花状氢氧化镍的水热合成工艺研究

2019-07-05姜晓庆彭淑静蒙柳羽伊红莹

山东化工 2019年12期

姜晓庆，彭淑静，蒙柳羽，伊红莹，徐楠

(辽宁工业大学化学与环境工程学院,辽宁锦州 121001)

半导体光催化氧化法处理染料有机废水，具有处理效率高、工艺设备简单、操作条件易控制、无二次污染等突出优点，为有机废水的工业化处理提供了新思路和新途径，在有机染料废水治理方面有着广泛的应用前景[1-2]。NiO作为一种p型半导体材料，具有良好的光催化活性，适合选作光催化的催化剂[3]。NiO一般都是通过Ni(OH)2加热分解得到的。基于热分解产物NiO粉体对前驱体Ni(OH)2的形貌和粒度具有"继承性"这一特点，有必要对Ni(OH)2粉体制备中的形貌与粒度进行有效地控制。本文采用水热合成法制备Ni(OH)2粉体，通过电子扫描显微镜(SEM)、激光粒度仪和X-射线衍射仪(XRD)对Ni(OH)2粉体进行对粉体的形貌、粒度和结构进行了研究。

1 实验部分

1.1 Ni(OH)2粉体的制备与NiO光催化剂的制备

采用六水合氯化镍、尿素、氨水和蒸馏水为主要原料。采用水热合成法制备Ni(OH)2粉体。将质量分数为9%的氨水逐滴加入到0.8 mol/L的氯化镍和2 mol/L尿素的混合溶液中，强烈搅拌，形成淡蓝色透明溶液。将溶液注入到聚四氟乙烯反应釜中，并将高压反应釜密封放置在一定温度的恒温箱里反应12 h，自然冷却至室温后，洗涤，抽滤，将抽滤后的产物在120 ℃下干燥3 h，得到所需的氢氧化镍粉体。

1.2 表征方法

通过扫描电子显微镜、激光粒度仪、和X-射线衍射仪表征Ni(OH)2粉体的形貌、粒度和结构。

2 结果与讨论

2.1 Ni(OH)2粉体的形貌分析

图1是不同反应温度下的Ni(OH)2粉体的SEM图。从图中可以看出，当反应温度为100 ℃时，氢氧化镍粉体的花状结构较为松散，片状结构也不明显；当反应温度上升到120 ℃时，氢氧化镍的花状结构明显，花片之间松散，互相独立，无团聚现象；当反应温度为140 ℃时，粉体呈花状微球结构，出现零星的碎片，微球大小不均；而当反应温度为160 ℃时，大量花状微球结构消失，彼此相互团聚。其原因可能是温度过低时，Ni2+离子的结晶和生长速率较慢，而当温度升高后，体系中Ni2+离子与OH-离子与晶面表面接触机率增加，加快了晶体表面附近离子的运动速度，小晶粒逐渐溶解，大晶粒不断生长，晶体各个方向的同步生长，有利于微球状颗粒的形成[4]。而当反应温度过高时，反应速度增加的同时，成核速率也增加，形成更多的小颗粒，导致氢氧化镍的晶粒尺寸大小不均，容易发生团聚生长现象。

2.2 铁掺杂二氧化钛纳米棒阵列的形貌分析

图2是Ni(OH)2粉体的粒度分析图。由图中可知，当反应温度为100 ℃时，粒径范围为(0～212 μm)，峰值粒径约为18 μm，平均粒径为22.21 μm，粒度跨度较大。当反应温度为120 ℃时，Ni(OH)2粉末的粒度分布已有了明显的改善，制备的Ni(OH)2粉体粒度分布呈现正态分布，粒径范围为(0～207 μm)，Ni(OH)2粉体粒度分布较为集中，峰值粒径约为45 μm，平均粒径为40.58 μm。随着反应温度的升高，粒径分布再次较差。这可能是由于反应温度过高促进了二次形核的发生，形成更多的小颗粒，粉体颗粒尺寸大小不均造成的[4]。

图1 不同反应温度下Ni(OH)2粉体的SEM图

图2 Ni(OH)2粉体的粒度分布图谱

2.3 Ni(OH)2粉体的物相分析

图3是Ni(OH)2粉体的物相分析图。由图可知，2θ对应于19°、33°、38°、52°、59°、62°、71°、73°处出现了衍射峰，上述衍射峰分别与Ni(OH)2标准卡(JCPDS卡：No.14-0117)的(001)、(100)、(101)、(102)、(110)、(111)、(200)、(201)晶面指数相对应。可见，制备的Ni(OH)2粉体是β晶型Ni(OH)2，当温度上升到160 ℃时，粉体的衍射图谱中2θ对应于16°处出现明显的杂相峰，杂相峰与Ni3N(JCPDS卡:No.89-5144)相一致，可能是Ni(OH)2高温下发生了相变或分解，因此反应温度过高会对Ni(OH)2相的纯度产生不利影响[5]。