絡(luò)合溶液化學(xué)還原法制備納米鈷粉的研究.pdf

1、納米鈷粉具有大的比表面積，表面原子數(shù)、表面能、表面張力隨粒徑的下降急劇增加，導(dǎo)致納米鈷粉的電、磁、敏感特性和表面穩(wěn)定性等不同于普通鈷粉，使其在電子工業(yè)、磁性材料、硬質(zhì)合金、表面噴涂、化學(xué)催化等工業(yè)領(lǐng)域有重要用途，呈現(xiàn)出優(yōu)異的性能。作為傳統(tǒng)硬質(zhì)合金粘結(jié)劑，鈷粉是最好的材料。硬質(zhì)合金行業(yè)對(duì)金屬鈷粉的需求量最大。 國(guó)內(nèi)外超細(xì)鈷粉和納米鈷粉的制備方法繁多，其中液相化學(xué)還原法是目前實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上廣泛采用的一種方法。目前國(guó)內(nèi)采取的超細(xì)鈷粉制

2、備方法及工藝都是比較復(fù)雜和高能耗的，成本比較高，而且獲得的鈷粉粒度相對(duì)較粗，不能完整地體現(xiàn)超細(xì)和納米鈷粉的優(yōu)異性能。 本研究對(duì)水合聯(lián)氨溶液直接還原法制備金屬鈷粉的熱力學(xué)、電化學(xué)進(jìn)行了深入分析，證明采用水合聯(lián)氨在堿性條件下將Co<'2+>還原成Co在熱力學(xué)上是可行的，但由于在動(dòng)力學(xué)上存在困難，故需引入晶核引發(fā)劑引發(fā)反應(yīng)，本研究采用KBH<,4>為晶核引發(fā)劑； 本研究采用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X-射線衍射(

3、x-ray)及光電子能譜(XPS)等現(xiàn)代分析手段對(duì)產(chǎn)物鈷粉的理化指標(biāo)進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行改進(jìn)。 由于在pH為9.5～13的范圍內(nèi)，Co(OH)<,2>的溶解度為10<'-6>-10<'-7>數(shù)量級(jí)，當(dāng)用堿液調(diào)整體系pH值時(shí)體系中會(huì)產(chǎn)生大量Co(OH)<,2>沉淀。根據(jù)對(duì)體系不同pH值條件下的還原反應(yīng)研究，發(fā)現(xiàn)只采用水合聯(lián)氨還原CO<'2+>會(huì)產(chǎn)生鈷包裹 Co(OH)<,2>情況，得不到純鈷粉，這說明堿性條件下單

4、純水體系中N<,2>H<,4>的還原反應(yīng)不徹底。 向體系加入無水乙醇可形成膠態(tài)Co(OH)<,2>，所制備的鈷粉的純度能達(dá)到98.7[％]，鈷粉的一次粒徑為100nm，呈團(tuán)聚狀態(tài)。但該法溶液黏度大，產(chǎn)物過濾、洗滌較困難；為獲得純度高的納米鉆粉，本研究采用了絡(luò)合溶液化學(xué)還原法制備納米鈷粉的新方法，向體系中加入與鈷離子摩爾比為1.0的檸檬酸鈉作為絡(luò)合劑，絡(luò)合Co<'2+>避免產(chǎn)生中間產(chǎn)物Co(OH)<,2>，溶液透明。納米鈷粉的較佳

5、制備工藝為：鈷液和檸檬酸鈉的初始濃度均為0.8M，反應(yīng)溫度為80<'。>C，攪拌條件下用2M的NaOH溶液調(diào)節(jié)體系pH為11～12，注入以還原鈷所需還原劑理論量10[％]的晶核引發(fā)劑的堿液和獲得理論鈷粉質(zhì)量0.10～0.12倍的聚乙二醇6000，然后滴加用量為n(N<,2>H<,4>/Co<'2+>)=3.0～3.2的還原劑水合聯(lián)氨，反應(yīng)過程中維持體系的pH值，攪拌反應(yīng)45min后得到灰黑色的納米鉆粉。所制備的鈷粉純度達(dá)到99.5[％]

6、，直收率為95[％]。鈷粉為混晶型產(chǎn)物，分別為密排六方晶型(HCP)和面心立方晶型(FCC)，制得的鈷粉形貌近似球形，粒度達(dá)到納米級(jí)； 由于鈷粉為鐵磁性的材料，易于團(tuán)聚，因此本實(shí)驗(yàn)研究了納米鉆粉在液相中的分散穩(wěn)定性。對(duì)比了幾種分散介質(zhì)中的分散效果，發(fā)現(xiàn)納米鈷粉在丙三醇體系中分散性好，穩(wěn)定性高，一次粒徑為5～15nm； 液相還原制備的納米鈷粉仍含有少量氧，要得到高純度鈷粉需采用后處理通氫還原，可明顯降低含氧量，提高鈷粉純度