒径在30~300nm的Ni 粉[8-9]。
工艺流程可概括为3个过程:羰化合成y精馏y热分解。
羰化合成过程主要制备出粗产品,精馏则是利用羰基金属沸点的差异性使Ni(CO)4挥发出来,从而制出较纯产品,热分解过程是通过控制热分解参数来制备不同性能的镍粉。
此法制备出的镍粉具有纯度高,分散性好,化学活性高的特点,已在工业上得到大量应用,但Ni粒径较大。
蒸发-冷凝法用电弧、高频或等离子体将原料加热,使之气化或形成蒸气,然后骤冷,使之凝结成纳米粒子,通过采用通入惰性气体,改变压力的办法来控制微粒大小。
胡志华等[10]用氢、氩混合直流电弧等离子体法制得5~50nm Ni粉。
该法生产效率低,颗粒易氧化,设备复杂,技术要求高,成本昂贵,难以实现工业化生产。
112液相法80年代以来,随着对材料性能与结构关系的深入研究,出现了依据化学手段,在不需要复杂仪器的前提下,通过简单的溶液过程实现纳米/超结构过程0的基本途径,即液相法。
其中溶胶-凝胶法、电化学法、微乳液法和常温液相化学还原法具有工艺简单和产物的粒径、分布、形貌、纯度易控制等特点,备#86#5新技术新工艺6#材料与表面处理技术2007年第9期受关注,C射线辐射法和超声雾化-热分解法的技术难度高,目前不宜工业化。
溶胶-凝胶法低温下,将金属镍的醇盐或无机盐在溶液经水解、聚合先生成溶胶,再生成具有一定空间结构的凝胶,最后将凝胶干燥、焙烧,得到纳米Ni粉的方法称为溶胶-凝胶法。
Chatterjee[11]采用此法制备出5~11nm的Ni粉。
此方法反应温度低,产物颗粒小,粒度分布窄,纯度高,组成精确,但是由于用金属醇盐作原料,成本高,有污染。
微乳液法利用在微乳液的乳滴(8~80nm)中化学反应生产固体,以制得所需的纳米Ni粒子。
刘艳真,张景林等[12]用超声波的空化作用在微乳液体系(含还原剂)下制备平均粒径分布30~40nm 的高纯度Ni粉。
Chen[13]等在水/CTBA/正己醇微乳液体系中分别用N aBH4和水合肼还原Ni2+,得到5~50nm的Ni粉。
由于微液滴极其微小,生成的Ni颗粒也非常微小且均匀。
此法的特点是:试验装置简单,能耗低,操作容易,反应物浓度容易控制;可控制成核获得各种粒径的单分散纳米Ni粒子。
电化学法电化学法有电解法、化学镀法和电沉积法等。
前者包括水溶液和熔盐电解方法,后者包括直流电沉积、脉冲电沉积、喷射电沉积等。
M-i shra等[14-16]分别利用以上方法制备了20nm,16nm 或有机物包覆的Ni粉,由于电化学方法耗能较高,所以发展受到一定限制。
常压液相还原法该法属于湿法化学法的一种,在可溶性镍盐溶液中利用还原剂还原Ni2+,产物经分离、洗涤、干燥后即得纳米镍粉。
目前较多的无机还原剂有氢气、硼氢化钠、水合肼等,有机还原剂有乙二醇、1,2丙二醇、一缩乙二醇等。
谈玲华,李勤华等[17]用水合肼作还原剂的液相还原法制备了平均粒径为50nm的Ni粉,陈宏等[18]采用次磷酸钠为还原剂,制得直径为5~10nm N-i P非晶态粉末,同时回收利用镍资源,解决了化学镀镍废液污染。
该方法具有工艺简单,产物粒径、形貌、纯度、性质易控等特点,目前备受人们的关注。
在制备过程中加入一定量的表面修饰剂如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等可以控制粒子的形状,改善其分散性,提高表面活性,使微粒表面产生新的物理、化学、机械性能及新的功能,还可以改善与其他物质之间的相容性。
C射线辐照法基本原理是:水经C射线辐射产生初级产物,Ni2+离子通过溶剂辐射分解所产生的还原性活性粒子逐级还原生成镍原子,新生成的镍原子聚集成核,最终生成纳米Ni颗粒,故无需化学还原剂。
Kapo oer等[19]、陈祖耀等[20]采用此法制备了粒径范围在5~20nm的N i粉。
此法技术难度较大,所以较少使用。
超声雾化-热分解法目标前驱体经过超声雾化器产生微米级雾滴并被载气带入高温反应器中发生热分解,得到均匀粒径的纳米Ni金属。
Xia 等[21-22]利用该法分别制备了50nm的球形和纤维状纳米镍。
此法技术难度较大,所以较少使用。
113固相法固相法包括固相物质热分解法和物理粉碎法。
固相物质热分解法是利用金属Ni化合物的热分解来制备超微粒Ni,但其粉末易固结,还需再次粉碎,成本较高。
物理粉碎是通过机械粉碎、电火花爆炸等法制得纳米Ni粒子,其原理是利用介质和物料间相互研磨和冲击,以达到微粒的超细化。
但此法很难使粉体粒径小于100nm,只有采用强化或某些化学、物理手段,才能获得纳米粒子。
在特定氩气气氛中通过机械球磨无水NiCl2与Na或M g,由固态置换反应制备纳米镍粉,粒径可达到7~13nm。
用粉碎方法操作比较安全、简单,但容易引入杂质,纯度低,易使金属氧化,且存在颗粒不均匀和难以控制形态等弊端,故固相法还有待继续深入研究。
2纳米金属镍粉的后处理对于纳米金属催化剂而言,极少的某种杂质都会引起严重的催化剂中毒,比如纳米金属镍催化剂的杂质会影响固体推进剂的燃烧催化性能,使燃烧不稳定,严重危胁火箭运行的安全。
由于纳米颗粒的表面能很高、表面活性大,表面容易发生氧化甚至自燃等钝化反应,以单个颗粒形式存在时,处于不稳定状态,颗粒之间往往会自动相互吸引靠近以使自身转变成稳定状态,而引起纳米颗粒发生团聚。
无论是钝化还是团聚都极易使得颗粒表面能降低,表面活性降低,因此,在制备纳米金属镍粉的过程中或制备完成后必须立即进行相应的粒子纯化、分散与表面改性保护等后处理,去除杂质,使其既能稳定地保持以单个颗粒存在而不发生团聚,又使每个颗粒能保持很高的表面能与表面活性,提高其实际使用效果[23]。
211纯化纳米金属镍粉主要采用物理方法进行纯化。
物理纯化分离过程可根据纳米粒子混合体系不同分为固-固分离、液-固分离、气-固分离3种分离形式。
固-固分离根据镍粉与杂质的不同物理性质如:磁性、电性、密度、硬度、粒度大小、颗粒形状等对镍粉进行纯化处理。
含有磁性或可磁化的杂质,可采用吸铁石吸附的原理除杂;含有非磁性的杂质粉#87#5新技术新工艺6#材料与表面处理技术2007年第9期体,可利用金属颗粒密度较大的现象,采用离心分离或旋风分离的方法纯化主体粉体;对于粒度处于期望粒度之外的粉体颗粒可采用多级筛分的方法获得粒度分布在既定范围的纳米镍粉。
液-固分离主要用于湿法制备的镍粉与液体分散质的分离,根据基本分离作用力不同产生的分离方式有:沉降分离、悬液分离、离心分离、抽滤或压滤分离、微孔陶瓷管蕊过滤分离及膜分离等。
气-固分离以气体为介质制备纳米镍粉,需要进行气-固分离纯化处理,其基本原理仍然是重力分离纯化和离心力分离纯化以及过滤分离纯化,而经典分离纯化则是利用电场力进行分离,采用的主要方法有:旋风分离、离心分离、过滤分离和静电吸附。
212分散[24]纳米金属镍粒子的团聚一般分为2种:软团聚和硬团聚。
软团聚主要是由于颗粒间范德华力、静电力、毛细管力等较弱的力所致,其他外力作用下易于拆开;硬团聚主要是原料在煅烧或高温处理过程中由于产生较强的化学键合作用所引起,一般外力作用难以拆开。
实际生产中粉体的分散常将物理分散和化学分散结合起来。
物理分散在机械力作用下实现纳米镍粉在液相中的分散。
一旦机械力作用停止,颗粒间又会由范德华力聚集起来。
常用的有机械搅拌分散、超声波分散或喷雾干燥等。
机械搅拌分散主要是借助外界剪切力或撞击力等机械能使纳米粉体在介质中充分分散的一种方法,也是一种目前应用最为广泛的分散方法。
但是搅拌会造成溶液飞溅,使反应物损失。
超声波分散是将需要处理的Ni颗粒悬浮体直接置于超声场中用适当频率和功率的超声波在恰当时间内加以处理,是一种强度很高的分散手段。
但由于能耗大,大规模使用成本太高,因此目前在实验室使用较多,不过随着超声技术的不断发展,超声分散在工业中应用是完全可能的。