Спосіб отримання ультрамикродисперсного порошку оксиду нікелю на змінному струмі

 

Винахід відноситься до способів одержання порошків оксидів металів, а саме до способів отримання ультрамикродисперсного порошку оксиду нікелю. Отриманий порошок може бути використаний для приготування каталізаторів, які використовуються в синтезі вуглецевих нанотрубок.

Існують різні способи отримання ультрамикродисперсних частинок нікелю та його оксиду. Їх умовно можна розділити на три великі групи: хімічні, фізичні і фізико-хімічні способи.

1. Хімічні способи

До них відноситься газофазное осадження, відновлення у твердій і рідкій фазі, піроліз, золь-гель технології.

Метод синтезу нанорозмірних частинок оксиду нікелю полягає в осадженні його з азотнокислих розчинів спиртової середовищі (етанол, пропанол) розведеним розчином гідроксиду натрію при температурі 60...80°C, з подальшим промиванням опадів водою і просушуванням при температурі 50°C. Отримані гідратовані оксиди нікелю NiO·nH2O мають питому поверхню 280 мг/см2[Л.М. Трушнікова, В.В. Соколов, В.В Баковец. Одержання нанорозмірних частинок оксидів церію, міді, кобальту та нікелю // Друга всеросійська конференція з наноматеріалів «Нано-2007». 13-16 березня 2007 року. Новонких частинок. Для запобігання злипання використовують органічні рідини, в тому числі спирти. Цей дорогий та малопродуктивний спосіб знаходить застосування тільки в лабораторіях і для спеціальних цілей.

Існує метод синтезу нанодисперсного порошку оксиду нікелю осадженням з розчині і, в яких в якості вихідних реагентів використовується нітрат нікелю, а осадителем служить карбонат амонію [А.Г. Білоус, О.З. Янчевський, А.В. Крамаренко. Отримання наноразмернихчастиц оксидів нікелю і кобальту з розчинів // Журнал прикладної хімії, 2006, №3. С.353-357]. Утворилися при термічному розкладанні основних карбонатів частинки оксиду нікелю мають округлу форму з розмірами частинок 5...10 нм.

Наночастинки нікелю синтезують радиционно-хімічним методом зворотних мицеллах [С.В. Горностаєва, O.A. Ревін. Синтез і властивості нано-розмірних частинок нікелю та нанокомпозитів на їх основі // Фізико поверхні і захист матеріалів. 2008. №4. С.400-403]. Для приготування розчину використовують кристалогідрат нітрату нікелю і трідістіллірованную воду. Для отримання обернених міцел в якості поверхнево-активної сполуки використовували розчин біс-(2-этилгексил) і сульфосукцината натрію в изооктане. Адсорбція н�Co). Потужність поглинання дози опромінення за ферросульфатному дозиметру дорівнює 0,26 Гр/с. Злачения дози опромінення - 17,8 кГр. Отримані наночастинки нікелю мають сферичну форму і розміри близько 1...100 нм. Виявлено, що в кисні повітря металеві частинки нікелю окислюються до наночастинок оксиду нікелю (II).

Запропоновано спосіб одержання нанодисперсних частинок оксиду нікелю хімічним відновленням з водних розчинів солей нікелю [А.Л. Новожилов, Г.В. Нарсеева, Л.В. Сєров. Отримання наночастинок нікелю // VII Міжнародна конференція. Кисловодськ - Ставрополь: СевКавГТУ, 2007. - 510 с]. В якості стабілізатора використовують 1% водний розчин полівінілового спирту, в якості відновника застосовують боргидрид натрію. При цьому концентрацію сульфату нікелю варіюють від 0,1 до 0,001 моль/дм3, боргідріда натрію - від 1,0 до 0,01 моль/дм3. Отримана суспензія досить стійка і сохраняемся у зваженому стані більше тижня. Розміри частинок, що знаходяться в цьому розчині, мають середній радіус 280 нм, при великій асиметрії кривої розподіл у бік збільшення розміру частинок.

Порошок нікелю отримують шляхом відновлення з розчинів солей нікелю елементарним фосфором, узятим в активній л. С22И 23/04, 16.03.87, опубл. 15.05.89]. Отримані порошки відрізняються високими феромагнітними властивостями, а також малим насипним вагою.

Відомий спосіб виділення порошку нікелю з відпрацьованих розчинів хімічного нікелювання, включає відновлення його з розчинів гипофосфитом натрію, що відрізняється тим, що з метою зниження вмісту іонів нікелю в розчині до гранично допустимих концентрацій у відходи гальванічних виробництв відновлення нікелю проводять у присутності порошку нікелю при pH 6,5...7,0, температурах 65...70°C та співвідношення вмісту іонів нікелю і гипофосфата натрію 1:5 [а.с. №1673616, кл. C22B 3//44,C22B23/00, 31.05.89, опубл. 30.08.91].

Відомі способи одержання порошку нікелю шляхом відновлення його солей воднем: за способом [Заявка ФРН №2244746, кл. C22B 23/04, опубл. 10.07.75] розчин двухлористого нікелю обробляють газоподібним аміаком або водним розчином аміаку, отриманий осад Ni(NH3)6Cl2відокремлюють фільтруванням, сушать до часткового перетворення в Ni(NH3)2Cl2і відновлюють при 450...1000°C воднем; за способом [Заявка Франції №2227336, кл. C22B23/04, B22A 9/00, опубл. 27.12.75] вихідний розчин солі нікелю обробляють оксалатом лужної метал�p>

Запропоновано спосіб отримання нікелевого порошку методом водневого осадження в автоклаві при підвищеній температурі і тиску [а.с. №1126374, кл. B22F 9/24, C22B23/04, 18.05.82. опубл. 30.11.84]. З метою підвищення активності порошку і здешевлення процесу осадження ведуть з водної пульпи карбонату нікелю з добавкою сульфат-іона в кількості еквівалентній 0,05 моль нікелю на 1 моль карбонату нікелю, а після осадження пульпи вводять інгібітор з відновними властивостями. В якості інгібітора використовують мурашину кислоту в кількості 0,5...2 г на 1 дм3пульпи нікелевого порошку.

2. Фізичні способи

До них належать прийоми, засновані на процеси випаровування та конденсації. Порошки утворюються внаслідок фазового переходу пар - тверде тіло або пар - рідина - тверде тіло в газовому об'ємі або на охолоджуваній поверхні.

Розроблено новий технологічний процес виробництва нанопорошка нікелю в атмосфері різних газів - повітря, аргон, азот, гелій, ксенон. Процес полягає в випаровуванні твердих природних або техногенних вихідних матеріалів з наступним швидким охолодженням високотемпературної пари і конденсацією речовини у вигляді наночастинок [С.П. Бардаханов, А.І. Корчагін, М.К.�орителе електронів при атмосферних умовах // Лаврентьевские читання з математики, механіки та фізики. Новосибірськ, 27-31 травня, 2005 р. http://www.ict.nsc.m/ws/show_abstract.dhtml?ru+120+66]. Останні можуть мати різні розміри від 10 до 500 їм. Процес забезпечує температуру, достатню для випаровування будь-якого матеріалу, при температурі нагріву понад 1000 До/с. Додатковою перевагою є менше число стадій виробництва.

Отримання порошку оксиду нікелю здійснюється також електричним вибухом нікелевої дроту з різними діаметрами і довжиною [Ю.А. Котів, А.В. Багазеев, І.В. Бекетов. Характеристика порошків оксиду нікелю, отриманих електричним вибухом дроту // Журнал технічної фізики. 2005, том 75, вип 10. С.39-41.]. Застосовують розрядний контур з індуктивністю 0,5 мкГн і ємністю батареї конденсаторів 3,2 мкФ. Зарядний напруга змінюють від 10 до 33 кВ. Вибух проводять при нормальному тиску суміші азоту і кисню та зміні концентрації останнього від 10 до 30%. Одержувані частинки мають різноманітну форму як монокристаллической, так і полікристалічної структури з розміром частинок близько 100 нм.

3. Фізико-хімічні методи

До них відносяться процеси випаровування - конденсація з участю хімічних реакцій, електроосадження, сушка - виморожуванням.

Ультрамикродисперсний �proach to the synthesis of ultrafme powders. - J. Vac. Sci. and Techn., 1972. 9. №6. P.1368-1372]. З вихідних матеріалів, зокрема солей металів, готують розчин необхідного складу, який швидко заморожує шляхом розпилення у камеру з кріогенної середовищем (наприклад, з рідким азотом). Потім тиск газового середовища над замороженими гранулами зменшують таким чином, щоб воно було нижче точки рівноваги, що утворився при охолодженні системи, і матеріал нагрівають у вакуумі до сублімації розчинника. Отриманий продукт складається з найтонших пористих гранул однакового складу. Подальша їх обробка залежить від призначення кінцевого порошку. Прожарюванням гранул в повітрі можна одержати оксиди нікелю, відновленням - порошок відповідного металу.

Порошок нікелю отримують електролізом аміачних розчинів сірчанокислого нікелю (вихідним матеріалом є NiSO4·7H2O). Електроліт містить 5...15 г/дм3нікелю (Ni % 75...80 г/дм3сульфату амонію, 2...3 г/дм3сірчаної кислоти, 40...50 г/дм3хлориду амонію і до 200 г/дм3хлориду натрію. Електроліз ведуть при температурі електроліту 35...55°С, щільності струму 1000...3000 А/м2і напрузі на ванні 10...15 Ст. Вихід за струмом становить до 90...94%, а витрата електроенергії око�ія порошків оксидів нікелю електролізом на симетричному змінному струмі (50 Гц), згідно з яким, максимальна швидкість руйнування нікелю - 20 мг/(см2·год) спостерігається у 46% розчині гідроксиду натрію при щільності струму 2,5 А/см, температурі електроліту 70°С [В.В. Коробочкин. Руйнування нікелю і кадмію при електролізі змінним струмом промислової частоти // Известия Томського політехнічного університету. 2003. №1. С.23-24].

Найбільш близьким за технічною сутністю і одержуваного ефекту до заявляється способу є метод отримання оксиду нікелю, описаний в роботі [Є.Ю. Нікіфорова та ін «Розробка електрохімічного способу отримання ультрамикродисперсного порошку оксиду нікелю електролізом на змінному синусоїдальній струмі». Матеріали II Всеросійський науково-інноваційна молодіжна конференція з міжнародною участю «Сучасні твердофазні технології: теорія, практика та інноваційний менеджмент». - Тамбов: Вид-во ГОУ ВПО ТНЕУ, 2010. - С.235-237] (прототип). Спосіб здійснюється термостатируемой клітинці 17 М розчині гідроксиду натрію при частоті струму 20 Гц і напрузі на електродах 4 Ст. Постійну температуру розчину 70°З у клітинці підтримують за допомогою термостата з точністю 0,5°С.

Пропонований нами спосіб отримання ультрамикродисперсного порош�сіда натрію, при частоті струму 20 Гц, температурі 20-30°С і напрузі 4 Ст. Швидкість руйнування нікелевих електродів (освіти ультрамикродисперсного порошку оксиду нікелю) не зменшується в порівнянні з прототипом.

Спосіб здійснюється наступним чином.

Електроліз проводять на змінному синусоїдальній струмі на нікелевих електродах, в комірці об'ємом 200 см3, при щільності струму 2,5 А/см2, частоті струмі 20 Гц і температурі 20-30°С, при напрузі на електродах 4 Ст. Електроди і термометр закріплюють у електроізоляційної кришці, наприклад, фторопластовою або пропіленової. Після закінчення заданого часу процесу електроди витягують з комірки, промивають дистильованою водою і спиртом, а потім зважують на аналітичних вагах. Отриманий порошок відокремлюють фільтруванням, промивають дистильованою водою, висушують і зважують. Швидкість руйнування нікелю і освіти ультрамикродисперсного порошку оксиду нікелю визначають ваговим методом.

Відмінною особливістю заявляється способу є:

- те, що процес електролізу проводять при температурі 20-30°С і напрузі на електродах 4 Ст.

Пропонований спосіб одержання порошку оксиду нікелю ілюструється наступними прЂ в електрохімічній комірці на нікелевих електродах. Температура вихідного розчину становить 20°C, напруга на електродах становить 4 Ст. Швидкість руйнування нікелю визначають ваговим методом. Поверхнева швидкість руйнування нікелю становить 75 мг/(см2·год).

Приклад 2

Електроліз у 17 М розчині гідроксиду натрію, при накладенні змінного струму, проводять в електрохімічній комірці на нікелевих електродах. Температура вихідного розчину становить 25°C, напрузі на електродах становить 4 Ст. Швидкість руйнування нікелю визначають ваговим методом. Поверхнева швидкість руйнування нікелю становить 75 мг/(см2·год).

Приклад 3

Електроліз у 17 М розчині гідроксиду натрію, при накладенні змінного струму, проводять в електрохімічній комірці на нікелевих електродах. Температура вихідного розчину становить 30°C, напруга на електродах становить 4 Ст. Швидкість руйнування нікелю визначають ваговим методом. Поверхнева швидкість руйнування нікелю становить 75 мг/(см2·год).

Спосіб отримання ультрамикродисперсного порошку оксиду нікелю в 17 М розчині гідроксиду натрію електролізом на змінному синусоїдальній струмі частотою 20 Гц з нікелевими електродами, відрізняється тим, що процес електролізу прово�

 

Схожі патенти:

Катод електролізера для одержання металевих порошків

Винахід відноситься до порошкової металургії, пристроїв для одержання металевих порошків електролізом, а саме до катода електролізера, який може бути використаний у виробництві композиційних матеріалів, наприклад паст, лаків, фарб, клеїв, компаундів з електро - і теплопровідними властивостями
Винахід відноситься до способу отримання ультрамикродисперсного порошку оксиду нікелю з нікелевих електродів

Спосіб одержання електролітичних порошків металів

Винахід відноситься до способу одержання електролітичних порошків металів електролізом з водного розчину, що містить сіль відповідного металу і буферні добавки

Спосіб отримання металевого порошку

Винахід відноситься до електролітичного отримання дрібнодисперсних металевих порошків, які можуть бути використані в якості каталізаторів або фільтруючих матеріалів
Винахід відноситься до отримання наночастинок міді, які можуть бути використані в якості біоцидного компонента в медицині, ветеринарії
Винахід відноситься до отримання наночастинок металів, які можуть бути використані в якості біоцидного компонента в медицині, ветеринарії, біотехнології, наноелектроніці
Винахід відноситься до порошкової металургії, зокрема одержання електролітичних порошків

Спосіб отримання срібного порошку і срібний порошок (варіанти), отриманий зазначеним способом

Винахід відноситься до порошкової металургії, зокрема до срібних порошків для електродів хімічних джерел струму та металокерамічних контактів та способу їх отримання
Винахід відноситься до способів одержання наночастинок сплаву платинових металів з залізом
Винахід відноситься до способу електрохімічної переробки відходів жароміцних нікелевих сплавів, що містять реній, вольфрам, тантал та інші цінні метали, що входять до складу перероблюваної сплаву

Спосіб утилізації відпрацьованого розчину хімічного нікелювання

Винахід відноситься до способу утилізації відпрацьованих технологічних розчинів, зокрема розчинів хімічного нікелювання, і може бути використане для утилізації відпрацьованих розчинів, що містять в якості лігандів для іонів нікелю карбонові кислоти та їх похідні
Винахід відноситься до способу електрохімічної переробки металевих відходів жароміцних нікелевих сплавів, що містять реній

Спосіб электроизвлечения компактного нікелю

Винахід відноситься до металургії, зокрема до способів электроизвлечения компактного нікелю

Анодна осередок для электровиделения кольорових металів

Винахід відноситься до конструкцій диафрагменних комірок для електролітичного вилучення нікелю з водних розчинів, зокрема до анодної комірці

Спосіб отримання електролітного нікелю

Винахід відноситься до галузі кольорової металургії, зокрема до отримання катодного нікелю з сульфідного мідно-нікелевого сировини
Винахід відноситься до галузі металургії і може бути використане в процесах, пов'язаних з електролітичним рафінуванням нікелю для поповнення його дефіциту в розчині, а також для одержання солей нікелю

Спосіб виготовлення діафрагмового елемента комірки для електролітичного вилучення металів з водних розчинів і діафрагмовий елемент

Винахід відноситься до галузі металургії, більш конкретно до металургії важких кольорових металів і, зокрема до способів виготовлення конструктивних елементів диафрагменних осередків, які використовуються в процесі електролітичного вилучення металів із водних розчинів, наприклад, нікелю, кобальту і інших металів

Спосіб електролітичного отримання нікелю

Винахід відноситься до галузі кольорової металургії, зокрема до електролітичного отримання нікелю

Спосіб компенсації дефіциту нікелю при електролітичному рафінуванні

Винахід відноситься до гідрометалургії важких кольорових металів і може бути використане при електролітичному рафінуванні нікелю для усунення дефіциту нікелю в електроліті

Електролізер для отримання водню і кисню з води

Винахід відноситься до пристроїв для отримання водню і кисню електролізом води. Електролізер включає корпус, розміщені в ньому послідовно з'єднані між собою комірки, що складаються з катода, анода, розміщеної між ними газозапорной мембрани, насоси для циркуляції лужного електроліту, ємності з лужним електролітом, систему подачі води, пристрій для відділення кисню від парів води і лугу і пристрій для відділення водню від парів води і лугу. Анод кожній з комірок виконаний у вигляді труби з сітчастого матеріалу, а катод - у вигляді порожнистого циліндра з пористого гидрофобизированного матеріалу. Причому анод і катод кожній з комірок розміщені впритул до газозапорной мембрани з утворенням катодного газової порожнини між зовнішньою стороною катодів і корпусом, з'єднаної з ємністю гідрозатвори, ємністю лужного електроліту та пристроєм для відділення водню від парів води і лугу. Клітинки з'єднані анодними порожнинами з теплообмінником і з ємністю лужного електроліту, яка, в свою чергу, з'єднана з пристроєм для відділення кисню від парів води і лугу та системою подачі води. Винахід забезпечує зниження споживаної потужності, підвищення
Up!