[发明专利]一种利用双极膜电渗析制备氧化镍纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化镍纳米材料的制备新方法，更具体的说是一种利用双极膜电渗析来制备氧化镍纳米材料的新工艺。

背景技术

电渗析是一种新型的传质分离技术，利用具有不同性质的选择性通过膜，电渗析应用领域很广泛，如水处理、环境保护、生物制药、工业物料脱盐浓缩等过程。由于待处理物料的成分各异，并且过程中对于物料的处理目标各有不同，离子交换膜的种类可以细分为很多种，常见的离子交换膜为阴/阳离子交换膜，阴离子交换膜一般是由荷正电高分子聚合物经过相转化之后制得，具有致密结构，允许阴离子的透过而阻碍阳离子。阳离子交换膜一般是由荷负电的高分子聚合物经过相转化法制得，具有致密结构，允许阳离子的透过而阻碍阴离子。采用传统的阴/阳离子交换膜的电渗析过程称为普通电渗析。双极膜可以实现水的解离，从而用于产酸、产碱工艺，双极膜一般经由阳离子交换膜与阴离子交换膜叠加，并在中间添加具有水解离能力的功能催化层制备，因此双极膜一般包括阴离子交换层、阳离子交换层以及中间层。在电场的推动作用下，双极膜的中间层发生水解离，得到氢离子和氢氧根离子，氢离子由阳离子交换层迁移至酸室，氢氧根离子由阴离子交换层迁移至碱室，与相应的离子结合后得到酸/碱目标产物，此过程一般称为双极膜电渗析。

金属氧化物是由带正电的金属离子和带负电的氧离子组成的离子型化合物。静电相互作用使得金属正离子和氧负离子之间形成牢固的离子键。大部分的金属氧化物具有良好的热和化学稳定性，在电子、信息等领域存在巨大的应用潜力。金属氧化物纳米结构材料相对于块体材料具有纳米尺寸效应和更髙的比表面积，这使得它们在各领域，例如生物传感器、气体传感器、太阳能电池、超级电容器、光电探测器、发光二极管、场发射和场效应晶体管等，存在广泛应用。其中，氧化镍在光催化、压电材料、气体传感、超级电容器等领域具有广阔的应用前景，受到了极大的关注。

近年来，已有大量的研究工作通过传统的方法来合成纳米氧化镍，例如水热法、电解法、沉淀法等等。如专利CN104299796A报道了一种利用醋酸镍作为原料，通过水热法在300-500℃下反应得到纳米氧化镍，并可用于超级电容器的电器材料。专利CN104891581A报道了通过水热法制备具有针状边缘的氧化镍纳米花。专利CN102603016A报道了一种电解制备纳米氧化镍的方法，使用金属镍作为电极，电解得到氢氧化镍纳米颗粒，后经300℃退火处理得到氧化镍纳米颗粒，并用于构筑甲醛传感器。专利CN1594110A、CN1944276A、CN101624216B均报道了利用沉淀法制备氧化镍纳米颗粒的方法，镍盐与沉淀剂反应产生氢氧化镍沉淀，通过后续煅烧等工艺后得到了氧化镍纳米颗粒。专利CN103151182A报道了一种模板法制备纳米颗粒的方法，以木质素磺酸盐为模板，复合反应后使其沉淀分离，再去除模板，得到氧化镍纳米材料，且模板剂环保廉价，制得的纳米颗粒比表面积高。专利CN103387268A报道了一种利用深共熔溶剂型离子液体为溶剂制备花状纳米氧化镍的方法，缩短了成核时间，制备出粒径较小且比表面积大的氧化镍纳米颗粒。

上述文献中提供的纳米氧化镍的制备方法，大多使用了一些较为复杂的沉淀剂、表面活性剂和一些辅助试剂，且反应条件较为苛刻，不易调控。

发明内容

为避免上述现有技术所存在的不足之处，本发明公开了一种利用双极膜电渗析制备氧化镍纳米材料的方法，旨在简化氧化镍纳米材料的制作工艺，降低生产成本。

本发明为解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明利用双极膜电渗析制备氧化镍纳米材料的方法，其特点在于：首先通过双极膜电渗析工艺，制得氢氧化镍沉淀；然后对所得氢氧化镍沉淀进行后处理，即获得氧化镍纳米材料。

具体的，通过双极膜电渗析工艺制得氢氧化镍沉淀的步骤为：

设置双极膜电渗析系统；所述双极膜电渗析系统包括电渗析膜堆以及通过夹板固定在所述电渗析膜堆两侧的阳极板和阴极板；所述电渗析膜堆由双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜依次交替叠压后加上流道隔板和密封垫片组成；双极膜的阴离子交换层朝向阳极板，阳离子交换层朝向阴极板；阳极板与相邻膜之间形成阳极室，阴极板与相邻膜之间形成阴极室；双极膜的阳离子交换层与阴离子交换膜之间形成酸室，双极膜的阴离子交换层与阳离子交换膜之间形成碱室；阴离子交换膜与阳离子交换膜之间形成料液室；在所述电渗析膜堆内形成有1个或多个“碱室—料液室—酸室”的重复单元；