NiO/γ-Al2O3复合粉体的制备及表征*

韦 薇，王志英

(楚雄师范学院化学与生命科学学院，云南 楚雄 675000)

NiO/γ-Al2O3复合粉体的制备及表征*

韦 薇，王志英

(楚雄师范学院化学与生命科学学院，云南 楚雄 675000)

单纯的NiO在高温下容易发生烧结、颗粒长大，导致比表面积减小，催化剂寿命降低，为改良NiO的抗高温性能以Ni(NO3)3·6H2O、Al(NO3)3·9H2O和NH3·H2O为原料，采用正、反向化学沉淀法制备NiO/γ-Al2O3复合粉体，用XRD考察粉体的相结构。结果表明：NiO/γ-Al2O3复合粉体为立方晶相。

NiO/γ-Al2O3； 复合粉体；化学沉淀法

氧化镍是典型的氧化反应催化剂，它在甲烷部分氧化制合成气以镍基催化剂替代贵金属催化剂，已取得较好的结果。同时氧化镍是一种极有前途的功能材料，已被广泛用于生产电池电极、催化剂、半导体材料、气体传感器材料、镍锌铁氧体、玻璃染色剂及陶瓷添加剂等方面。目前，世界各国对氧化镍的研究主要包括制备、微观结构、宏观性能和应用等方面。其中，制备技术是关键，因为制备工艺和工程的研究与控制对微观结构和宏观性能具有重要的影响[1～2]。

NiO的常用制备方法主要有固相法、化学沉淀法及离子交换树脂法等，其中，化学沉淀法最具有工艺应用前景，但团聚问题是制备工艺中的最大难题[3]。要得到超细的氧化镍粉体主要采取化学法，如溶胶一凝胶法、微乳液法、直接沉淀法、均匀沉淀法等。化学法中沉淀剂主要是氢氧化钠、碳酸或碳酸氢盐、草酸盐。沉淀剂对最终NiO粉体的粒子大小和聚结状态有重要影响[4]。

有研究表明，当沉淀剂是碳酸盐时，NiO催化剂具有较大的比表面，且具有较小的粒径，但是容易团聚；以尿素为沉淀剂制备的催化剂比表面积次之，粒径较小且均一，不易团聚；而沉淀剂是氢氧化物的催化剂的比表面较小，粒子的粒径较大。根据催化剂的比表面积越大，粒子尺寸越小，催化剂的性能越佳，反之，则催化剂的性能越差，可以设想用较简单的沉淀法制备NiO催化剂时，沉淀剂为尿素时效果最佳[5]。

为克服化学沉淀法中的团聚问题，本课题以PEG-2000作为分散剂，拟采用正反向化学沉淀法(将沉淀剂加入到金属盐溶液中或将金属盐溶液加入到沉淀剂中)得到NiO粉体，再复载到γ-Al2O3上，以尿素作为沉淀剂，用热的去离子水洗涤，烘干后得到前躯体，前躯体经不同温度焙烧后，用XRD考察NiO/γ-Al2O3复合载体的相结构情况。

1.实验部分

1.1实验试剂和仪器

1.1.1试剂

硝酸镍(Ni(NO3)3·6H2O，AR)，北京化学试剂公司；硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O,AR)，广州化学试剂公司；氨水(NH3·H2O，AR)，聚乙二醇(PEG-2000)，中国医药集团上海化学试剂公司；尿素CO(NH2)2。

1.1.2XRD表征

采用日本理学D/max-2000型衍射仪，Cu靶辐射、管电压35kV，管电流30mA，DS=SS=1°，RS=0.3mm进行测定。

1.2实验方法

1.2.1制备扩孔γ-Al2O3粉体[6]

将Al(NO3)3·9H2O溶于蒸馏水配制成0.2mol/L的溶液，以一定速率滴加10%的NH3·H2O，控制pH=9～10，加入适量PEG-2000，用电动搅拌机搅拌2h，密闭陈化24h后抽滤，将所得溶胶干燥2h，用玛瑙研钵研细后在900℃下焙烧4h，即可制得纳米γ-Al2O3粉体。

1.2.2NiO/γ-Al2O3复合载体的制备[7]

将Ni(NO3)2·6H2O溶于蒸馏水配成一定浓度的溶液，置于60～65℃的恒温水浴中，加入适量扩孔处理的γ-Al2O3粉体和PEG-2000(聚乙二醇),在电动搅拌机以400r/min的转速下边搅拌边将混合液加入沉淀剂尿素CO(NH2)2，反应过程控制溶液pH=8.0～8.4，滴加完毕后继续恒温搅拌0.5h，然后过滤，用热的去离子水洗涤3次，于烘箱内于80℃烘8h，即可得氧化亚镍前驱体粉末样品。再将他们置于马弗炉中，在350℃、400℃下焙烧2h,保温1h,即可得到NiO/γ-Al2O复合粉体，标记为NA反。

同样，按上述方法，边搅拌边将尿素CO(NH2)2以一定速率滴加到该混合液中，制得NiO/γ-Al2O复合粉体，标记为NA正。

2.结果与讨论

2.1不同制备方法对粒子大小的影响

图1为γ-Al2O3粉体在900℃下焙烧的XRD图谱，2θ角分别在37.249°，43.276°，62.879°，75.416°，79.409°处有特征衍射峰。由XRD图谱可知，所得γ-Al2O3粉体的晶型为γ相结构。图2为正、反向化学沉淀法制备的NiO/γ-Al2O3纳米复合粉体在350℃下焙烧的XRD图谱，在图中均看不到γ-Al2O3的主要衍射峰，说明NiO已很好的分散到γ-Al2O3中，这是由于Al3+完全发生置换变为固溶体，剩余的Al3+大部分以非晶态形式存在，少量的以间隙固溶状态存在。从图2还可以看出，NiO衍射峰位置与标准立方晶系的NiO衍射图谱(JCPDS卡片号47-1049)所列出的2θ衍射角基本一致[2]，说明正、反向化学沉淀法制备的NiO/γ-Al2O3复合粉体均为立方晶系结构。

图1 γ-Al2O3 粉体在900℃下焙烧的XRD图

图2 正反向化学沉淀法制备的NiO/γ-Al2O3复合粉体在350℃焙烧后的XRD图

2.2不同焙烧温度对产品晶相的影响

图3为反向化学沉淀法制备的NiO/γ-Al2O3纳米复合粉体在350℃、600℃不同温度下焙烧后的XRD图谱。图3表明，在相同实验条件下，当焙烧温度为350℃、600℃时，所得到的NiO/γ-Al2O3纳米复合粉体中NiO的晶型结构相同，从图中还可以看出随着焙烧温度的升高，衍射峰至下而上依次变强，600℃时峰形变得很尖锐，半峰宽变窄，说明晶体的完整性变好。但随着温度升高，半高宽边窄，也可能带来粉体比表面积下降。

图3 不同温度下焙烧反向化学沉淀法制备的NiO/γ-Al2O3 复合载体XRD图

Fig.3XRDpatternsofNiO/γ-Al2O3powdersbyreversechemicalprecipitatingobtainedatvarioustemperatures:A∶350℃B∶600℃

2.3表面活性剂(PEG-2000)的作用

在化学沉淀法工艺中，从沉淀的形成到沉淀的洗涤、干燥和焙烧，每个阶段均会产生颗粒团聚，为了减少沉淀形成过程中引起的团聚，常常通过加入表面活性剂来控制前驱体的张力和晶粒生长过程。由于沉淀过程中PEG大分子吸附在沉淀粒子的表面，削弱了粒子间的吸引力，大大减少了粒子相互靠近的可能性，从而防止在随后的胶体干燥和焙烧过程中团聚的现象[8]。

3.结论

3.1用正、反向化学沉淀法制备的NiO/γ-Al2O3复合粉体，其XRD图谱表明均为立方晶相。

3.2经不同温度焙烧的NiO/γ-Al2O3复合粉体，其XRD图谱表明，随焙烧温度升高NiO/γ-Al2O3复合粉体的晶相不变化，但半峰宽变窄，说明温度升高，比表面积可能降低。

[1]华玉山,李荣春.不同沉淀剂制备纳米氧化镍催化剂的比较研究[J].科技信息,2009,(16):459—460.

[2]何则强,孙新阳,熊利芝,等.均匀沉淀法制备NiO超细粉末及其电化学性能[J].中国有色金属学报,2008,18(01):301—305.

[3]吴春艳,刘胜锋,吴飞,等.纳米NiO超细粉的软化学合成[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2003,26(03):404—406.

[4]冯耀华,朱福良,张锋.纳米NiO多种制备方法及表征[J].有色金属(冶炼部分),2007,(06)：46—49.

[5]郭学益,黄凯,张多默,等.尿素均相沉淀法制备均分散氧化亚镍粉末(I)——前驱体的制备研究[J].中南工业大学学报,1999,30(3):255—259.

[6]李凝,罗来涛,欧阳燕,等.纳米Zr02/γ-Al2O3复合载体及Ni/Zr02/γ-Al2O3催化性的研究[J].北京理工大学学报,2005,1(01):81—86.

[7]韦薇.焙烧过程中Ni盐对ZrO2晶型和比表面的影响[J].天然气化工(C1化学与化工),1995,(03):1—4.

[8]李玲.表面活性剂与纳米技术[M].北京:化学工业出版社,2003.6—8.

(责任编辑 徐成东)

Improvement and Crystal Characterization of NiO /γ-Al2O3Compound Powders

WEI Wei & WANG Zhiying

(SchoolofChemistryandLifeScience,ChuxiongNormalUniversity,Chuxiong, 675000,YunnanProvince)

Pure NiO under high temperature condition, easy occur agglomeration and grains growing bigger. It lead to the size of surface decrease and the lifespan of catalyst become lower. In order to improve the ability of NiO to resist the high temperature condition, uses Ni (NO3)3.6H2O, Al(NO3)3·9H2O and NH3·H2O. these materials are used with Forward chemical precipitating method and Reverse chemical precipitating to make NiO/γ-Al2O3nanometre compound powder, then uses XRD to inspect the structure of the powder.The result shows that: NiO/γ-Al2O3nanometre compound powder consist of cube-crystallizes.

NiO/γ-Al2O3 ;compound powder; chemical precipitating method

2015 - 03 - 2 0

韦 薇(1960—),女，教授，研究方向：环境化学。

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1671 - 7406(2015)06 - 0009 - 04