以纳米球形聚电解质刷为反应器制备纳米镍的方法及其应用

摘要

本发明公开了一种以纳米球形聚电解质刷为微反应器制备纳米镍的方法及其应用。该方法是采用氧化－还原体系引发的乳液聚合方法制备粒径在80～140纳米的聚合物微球；在乳液聚合末期加入一种光引发剂，使其包覆在聚合物微球表面形成光引发剂层，然后利用紫外灯引发聚电解质单体聚合，得到粒径为100～400纳米的球形聚电解质刷；再加入氢氧化钠，使得聚电解质链上的羧基解离；采用氯化镍水溶液处理已经解离的球形聚电解质刷，使得镍离子与钠离子进行交换进入聚电解质刷内部；加入硼氢化钠原位还原镍离子为纳米镍，最终得到1～14纳米的可控并均匀分布在纳米球形聚电解质刷内部的纳米镍。该负载在球形聚电解质刷上的纳米镍是一种理想的高效纳米催化剂。

主权项

以纳米球形聚电解质刷为反应器制备纳米镍的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）向反应器中加入去离子水、表面活性剂以及过氧化物氧化剂，充分溶解后，加入聚合物单体，抽充氮气3～5次，搅拌的转速控制在200～500转/分钟；待温度升到30～40 ℃后，将第一还原剂溶解在去离子水中，快速滴加入所述反应器，聚合反应2～6小时后结束，得到纳米聚合物微乳球；其中，聚合物单体：表面活性剂：过氧化物氧化剂：第一还原剂的质量比是1：0.02～0.05：0.05～0.08：0.01～0.03；（2）在步骤（1）反应后期，缓慢地将光引发剂滴加到反应体系中，所述光引发剂的加入量相当于所述聚合物单体质量的1～10%；滴加完成后反应2～4小时，即得到光引发剂包覆的聚合物微乳球；用截留分子量为14000克/摩尔的透析袋对乳液进行透析，直至乳液离子强度不再变化；（3）将透析过的步骤（2）中得到的所述光引发剂包覆的聚合物微乳球与水溶性单体混合并加入光反应器中，其中，所述水溶性单体加入量为所述光引发剂包覆的聚合物微乳球固含量的25～100%；抽充氮气3～5次，在紫外光照下反应2～5小时，即可得到具有核壳结构的纳米球形聚电解质刷；（4）在步骤（3）中所述具有核壳结构的纳米球形聚电解质刷的乳液中加入无机碱，搅拌反应7～24小时，使所述无机碱中的碱金属离子进入所述核壳结构的纳米球形聚电解质刷的内部形成聚电解质链解离的纳米球形聚电解质刷；所述无机碱的加入量为所述具有核壳结构的纳米球形聚电解质刷内羧基摩尔量的50～100%，所述聚电解质链解离的纳米球形聚电解质刷的固含量为0.8～1.3%；（5）将步骤（4）中所述聚电解质链解离的纳米球形聚电解质刷置于超滤装置中，采用二价镍盐的水溶液作为流动相进行超滤，使所述二价镍盐的镍离子与所述碱金属离子进行离子交换进入所述聚电解质链解离的纳米球形聚电解质刷的内部，形成吸附有镍离子的纳米球形聚电解质刷；然后，再用去离子水进行超滤洗涤，去除游离的镍离子；其中，二价镍盐水溶液的浓度为0.0001～0.002摩尔/升，用量为1～6升，去离子水的用量为1～3升；（6）将步骤（5）得到的吸附有镍离子的纳米球形聚电解质刷的乳液加入三口烧瓶中，抽充氮气3～5次；将溶于去离子水的第二还原剂溶液缓慢加入到三口烧瓶中，滴加速度为3～7秒/滴，温度控制为0～60℃，搅拌速率为200～500转/分钟下反应1～3小时，最终获得负载在纳米球形聚电解质刷上的纳米镍；所述第二还原剂的摩尔加入量为镍离子摩尔含量的2～5倍，所述吸附有镍离子的纳米球形聚电解质刷在反应体系中的质量分数为0.1～0.5%；所述第一还原剂是氯化亚铁或亚硫酸氢钠；所述第二还原剂是硼氢化钠或水合肼。