花狀氫氧化鎳的水熱合成工藝研究

姜曉慶，彭淑靜，蒙柳羽，伊紅瑩，徐 楠

(遼寧工業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,遼寧 錦州 121001)

半導(dǎo)體光催化氧化法處理染料有機(jī)廢水，具有處理效率高、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、操作條件易控制、無(wú)二次污染等突出優(yōu)點(diǎn)，為有機(jī)廢水的工業(yè)化處理提供了新思路和新途徑，在有機(jī)染料廢水治理方面有著廣泛的應(yīng)用前景[1-2]。NiO作為一種p型半導(dǎo)體材料，具有良好的光催化活性，適合選作光催化的催化劑[3]。NiO一般都是通過Ni(OH)2加熱分解得到的?；跓岱纸猱a(chǎn)物NiO粉體對(duì)前驅(qū)體Ni(OH)2的形貌和粒度具有"繼承性"這一特點(diǎn)，有必要對(duì)Ni(OH)2粉體制備中的形貌與粒度進(jìn)行有效地控制。本文采用水熱合成法制備Ni(OH)2粉體，通過電子掃描顯微鏡(SEM)、激光粒度儀和X-射線衍射儀(XRD)對(duì)Ni(OH)2粉體進(jìn)行對(duì)粉體的形貌、粒度和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 Ni(OH)2粉體的制備與NiO光催化劑的制備

采用六水合氯化鎳、尿素、氨水和蒸餾水為主要原料。采用水熱合成法制備Ni(OH)2粉體。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%的氨水逐滴加入到0.8 mol/L的氯化鎳和2 mol/L尿素的混合溶液中，強(qiáng)烈攪拌，形成淡藍(lán)色透明溶液。將溶液注入到聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，并將高壓反應(yīng)釜密封放置在一定溫度的恒溫箱里反應(yīng)12 h，自然冷卻至室溫后，洗滌，抽濾，將抽濾后的產(chǎn)物在120 ℃下干燥3 h，得到所需的氫氧化鎳粉體。

1.2 表征方法

通過掃描電子顯微鏡、激光粒度儀、和X-射線衍射儀表征Ni(OH)2粉體的形貌、粒度和結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與討論

2.1 Ni(OH)2粉體的形貌分析

圖1是不同反應(yīng)溫度下的Ni(OH)2粉體的SEM圖。從圖中可以看出，當(dāng)反應(yīng)溫度為100 ℃時(shí)，氫氧化鎳粉體的花狀結(jié)構(gòu)較為松散，片狀結(jié)構(gòu)也不明顯；當(dāng)反應(yīng)溫度上升到120 ℃時(shí)，氫氧化鎳的花狀結(jié)構(gòu)明顯，花片之間松散，互相獨(dú)立，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象；當(dāng)反應(yīng)溫度為140 ℃時(shí)，粉體呈花狀微球結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)零星的碎片，微球大小不均；而當(dāng)反應(yīng)溫度為160 ℃時(shí)，大量花狀微球結(jié)構(gòu)消失，彼此相互團(tuán)聚。其原因可能是溫度過低時(shí)，Ni2+離子的結(jié)晶和生長(zhǎng)速率較慢，而當(dāng)溫度升高后，體系中Ni2+離子與OH-離子與晶面表面接觸機(jī)率增加，加快了晶體表面附近離子的運(yùn)動(dòng)速度，小晶粒逐漸溶解，大晶粒不斷生長(zhǎng)，晶體各個(gè)方向的同步生長(zhǎng)，有利于微球狀顆粒的形成[4]。而當(dāng)反應(yīng)溫度過高時(shí)，反應(yīng)速度增加的同時(shí)，成核速率也增加，形成更多的小顆粒，導(dǎo)致氫氧化鎳的晶粒尺寸大小不均，容易發(fā)生團(tuán)聚生長(zhǎng)現(xiàn)象。

2.2 鐵摻雜二氧化鈦納米棒陣列的形貌分析

圖2是Ni(OH)2粉體的粒度分析圖。由圖中可知，當(dāng)反應(yīng)溫度為100 ℃時(shí)，粒徑范圍為(0～212 μm)，峰值粒徑約為18 μm，平均粒徑為22.21 μm，粒度跨度較大。當(dāng)反應(yīng)溫度為120 ℃時(shí)，Ni(OH)2粉末的粒度分布已有了明顯的改善，制備的Ni(OH)2粉體粒度分布呈現(xiàn)正態(tài)分布，粒徑范圍為(0～207 μm)，Ni(OH)2粉體粒度分布較為集中，峰值粒徑約為45 μm，平均粒徑為40.58 μm。隨著反應(yīng)溫度的升高，粒徑分布再次較差。這可能是由于反應(yīng)溫度過高促進(jìn)了二次形核的發(fā)生，形成更多的小顆粒，粉體顆粒尺寸大小不均造成的[4]。

圖1 不同反應(yīng)溫度下Ni(OH)2粉體的SEM圖

圖2 Ni(OH)2粉體的粒度分布圖譜

2.3 Ni(OH)2粉體的物相分析

圖3是Ni(OH)2粉體的物相分析圖。由圖可知，2θ對(duì)應(yīng)于19°、33°、38°、52°、59°、62°、71°、73°處出現(xiàn)了衍射峰，上述衍射峰分別與Ni(OH)2標(biāo)準(zhǔn)卡(JCPDS卡：No.14-0117)的(001)、(100)、(101)、(102)、(110)、(111)、(200)、(201)晶面指數(shù)相對(duì)應(yīng)?？梢?，制備的Ni(OH)2粉體是β晶型Ni(OH)2，當(dāng)溫度上升到160 ℃時(shí)，粉體的衍射圖譜中2θ對(duì)應(yīng)于16°處出現(xiàn)明顯的雜相峰，雜相峰與Ni3N(JCPDS卡:No.89-5144)相一致，可能是Ni(OH)2高溫下發(fā)生了相變或分解，因此反應(yīng)溫度過高會(huì)對(duì)Ni(OH)2相的純度產(chǎn)生不利影響[5]。

圖3 Ni(OH)2粉體的物相分析圖譜

3 結(jié)論

(1)SEM和粒度檢測(cè)結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)溫度為120 ℃時(shí)，制備出來的Ni(OH)2粉體形貌為花片狀結(jié)構(gòu)，粒度曲線呈較好的正態(tài)分布，顆粒大小均勻，峰值粒徑為45 μm左右。

(2) X射線衍射和紅外分析結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)溫度為120 ℃時(shí)，所制備的Ni(OH)2粉體為β型Ni(OH)2，純度高，結(jié)晶度良好。