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

(遼寧工業大學化學與環境工程學院,遼寧 錦州 121001)

半導體光催化氧化法處理染料有機廢水，具有處理效率高、工藝設備簡單、操作條件易控制、無二次污染等突出優點，為有機廢水的工業化處理提供了新思路和新途徑，在有機染料廢水治理方面有著廣泛的應用前景[1-2]。NiO作為一種p型半導體材料，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。基于熱分解產物NiO粉體對前驅體Ni(OH)2的形貌和粒度具有"繼承性"這一特點，有必要對Ni(OH)2粉體制備中的形貌與粒度進行有效地控制。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Ni(OH)2粉體進行對粉體的形貌、粒度和結構進行了研究。

1 實驗部分

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。將質量分數為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，強烈攪拌，形成淡藍色透明溶液。將溶液注入到聚四氟乙烯反應釜中，并將高壓反應釜密封放置在一定溫度的恒溫箱里反應12 h，自然冷卻至室溫后，洗滌，抽濾，將抽濾后的產物在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、粒度和結構。

2 結果與討論

2.1 Ni(OH)2粉體的形貌分析

圖1是不同反應溫度下的Ni(OH)2粉體的SEM圖。從圖中可以看出，當反應溫度為100 ℃時，氫氧化鎳粉體的花狀結構較為松散，片狀結構也不明顯；當反應溫度上升到120 ℃時，氫氧化鎳的花狀結構明顯，花片之間松散，互相獨立，無團聚現象；當反應溫度為140 ℃時，粉體呈花狀微球結構，出現零星的碎片，微球大小不均；而當反應溫度為160 ℃時，大量花狀微球結構消失，彼此相互團聚。其原因可能是溫度過低時，Ni2+離子的結晶和生長速率較慢，而當溫度升高后，體系中Ni2+離子與OH-離子與晶面表面接觸機率增加，加快了晶體表面附近離子的運動速度，小晶粒逐漸溶解，大晶粒不斷生長，晶體各個方向的同步生長，有利于微球狀顆粒的形成[4]。而當反應溫度過高時，反應速度增加的同時，成核速率也增加，形成更多的小顆粒，導致氫氧化鎳的晶粒尺寸大小不均，容易發生團聚生長現象。

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，當反應溫度為100 ℃時，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。當反應溫度為120 ℃時，Ni(OH)2粉末的粒度分布已有了明顯的改善，制備的Ni(OH)2粉體粒度分布呈現正態分布，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。隨著反應溫度的升高，粒徑分布再次較差。這可能是由于反應溫度過高促進了二次形核的發生，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對應于19°、33°、38°、52°、59°、62°、71°、73°處出現了衍射峰，上述衍射峰分別與Ni(OH)2標準卡(JCPDS卡：No.14-0117)的(001)、(100)、(101)、(102)、(110)、(111)、(200)、(201)晶面指數相對應。可見，制備的Ni(OH)2粉體是β晶型Ni(OH)2，當溫度上升到160 ℃時，粉體的衍射圖譜中2θ對應于16°處出現明顯的雜相峰，雜相峰與Ni3N(JCPDS卡:No.89-5144)相一致，可能是Ni(OH)2高溫下發生了相變或分解，因此反應溫度過高會對Ni(OH)2相的純度產生不利影響[5]。

圖3 Ni(OH)2粉體的物相分析圖譜

3 結論

(1)SEM和粒度檢測結果表明，當反應溫度為120 ℃時，制備出來的Ni(OH)2粉體形貌為花片狀結構，粒度曲線呈較好的正態分布，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果表明，當反應溫度為120 ℃時，所制備的Ni(OH)2粉體為β型Ni(OH)2，純度高，結晶度良好。