[发明专利]一种利用化学镀镍废液制备纳米镍/碳纤维催化剂的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及化学镀镍废液的回收再利用，具体地说是一种利用化学镀镍废液制备纳米镍/碳纤维(Ni/CF)催化剂的方法。

二、背景技术

化学镀镍技术广泛应用于磨具、腐蚀与防护等行业。在施镀过程中，镍离子和次磷酸根逐渐消耗，副产物亚磷酸根不断积累，最终导致镀液失效，产生废液。由于镍是一种致癌的物质，且属于稀贵的金属资源，回收化学镀镍废液中的镍具有环保和经济双重的意义。

化学镀镍废液处理主要有两个方向。一是再生化学镀镍老化液，二是回收化学镀镍废液中的镍及磷，使污水排放达到国家标准。基于第一个目的，美国已开发出化学镀镍液的再生工艺和无废工艺流程(陈健荣，崔国峰，电镀与环保，2007，27，4，4)。Trevor等利用离子交换法再生化学镀镍老化液(美国发明专利，U.S 7,833,583 B2)；刘贵昌等利用电化学法与化学法综合再生化学镀镍老化液(刘贵昌，宫成云，王立等，专利号：CN 201010149324.3)。但随着施镀的重复进行，化学镀镍废液最终仍避免不了报废，环保问题无法回避。

基于第二个目的，相关研究者在化学镀镍废液中的镍金属的回收上作出了一些有意义的工作。例如：Courduvelis等在高温下分解化学镀镍废液，分离沉淀的镍金属(美国发明专利，U.S.4,956,097)；Alexander和刘娟等分别用硼氢化钠还原化学镀镍废液中的镍离子，分离沉淀的镍金属(美国发明专利，HI，852；刘娟，张振忠，赵芳霞，张帆，电镀与环保，2010，30，1，37)；Greenberg等用草酸沉淀化学镀镍废液中的镍(美国发明专利，U.S.4,954,265)；袁孝友以二氯化钯为催化剂，利用化学镀镍废液合成了平均粒径为15nm的Ni-P纳米粉(袁孝友，电镀与环保，1999，19，5，31)。胡文彬等向废液中加入氢氧化钠，制备出具有空心结构的微米级金属镍粉(胡文彬，邓意达，刘磊等，化学镀镍废液的回收利用及材料制备，第九届全国化学镀会，2008)。但是，由于生成的镍和其它混合物沉淀在一起，并且纳米镍尺寸小，回收时在过滤、分离及产品的纯化等工艺上均有一定困难。因此，化学镀镍废液中镍金属的回收工艺仍然存在着较大的改进空间。此外，国内外的研究已显示：在碳纤维上可实施化学镀镍(S.Arai，M.Endo，S.Hashizume，Y.Shimojima，Electrochemistry Communications，2004，6，1029；K.K.Kara，D.Sathiyamoorthy，J.Materials Processing Technology，2009，209，3022；Z.Shi，X.Wang，Z.Ding，Applied Surface Science，1999，140，106)。但采用电化学法，利用碳纤维回收化学镀镍废液中的金属镍，并且制备纳米镍催化剂的研究，尚没有相关研究或专利报道。

三、发明内容

本发明旨在提供一种利用化学镀镍废液制备纳米镍/碳纤维(Ni/CF)催化剂的方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明利用化学镀镍废液制备纳米镍/碳纤维催化剂的方法的特点在于：首先以导电碳纤维(CF)为基质材料，通过恒电位法在导电碳纤维上共价接枝乙二胺得到乙二胺/碳纤维复合材料(A/CF)，然后通过酰胺反应将乙二胺四草酰乙酸(TOED)接枝在乙二胺/碳纤维复合材料上，得到乙二胺四草酰乙酸/乙二胺/碳纤维复合材料(B/A/CF)；随后向乙二胺四草酰乙酸/乙二胺/碳纤维复合材料中加入三聚氰胺和甲醛，通过聚合反应得到螯合树脂/乙二胺/碳纤维(即三聚氰胺-甲醛-乙二胺四草酰乙酸三元共聚螯合树脂/乙二胺/碳纤维复合材料(C/B/A/CF)，将所得螯合树脂/乙二胺/碳纤维置于化学镀镍废液中吸附镍离子，通过电化学法原位还原镍离子，得到纳米镍/碳纤维催化剂(Ni/CF)。

本发明利用化学镀镍废液制备纳米镍/碳纤维催化剂的方法的特点在于按以下步骤操作：

a、碳纤维的预处理

将碳纤维浸没在混酸中，超声振荡7小时，用二次蒸馏水洗涤碳纤维至中性，然后于80℃干燥12小时得到羧基化碳纤维；所述混酸是由硝酸和高氯酸按照体积比7∶3混合得到；

b、乙二胺/碳纤维复合材料的制备