(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112317758 A(43)申请公布日 2021.02.05
(21)申请号 201911044339.0(22)申请日 2019.10.30
(66)本国优先权数据
201910716348.3 2019.08.05 CN(71)申请人 涂传鉷
地址 210000 江苏省南京市鼓楼区南通路
89号2幢三单元1401室(72)发明人 涂传鉷
(74)专利代理机构 北京汇泽知识产权代理有限
公司 11228
代理人 李岩(51)Int.Cl.
B22F 9/22(2006.01)B22F 9/30(2006.01)B22F 1/00(2006.01)
(54)发明名称
一种纳米镍的制备方法(57)摘要
本发明公开了一种纳米镍的制备方法，包括以下步骤：S1：金属镍与碳铵溶液，进行络合反应，生成镍氨络合物溶液；S2：镍氨络合物分解后生成碳酸镍；S3：步骤S2得到的碳酸镍在还原气氛中阶梯升温，进行热分解还原反应，生成纳米镍。本发明的方法制备的纳米镍为纳米尺寸的条状结构，易分散、比表面积大、电阻小。
B82Y 40/00(2011.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图2页
CN 112317758 ACN 112317758 A
权 利 要 求 书
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1.一种纳米镍的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：金属镍与碳铵溶液，进行络合反应，生成镍氨络合物溶液；S2：镍氨络合物分解后生成碳酸镍；S3：步骤S2得到的碳酸镍在还原气氛中阶梯升温，进行热分解还原反应，生成纳米镍。2.根据权利要求1所述的纳米镍的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述热分解还原反应的阶梯升温包括：由反应起始温度升温至100～200℃，保温反应，再升温至250～800℃，生成纳米镍。
3.根据权利要求1所述的纳米镍的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述热分解还原反应的阶梯升温包括：
第一阶段升温：在3小时内升温至100～200℃；第二阶段保温反应：在100～200℃保温反应8小时以上；第三阶段升温：在15小时内升温至250～800℃。4.根据权利要求1所述的纳米镍的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述热分解还原反应的阶梯升温包括：
第一阶段升温：反应起始温度为室温，在0.5～2小时内升温至100～150℃；第二阶段保温反应：在100～150℃保温反应10～20小时；第三阶段升温：在3～8小时内升温至300～600℃。5.根据权利要求1所述的纳米镍的制备方法，其特征在于，步骤S2镍氨络合物溶液在温度80～180℃下，搅拌，分解为碳酸镍和氨气。
6.根据权利要求1所述碳酸镍的制备方法，其特征在于，步骤S1包括：金属镍加入碳铵溶液中，通入空气或氧气，进行络合反应，生成镍氨络合物溶液；其中，所述镍氨络合物溶液中镍离子浓度为40～100g/L，碳铵溶液中NH3浓度为80～200g/L，CO2浓度为40～200g/L。
7.根据权利要求1所述的纳米镍的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述热分解还原反应后，还包括冷却步骤，热分解还原反应产物自然冷却至室温，得到纳米镍。
8.根据权利要求1所述的纳米镍的制备方法，其特征在于，所述还原气氛为氢气或乙醇其中之一或其组合。
9.根据权利要求7所述的纳米镍的制备方法，其特征在于，所述还原气氛为氢气：碳酸镍热分解还原反应时，持续通入氢气，氢气的通入量是碳酸镍物质的量的1倍以上。
10.权利要求1～9任一项所述的制备方法制备得到的纳米镍。
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CN 112317758 A
说 明 书一种纳米镍的制备方法
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技术领域
[0001]本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种纳米镍的制备方法。
背景技术
[0002]镍是-类重要的金属材料，几乎在所有的现代工业领域获得广泛的应用。将微/纳米多级结构构筑技术和传统工艺结合起来，通过从分子水平上调节结构单元的组分、只寸、形状及组织方式对组装体的性质进行更精确的调控，能够极大的改变金属保在催化、电极、化学保护涂层、软磁材料以及低温超塑性材料等应用领域中的性能。金属镇纳米结构的制各方法近来得到了长足的发展，合成的纳米结构包括化学还原法的纳米球、电化学模板沉积纳米环等。
[0003]现有的方法制备的纳米镍材料存在如下问题：1、易团聚，在溶液中难以分散均匀；2、纳米镍材料呈球形，导电性有待提高；3、制备工艺复杂，纯度低，废弃物污染环境。发明内容
[0004]本发明所要解决的技术问题是目前的纳米金属镍材料存在的上述问题。[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供一种纳米镍的制备方法，包括如下步骤：[0006]S1：金属镍与碳铵溶液，进行络合反应，生成镍氨络合物溶液；[0007]S2：镍氨络合物分解后生成碳酸镍；[0008]S3：步骤S2得到的碳酸镍在还原气氛中阶梯升温，进行热分解还原反应，生成纳米镍。
[0009]其中热分解还原采用阶梯升温的方法，可包括如下步骤：由反应起始温度升温至100～200℃，保温反应，再升温至250～800℃，生成纳米镍。[0010]作为优选技术方案，所述热分解还原包括：[0011]第一阶段升温：在3小时内升温至100～200℃；[0012]第二阶段保温反应：在100～200℃保温反应8小时以上；[0013]第三阶段升温：在15小时内升温至250～800℃。[0014]进一步优选地，步骤S3中所述热分解还原反应包括：[0015]第一阶段升温：反应起始温度为室温，在0.5～2小时内升温至100～150℃；[0016]第二阶段保温反应：在100～150℃保温反应10～20小时；[0017]第三阶段升温：在3～8小时内升温至300～600℃。[0018]作为优选方案，步骤S2镍氨络合物溶液在温度80～180℃下，搅拌，分解为碳酸镍和氨气。
[0019]作为优选方案，步骤S1包括：[0020]金属镍加入碳铵溶液中，通入空气或氧气，进行络合反应，生成镍氨络合物溶液；其中，所述镍氨络合物溶液中镍离子浓度为40～100g/L，碳铵溶液中NH3浓度为80～200g/L，CO2浓度为40～200g/L。
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说 明 书
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作为优选方案，步骤S3中所述热分解还原反应后，还包括冷却步骤，热分解还原产
物，自然冷却至室温。[0022]作为优选方案，所述还原气氛为氢气或乙醇其中之一或其组合。[0023]作为优选方案，所述还原气氛为氢气：碳酸镍热分解还原反应时，持续通入氢气，氢气的通入量是碳酸镍物质的量的1倍以上。进一步优选地，所述还原气氛为氢气：碳酸镍热分解还原反应时，持续通入氢气，氢气的通入量是碳酸镍物质的量的2倍以上。[0024]本发明还提供上述方法制备的纳米镍，其为长条状结构，长度在600nm以下，长径比为2～50:1。
[0025]本发明提供的制备方法制备的纳米镍呈条状结构，长度600nm以下，长径比为2～50:1；其纯度高达99.8％以上，比表面积为15～35m2/g，电阻小1×10-5～2.5×10-5Ω·cm；并且其在溶液中分散均匀，且能够相互交联增加溶液导电性。本发明提供的制备方法，环保，无污染环境的废弃物排放。附图说明
[0026]图1为本发明实施例1制备的纳米镍的电镜图一；[0027]图2为本发明的实施例1制备的纳米镍的电镜图二。
具体实施方式
[0028]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0029]本发明提供一种纳米镍的制备方法，碳酸镍在还原气氛中采用阶梯升温，进行热分解还原，包括以下步骤：[0030]S1：金属镍与碳铵溶液，进行络合反应，生成镍氨络合物溶液，具体包括如下步骤：[0031]金属镍加入碳铵溶液中，通入空气或氧气，进行络合反应，生成镍氨络合物溶液；其中，所述镍氨络合物溶液中镍离子浓度为40～100g/L，碳铵溶液中NH3浓度为80～200g/L，CO2浓度为40～200g/L。[0032]S2：镍氨络合物分解后生成碳酸镍，具体包括如下步骤：[0033]步骤S2镍氨络合物溶液在温度80～180℃下，搅拌，分解为碳酸镍和氨气。[0034]S3：步骤S2得到的碳酸镍在还原气氛中热分解还原，生成纳米镍；其中热分解还原采用阶梯升温：由反应起始温度升温至100～200℃，保温反应，再升温至250～800℃，生成纳米镍。在本发明的阶梯升温条件下，镍氨络合物分解制得的碳酸镍稳定热解还原，阶梯升温与的还原气流使得碳酸镍热解还原形成条状的纳米尺寸金属镍。[0035]还原气氛可选择氢气或乙醇其中之一或其组合。当还原气氛为氢气时，氢气的通入量是碳酸镍物质的量的2倍以上，还原反应完全，镍的纯度高，并有利于条状纳米镍的形成。可结合反应时间和所需还原气氛的量合理设置还原气体的流速。[0036]镍氨络合物分解制备得到的碳酸镍，为纳米尺寸的条形结构，应用中会产生交联结构，导电性优于颗粒状的纳米镍，性能更佳。
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说 明 书
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实施例1
[0038]本实施例的纳米镍的制备方法包括：[0039]1)于络合反应装置中加入金属镍6kg，在加入110L碳铵溶液(碳铵溶液中氨的浓度为100g/L和CO2的浓度为60g/L)，通入空气，反应完全，得到镍氨络合物水溶液，过滤；[0040]2)过滤后的镍氨络合物水溶液加入分解反应装置中，在温度100℃下，反应完全，生成碳酸镍沉淀和氨气，氨气冷凝吸收后回收利用，碳酸镍脱水、干燥；[0041]3)脱水干燥后的碳酸镍加入还原炉中，通入氢气(整个反应过程持续通入氢气，氢气的通入量为碳酸镍物质的量的2倍)，[0042]第一阶段升温：反应起始温度为室温，1小时，升温至120℃；[0043]第二阶段保温反应：在120℃保温反应12小时；[0044]第三阶段升温：3小时，升温至600℃。[0045]4)冷却至室温，制备得到的纳米镍。[0046]经检测，本实施例制备的纳米镍纯度99.9％；如图1和图2所示，本实施例的纳米镍呈条状结构，长度在50nm～600nm，长径比为2～50:1；纳米镍的比表面积为35m2/g。刺探针法检测电阻，电阻为1×10-5Ω·cm。[0047]分散性实验：0.5kg镍粉、2kg直径1mm的镍球加入直径为200mm的容器中，在酒精介质中，以100转/min的速度研磨1min。经观测，分散性良好，无团聚现象。[0048]实施例2
[0049]本实施例的纳米镍的制备方法包括：[0050]1)于络合反应装置中加入金属镍6kg，在加入110L碳铵溶液(碳铵溶液中氨的浓度为100g/L和CO2的浓度为60g/L)，通入空气，反应完全，得到镍氨络合物水溶液，过滤；[0051]2)过滤后的镍氨络合物水溶液加入分解反应装置中，在压力环境下，升温至温度180℃，反应完全，生成碳酸镍沉淀和氨气，氨气冷凝吸收后回收利用，碳酸镍脱水、干燥；[0052]3)脱水干燥后的碳酸镍加入还原炉中，通入氢气(整个反应过程持续通入氢气，氢气的通入量为碳酸镍物质的量的2倍)，[0053]第一阶段升温：反应起始温度为室温，在0.5小时内升温至100℃；[0054]第二阶段保温反应：在100℃保温反应20小时；[0055]第三阶段升温：在3小时内升温至300℃。[0056]4)冷却至室温，制备得到的纳米镍。[0057]经检测，本发明制备的纳米镍纯度99.8％；本实施例的纳米镍呈条状结构，长度在50nm～400nm，长径比为2～50:1；纳米镍的比表面积为23m2/g。刺探针法检测电阻，电阻为1.4×10-5Ω·cm。[0058]分散性实验：同实施例1，经观测，分散性良好，无团聚现象。[0059]实施例3
[0060]本实施例的纳米镍的制备方法包括：[0061]1)于络合反应装置中加入金属镍6kg，在加入110L碳铵溶液(碳铵溶液中氨的浓度为100g/L和CO2的浓度为60g/L)，通入空气，反应完全，得到镍氨络合物水溶液，过滤；[0062]2)过滤后的镍氨络合物水溶液加入分解反应装置中，在压力环境，温度120℃下，反应完全，生成碳酸镍沉淀和氨气，氨气冷凝吸收后回收利用，碳酸镍脱水、干燥；
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3)脱水干燥后的碳酸镍加入还原炉中，通入氢气(整个反应过程持续通入氢气，氢
气的通入量为碳酸镍物质的量的2倍)，[0064]第一阶段升温：反应起始温度为室温，在2小时内升温至150℃；[0065]第二阶段保温反应：在150℃保温反应8小时；[0066]第三阶段升温：在8小时内升温至600℃。[0067]4)冷却至室温，制备得到的纳米镍。[0068]经检测，本发明制备的纳米镍纯度99.8％；本实施例的纳米镍呈条状结构，长度在50nm～400nm，长径比为2～50:1；纳米镍的比表面积为25m2/g。刺探针法检测电阻，电阻为1.3×10-5Ω·cm。[0069]分散性实验：同实施例1，经观测，分散性良好，无团聚现象。[0070]实施例4
[0071]本实施例的纳米镍的制备方法包括：[0072]1)于络合反应装置中加入金属镍6kg，在加入60L碳铵溶液(碳铵溶液中氨的浓度为180g/L和CO2的浓度为200g/L)，通入空气，反应完全，得到镍氨络合物水溶液，过滤；[0073]2)过滤后的镍氨络合物水溶液加入分解反应装置中，在温度80℃下，反应完全，生成碳酸镍沉淀和氨气，氨气冷凝吸收后回收利用，碳酸镍脱水、干燥；[0074]3)脱水干燥后的碳酸镍加入还原炉中，通入氢气(整个反应过程持续通入氢气，氢气的通入量为碳酸镍物质的量的2倍)，[0075]第一阶段升温：反应起始温度为室温，在3小时内升温至200℃；[0076]第二阶段保温反应：在200℃保温反应8小时；[0077]第三阶段升温：在2小时内升温至250℃。[0078]4)冷却至室温，制备得到的纳米镍。[0079]经检测，本发明制备的纳米镍纯度99.9％；本实施例的纳米镍呈条状结构，长度在50nm～400nm，长径比为2～50:1；纳米镍的比表面积为25m2/g。刺探针法检测电阻，电阻为1.8×10-5Ω·cm。[0080]分散性实验：同实施例1，经观测，分散性良好，无团聚现象。[0081]实施例5
[0082]本实施例的纳米镍的制备方法包括：[0083]1)于络合反应装置中加入金属镍6kg，在加入110L碳铵溶液(碳铵溶液中氨的浓度为100g/L和CO2的浓度为60g/L)，通入空气，反应完全，得到镍氨络合物水溶液，过滤；[0084]2)过滤后的镍氨络合物水溶液加入分解反应装置中，在温度100℃下，反应完全，生成碳酸镍沉淀和氨气，氨气冷凝吸收后回收利用，碳酸镍脱水、干燥；[0085]3)脱水干燥后的碳酸镍加入还原炉中，通入氢气(整个反应过程持续通入氢气，氢气的通入量为碳酸镍物质的量的2倍)，[0086]第一阶段升温：反应起始温度为室温，在1小时内升温至120℃；[0087]第二阶段保温反应：在120℃保温反应10小时；[0088]第三阶段升温：15小时，升温至800℃。[0089]4)冷却至室温，制备得到的纳米镍。[0090]经检测，本实施例制备的纳米镍纯度99.9％；如图1所示，本实施例的纳米镍呈条
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状结构，长度在50nm～400nm，长径比为2～50:1；纳米镍的比表面积为28m2/g。刺探针法检测电阻，电阻为1×10-5Ω·cm。[0091]分散性实验：同实施例1，经观测，分散性良好，无团聚现象。[0092]对比例1
[0093]本实施例的纳米镍的制备方法包括：[0094]1)取市售碳酸镍12kg干燥；
[0095]3)干燥后的碳酸镍加入还原炉中，通入氢气，[0096]第一阶段升温：反应起始温度为室温，1小时升温至120℃；[0097]第二阶段保温反应：在120℃保温反应12小时；[0098]第三阶段升温：6小时，升温至600℃。[0099]4)冷却至室温，制备得到的纳米镍。[0100]经检测，本发明制备的纳米镍纯度99.7％；本实施例的纳米镍呈颗粒状，粒径在400～500nm；纳米镍的比表面积为15m2/g。刺探针法检测电阻，电阻为1×10-4Ω·cm。[0101]分散性实验：同实施例1，经观测，有团聚现象。[0102]对比例2
[0103]本实施例的纳米镍的制备方法包括：[0104]1)于络合反应装置中加入金属镍6kg，在加入110L碳铵溶液(碳铵溶液中氨的浓度为100g/L和CO2的浓度为60g/L)，通入空气，反应完全，得到镍氨络合物水溶液，过滤；[0105]2)过滤后的镍氨络合物水溶液加入分解反应装置中，在温度100℃下，反应完全，生成碳酸镍沉淀和氨气，氨气冷凝吸收后回收利用，碳酸镍脱水、干燥；[0106]3)脱水干燥后的碳酸镍加入还原炉中，通入氢气，反应起始温度为室温，8小时升温至600℃，保温反应10小时；[0107]4)冷却至室温，制备得到的纳米镍。[0108]经检测，本发明制备的纳米镍纯度99.8％；本实施例的纳米镍呈条状结构和颗粒状混合结构，有团聚现象，条状结构的长度在50nm～400nm，长径比为2～50:1，颗粒状结构的粒径在100nm左右；比表面积为10m2/g，熔点为401℃。刺探针法检测电阻，电阻为4×10-5Ω·cm。
[0109]分散性实验：同实施例1，经观测，有部分团聚现象。[0110]还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。[0111]以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
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