碳酸镍沉淀过程的研究以及介孔氧化镍的制备

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1、万方数据第27卷第8期2008年8月电子元件与材料ELECTRONICCOMPONENTSANDMATERIALS、b1．27No．8Aug．2008碳酸镍沉淀过程的研究以及介孔氧化镍的制备刘防，张昭(四川大学化工学院，四川成都610065)摘要：碳酸镍和氧化镍是重要的无机精细化学品，在化学、冶金、电子和能源等领域有广泛的应用。首先从碳酸镍沉淀过程的热力学分析出发，研究阴离子(so：’，cr)对碳酸镍沉淀过程的影响。活度系数反映了电解质溶液中阳、阴离子之间和离子与溶剂之间微观作用程度的大小。笔者采用Meissner半经验模型计算了碳酸镍在不同条件下水溶液中的活度系数，并进一步估算了碳酸镍

2、在其中的溶解度大小。估算结果表明，与氯化钠溶液体系相比，碳酸镍在硫酸钠溶液体系中的活度系数较小，因而溶解度较大。为了提高计算置信度。还采用了Brornley模型和Pitzer模型对相应体系的活度系数进行估算，计算结果与Meissner半经验模型的结果非常接近。实验测量了各溶液的表面张力和溶液在碳酸镍表面的润湿角。结果表明，碳酸镍在硫酸钠溶液体系中的固一液界面张力较大，微小晶粒在硫酸钠溶液体系中的溶解度也较大。以上结果表明，碳酸镍在硫酸钠溶液体系中较难析出结晶。在氯化钠溶液体系中则相对容易些。还从结晶动力学方面，研究了上述两种阴离子对碳酸镍沉淀的影响。在相同条件下，反应物为硫酸镍时的过饱和

3、度小于氯化镍。用GlaSstone模型计算了Ni2+和co；。在不同阴离子溶液体系中的扩散系数。结果表明：Ni2+和co；’在cr体系中的扩散系数比在so：‘体系中大，说明其传质更快。soj’体系中，碳酸镍的扩散系数较小，过饱和度较小，应用相关结晶动力学公式阐明碳酸镍在其中的成核诱导期更长。因此，碳酸镍在soi’体系中的成核和生长速率都小于Cl一体系。结晶动力学实验结果表明，碳酸镍沉淀反应是一级反应，反应速率常数约为O．02IIlin-l。在上述理论的指导下，对碳酸镍沉淀工艺进行了研究。考察了镍盐选择、加料方式、pH值控制、反应温度和陈化条件对碳酸镍产物纯度、粒度、形貌和转化率等方面的影

4、响。以工业电解镍液为镍源，碳酸钠为沉淀剂，在最佳反应条件下可以得到镍含量5l％左右，平均粒径约17LLm的碱式碳酸镍，镍的转化率可达99．5％。以创新的洗涤一干燥一二次洗涤一二次干燥过程对碳酸镍沉淀进行深度除杂，产品碳酸镍中钠、Cl-的质量分数均不超过o．ol％，w(so：。)不超过o．1％。以stem双电层模型阐述了Na+、cl一在碳酸镍固体表面吸附的机理。采用材料计算机模拟技术，从分子原子尺度研究了soi。、cl一两种阴离子在碳酸镍表面的影响情况。首先对晶胞结构进行优化，模拟得到的碳酸镍晶胞参数与文献值非常接近。创建碳酸镍晶面，对5个主要的晶面进行模拟，分别是(104)、(100)、

5、(110)、(001)和(101)晶面。so：。与表面co；。发生取代作用，在表面形成稳定的结构。cl一在表面吸附，对表面的影响不如s042-那样强烈。soi‘、cl一杂质阴离子的引入使碳酸镍各晶面的生长速率明显下降，其中，soj’作用表面的生长速率低于cl’作用表面。对于干燥、水化、阴离子作用的各情况下的碳酸镍晶体，(104)晶面均是平衡形貌的主要显露面。最后，以制备高纯度碳酸镍的工艺为基础，通过在镍源中添加模板剂制各前驱体，然后加热煅烧制备了具有介孔结构的氧化镍。实验结果表明：以阴离子型表面活性剂SDS为模板剂的氧化镍产物的比表面积，远大于以阳离子型表面活性剂CTAB和非离子型表面活

6、性剂ODA为模板剂的产物，结合电渗析现象，认为无机前驱物与模板剂SDS之间以静电力相互作用。前驱体经煅烧后，产物中基本无表面活性剂残留。在较低的模板剂用量(，(SDS：Ni)小于0．1：1．0)条件下，得到了比表面积大于200m2·矿1、具有H3型介孔结构的氧化镍，孔径分布主要在2—10nm，且具有较好的热稳定性。关键词：无机非金属材料：碳酸镍；理论分析；工艺研究；计算机模拟；介孔氧化镍中图分类号：TQll0．6文献标识码：A文章编号：1001．2028(2008)08．0072—02收稿日期：2008．06．17通讯作者：刘防基金项目：国家自然科学基金资助项目(ND．50474071)

7、作者简介：张昭(1947一)。女．广东梅县人，教授．博士，主要从事材料新工艺与功能材料的研究。Tcl：(028)85405322：Bmail：zzhang@scu．edu．cn：刘防(198l一)，女．四川鄙江堰人，懈士．研究方向为化工新技术与新工艺开发。Tel：(028)85405213：E．mail：∞wbomsun—xx@yahoo．comIcn。万方数据第27卷第8期刘叻等：碳酸镍沉淀过程的研究以及介孔氧化镍的制备73Stu