均一粒徑球形納米鈷的制備方法
【專利摘要】本發明公開了均一粒徑球形納米鈷的制備方法，它在堿式碳酸鈷為鈷源和足量還原劑的混合體系中，添加痕量絡合劑，最終獲得均一粒徑球形納米鈷，球形納米鈷粒徑為60nm。本發明工藝簡單，操作簡便，且原料價格低廉，成本低，非常適合大規模生產。
【專利說明】均一粒徑球形納米鈷的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及制備方法，具體涉及均一粒徑球形納米鈷的制備方法。
【背景技術】
[0002]納米金屬鈷作為高性能磁記錄材料、磁流體、吸波材料等，被廣泛應用于硬質合金、電池、催化材料、永磁體等領域。因此對納米金屬鈷合成方法的研究一直備受關注。吳成義等(ZL 200410068855.4和200510011735.5)分別采用CoOx和Co (OH) 2作為前驅體材料，隨后經管式爐在高溫氫氣環境中還原，獲得球形納米鈷。聶祚仁等(ZL 200610067164.1)將草酸鈷溶于氨水中，得到澄清鈷氨絡合物溶液，隨后在液氮中預凍，接著真空干燥得到前驅體，對前驅體實行氫氣還原獲得納米鈷。金大慶(ZL 200810121121.6)以碳酸鈷為前驅體，采用氫氣還原也獲得了超細球形鈷粉。周超蘭等(武漢理工大學學報，2011,33:5-7)在堿性環境中以硫酸鈷為鈷源、足量檸檬酸鈉為絡合劑、次磷酸鈉為還原劑，采用化學鍍工藝在碳化娃表面鍛覆上鈷層。Ma Lixin 等(Journal of alloys and compounds, 2010, 505:374-378)在堿性環境中以硫酸鈷為鈷源、足量酒石酸鉀鈉為絡合劑、水合聯氨為還原劑，采用化學鍍工藝在鈦酸鋇表面鍍覆上鈷層。從已有文獻不難看出，迄今納米鈷主要的合成工藝大致可分為兩種:(1)采用高溫下氫氣還原鈷的氧化物或氫氧化物或其他沉積物；(2)傳統的化學鍍工藝。專利文獻中納米鈷合成途徑大多采用了高溫下氫氣環境，這主要是相比傳統的化學鍍工藝，氫氣還原法獲得的鈷產品較好地保持了前驅體的形貌特征，控制好前驅體的形貌、結構屬性，繼而可獲得預期理想的鈷產品。而傳統的化學鍍工藝獲得的納米鈷產品，大多粒徑分布較廣，且由于其較大的比表面積和自身的磁性，產品團聚現象比較嚴重。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于:提供一種均一粒徑球形納米鈷的制備方法，獲得的納米鈷粒徑均一、分散性好,實現均一粒徑球形納米鈷的工業化生產。
[0004]本發明的技術解決方案是:它是堿式碳酸鈷與足量還原劑混合，以痕量絡合劑觸發化學鍍有序進行，從而合成均一粒徑球形納米鈷；具體步驟如下:
(1)分別配置一定濃度的硫酸鈷水溶液和碳酸鈉水溶液，將硫酸鈷水溶液和碳酸鈉水溶液依體積比1:1混合均勻，形成堿式碳酸鈷懸濁液；
(2)接著向上述懸濁液中加入一定量的還原劑，并將該混合液在250-500轉/分的攪拌條件下以2-5°C /分升溫至反應溫度；所述還原劑為次磷酸鈉、水合聯氨、硼氫化鉀中的一種；
(3)隨后加入痕量絡合劑，所述絡合劑為檸檬酸鈉、酒石酸鈉、硫脲的一種；
(4)反應一段時間后，將生成物分離，用乙醇和去離子水對產物進行多次洗滌，得到黑色沉淀物，將此沉淀物在70°C下干燥得到均一粒徑球形納米鈷。
[0005]其中，硫酸鈷水溶液濃度控制在0.01-0.1 mol/L，碳酸鈉水溶液濃度為硫酸鈷濃度的1.1-1.5倍。
[0006]其中，還原劑物質的量控制為硫酸鈷物質的量的3-5倍。
[0007]其中，所述反應溫度為25_70°C。
[0008]其中，痕量絡合劑物質的量控制為硫酸鈷物質的量的百分之一。
[0009]其中，所述反應時間為0.5-2小時。
[0010]本發明的制備原理是:在傳統的化學鍍鈷工藝中，絡合劑主要作用是作為鈷離子絡合劑，防止鈷離子在堿性溶液中形成氫氧化鈷沉淀；因此，在傳統工藝中，需要添加足量的絡合劑，確保游離的鈷離子完全轉變為鈷絡合離子；然而，在本發明提出的改進化學鍍工藝中，絡合劑的添加量相比鈷離子的濃度卻是痕量的；痕量的絡合劑所扮演的角色很特殊，痕量的金屬絡合劑加入到堿式碳酸鈷和足量還原劑的混合體系后，絡合劑將立即攻擊堿式碳酸鈷的表面形成痕量鈷-絡合劑絡合離子；由于還原劑強大的還原能力，且鈷-絡合劑絡合離子相比堿式碳酸鈷更易被還原劑還原，因此形成的痕量鈷-絡合劑絡合離子被迅速還原成鈷單質，同時又釋放出絡合劑；釋放出的絡合劑將繼續攻擊堿式碳酸鈷表面形成痕量鈷-絡合劑絡合離子，隨之再次發生還原反應，并釋放出絡合劑；因此，只要溶液中存在足夠還原劑和痕量絡合劑，還原反應和絡合反應就可以交替著進行直到堿式碳酸鈷被完全還原成鈷單質；由于體系中鈷-絡合劑絡合離子的濃度是痕量的，且一直維持在一個近似相同的濃度，因此有效地避免了體系濃度的變化對鈷產品粒徑的影響，從而獲得均一粒徑的納米鉆廣品。
[0011]本發明的有益效果是:1、本發明的制備方法使得化學鍍過程中的鈷源實質上變成了痕量的鈷-絡合劑絡合離子，痕量的絡合劑起到了觸發化學鍍反應有序進行的作用，保證了納米鈷產品粒徑的均一性；2、本發明合成工藝和所需要生產設備簡單，適合工業化生產；3、本發明所合成的納米鈷產品為球形，粒徑均一，為60 nm。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1均一粒徑球形納米鈷的透射電鏡照片。
[0013]圖2均一粒徑球形納米鈷的的X射線衍射圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術解決方案，這些實施例不能理解為是對技術方案的限制。
[0015]實施例1:依以下步驟制備均一粒徑球形納米鈷
(1)分別配置0.01mol/L的硫酸鈷水溶液和0.011mol/L碳酸鈉水溶液各1L，將配置好的硫酸鈷水溶液和碳酸鈉水溶液混合均勻，得堿式碳酸鈷懸濁液；
(2)接著向上述懸濁液中加入0.03mol的還原劑次磷酸鈉，并將該混合液在250轉/分的攪拌條件下以2V /分升溫至反應溫度25°C ；
(3)隨后加入0.0OOlmol痕量絡合劑檸檬酸鈉；
(4)反應0.5小時后，將生成物分離，用乙醇和去離子水對產物進行多次洗滌，得到黑色沉淀物，將此沉淀物在70°C下干燥得到均一粒徑球形納米鈷。
[0016]實施例2:依以下步驟制備均一粒徑球形納米鈷 (1)分別配置0.055mol/L的硫酸鈷水溶液和0.0687 mol/L碳酸鈉水溶液各1L，將配置好的硫酸鈷水溶液和碳酸鈉水溶液混合均勻，形成堿式碳酸鈷懸濁液；
(2)接著向上述懸濁液中加入0.22mol的還原劑水合聯氨，并將該混合液在375轉/分的攪拌條件下以3.5°C /分升溫至反應溫度47°C ；
(3)隨后加入0.00055 mo I痕量絡合劑酒石酸鈉；
(4)反應1.25小時后，將生成物分離，用乙醇和去離子水對產物進行多次洗滌，得到黑色沉淀物，將此沉淀物在70°C下干燥得到均一粒徑球形納米鈷。
實施例3:依以下步驟制備均一粒徑球形納米鈷
(1)分別配置0.1 mol/L的硫酸鈷水溶液和0.15 mol/L碳酸鈉水溶液各1L，將配置好的硫酸鈷水溶液和碳酸鈉水溶液混合均勻，形成堿式碳酸鈷懸濁液；
(2)接著向上述懸濁液中加入0.5mol的還原劑硼氫化鉀，并將該混合液在500轉/分的攪拌條件下以5°C /分升溫至反應溫度70°C
(3)隨后加入0.0Olmol痕量絡合劑硫脲；
(4)反應2小時后，將生成物分離，用乙醇和去離子水對產物進行多次洗滌，得到黑色沉淀物，將此沉淀物在70°C下干燥得到均一粒徑球形納米鈷。
[0017]實施例1-3所得的均一粒徑球形納米鈷的透射電鏡照片如圖1所示，其X射線衍射圖如圖2所示。
【權利要求】
1.均一粒徑球形納米鈷的制備方法，其特征是:它是堿式碳酸鈷與足量還原劑混合，以痕量絡合劑觸發化學鍍有序進行，從而合成均一粒徑球形納米鈷；具體步驟如下: (1)分別配置一定濃度的硫酸鈷水溶液和碳酸鈉水溶液，將硫酸鈷水溶液和碳酸鈉水溶液依體積比1:1混合均勻，形成堿式碳酸鈷懸濁液； (2)接著向上述懸濁液中加入一定量的還原劑，并將該混合液在250-500轉/分的攪拌條件下以2-5°C /分升溫至反應溫度；所述還原劑為次磷酸鈉、水合聯氨、硼氫化鉀中的一種； (3)隨后加入痕量絡合劑，所述絡合劑為檸檬酸鈉、酒石酸鈉、硫脲的一種； (4)反應一段時間后，將生成物分離，用乙醇和去離子水對產物進行多次洗滌，得到黑色沉淀物，將此沉淀物在70°C下干燥得到均一粒徑球形納米鈷。
2.根據權利要求1所述的均一粒徑球形納米鈷的制備方法，其特征是:硫酸鈷水溶液濃度控制在0.01-0.1 mol/L，碳酸鈉水溶液濃度為硫酸鈷水濃度的1.1-1.5倍。
3.根據權利要求1所述的均一粒徑球形納米鈷的制備方法，其特征是:還原劑物質的量控制為硫酸鈷物質的量的3-5倍。
4.根據權利要求1所述的均一粒徑球形納米鈷的制備方法，其特征是:所述反應溫度為 25-70 0C ο
5.根據權利要求1所述的均一粒徑球形納米鈷的制備方法，其特征是:痕量絡合劑物質的量控制為硫酸鈷物質的量的百分之一。
6.根據權利要求1所述的均一粒徑球形納米鈷的制備方法，其特征是:所述反應時間為0.5-2小時。
【文檔編號】B22F9/24GK103433501SQ201310342972
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月8日 優先權日:2013年8月8日
【發明者】程志鵬, 徐繼明, 仲慧, 趙宜江, 褚效中, 張莉莉, 黃輝, 殷竟洲, 許永艾 申請人:淮陰師范學院