[發明專利]一種鈷納米顆粒的制備方法

無效

• 申請號: 201110453159.5
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102554256A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 李健子;徐鍵;周敏;董建峰;徐清波
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B82Y40/00
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明

技術領域

本發明涉及金屬納米顆粒的制備，具體涉及一種鈷納米顆粒的制備方法。

背景技術

鈷納米顆粒為一種納米功能金屬材料，具有一系列獨特的物理化學性質，在催化劑、電池材料及硬質合金粘結劑、新型光傳感器材料等眾多領域都有廣泛的應用前景。鈷粉作為粉末冶金中的粘結劑能保證硬質合金有一定的韌性，用納米?WC-?Co?粉體燒結制備的微型鉆頭，在加工印刷電路板時是普通硬質合金鉆頭壽命的3?～?4倍，不銹鋼鉆頭的50倍，最佳切削速度提高?0.98?～?2.74?倍，并且抗破損性顯著提高。以納米鈷制成的復合催化劑可使有機物加氫或脫氫反應的效率比傳統鈷催化劑提高十倍。超細納米鈷硬質合金及其涂層刀具、工模具已顯示出在現代高速切削、少用或不用冷卻液切削、高溫合金、鈦合金、噴涂材料、淬火鋼加工等難加工材料領域的明顯優勢，被逐步應用于現代制造業的各個領域如印刷電路板微鉆、高效精密切削刀具、精密模具、高耐磨零件等領域。目前我國主要用草酸鹽沉淀-煅燒-氫還原法生產鈷粉，該方法得到的鈷粉粒度一般為1.0?～?3.0?um，形態呈樹枝狀且粒度分布不均勻，容易伴有夾粗現象，迄今，我國尚不能工業生產平均粒度?0.5um以下的超細球形鈷粉。作為世界上最大的鈷生產商，美國OMG公司和比利時UM公司主要采用：熱分解法、氧化物還原法和高壓氫還原法三種納米鈷粉制備工藝，這三種方法對設備要求都很嚴格，尺寸也不容易控制。化學溶液法由于所需設備簡單、原料低廉，而且反應條件要求低，可以大大降低生產成本，如公開號為CN1923415的發明專利，就公開了以水合肼為還原劑，十六烷基三甲基溴化銨為分散穩定劑，在90-200°C、大于1個大氣壓下與鈷鹽水溶液進行反應，得到片狀鈷納米顆粒，此方法得到的鈷納米顆粒平均粒徑較大，一般都為幾十鈉米，還原劑的水合肼毒性較大，影響健康。北京科技大學王志遠等報道了以CoCl₂^.6H₂O為原料，以NaBH₄為還原劑，以三乙醇胺和PVP為絡合劑，在無水乙醇中合成了鈷納米顆粒的研究，此方法得到的鈷納米顆粒平均粒徑也大于10nm，易產生鈷的硼化物，還原劑NaBH₄毒性也較大，生產成本較高，制備過程也較復雜。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種工藝簡單、成本較低、毒性少、得到的鈷納米顆粒平均粒徑不大于10nm、分散性好的鈷納米顆粒的制備方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種鈷納米顆粒的制備方法，由下述步驟組成：

A、將硝酸鈷溶于無水乙醇或無水甲醇或無水丙醇中，攪拌至硝酸鈷完全溶解，配成硝酸鈷濃度為0.1?~?0.6g/L的硝酸鈷溶液待用；

B、將低分子醇胺溶于無水乙醇或無水甲醇或無水丙醇中，攪拌至醇胺完全溶解，配成低分子醇胺濃度為1?~?9g/L的醇胺溶液待用，所述低分子醇胺為乙醇胺~戊醇胺；

C、將乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于無水乙醇或無水甲醇或無水丙醇中，攪拌至乙烯吡咯烷酮完全溶解，配成乙烯吡咯烷酮濃度為1?~?9g/L的乙烯吡咯烷酮溶液待用；

D、將所述硝酸鈷溶液、醇胺溶液、乙烯吡咯烷酮溶液按體積比2~6：1：1均勻混合為反應液，在60~80°C溫度條件下，攪拌反應至反應液的顏色變成穩定的暗黃色，然后攪拌下自然冷卻至室溫，得到鈷納米顆粒膠體溶液；

E、將所述鈷納米顆粒膠體溶液濃縮干燥，得到球狀鈷納米顆粒。

所述低分子醇胺為乙醇胺。低分子醇胺作為還原劑，尤其是乙醇胺，毒性很少，省去了以素性較大NaBH₄，簡化了生產工藝，節約了生產成本，且對硝酸鈷還原效果好，生成的鈷粉分散性好，為球狀，粒度細，且生產中。

步驟A中所述硝酸鈷溶液中硝酸鈷濃度為0.4g/L，步驟B中所述醇胺溶液中低分子醇胺濃度為6g/L，步驟C中所述乙烯吡咯烷酮溶液中乙烯吡咯烷酮濃度為4g/L，步驟D中，所述硝酸鈷溶液、醇胺溶液、乙烯吡咯烷酮溶液的體積比5：1：1。

與現有技術相比，本發明的優點在于一種鈷納米顆粒的制備方法，以硝酸鈷為原料，以低分子醇胺為還原劑，以乙烯吡咯烷酮為表面活性劑和穩定劑，以無水乙醇或無水甲醇或無水丙醇為溶劑，分別溶解后混合均勻，在60~80°C溫度條件下，攪拌反應至反應液的顏色變成穩定的暗黃色，自然冷卻至室溫，再濃縮干燥，得到球狀鈷納米顆粒。本發明的方法生產中毒性很少，生產溫度較低，生產工藝簡單，設備簡單，生產成本較低，得到的鈷納米顆粒呈球狀，分散性好，平均粒徑不大于10nm。