球形氢氧化镍的制备及表征_张强
2009年第13期 内蒙古石油化工
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球形氢氧化镍的制备及表征
张 强,赫文秀,张永强,郎中敏
(内蒙古科技大学化学与化工学院,内蒙古包头 014010)
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摘 要:在自行设计制作的管式反应器中,采用氨配合沉淀法制备出球形氢氧化镍。重点考察了反应温度、反应体系的pH值、搅拌强度、镍氨比对氢氧化镍的密度的影响。结果表明,使用此反应器使温度变化控制在±2℃范围内,保证生成的Ni(OH)2颗粒形态的均一性,并得到了最佳工艺条件。
关键词:管式反应器;氢氧化镍;密度 近年发展起来的MH/Ni电池以其容量高(一般为Cd/Ni电池的1.5～2.0倍)、循环寿命长、耐过充放能力强、无记忆效应、能与Cd/Ni电池替换、无镉污染等优点,而成为各国研制的热点。由于电池的设计均以正极容量为限制标准,因而以提高镍正极的性能尤为重要。氢氧化镍是镍电极的活性物质,其性能好坏直接影响镍电极及其相应电池的质量高低,因而各研究工作者设法通过优化制备条件(pH值、温度、碱度、反应物浓度等)及控制晶体的生长速率,有望制备出高容量、高活性的正极活性材料特别是
〔1～12〕
。Ni(OH)2,并取得了重大进展
1 实验部分
1.1 仪器及试剂
强旋流管式合成反应器(自制);真空干燥箱DZF—6020型,上海精宏实验设备有限公司;SHB-3循环水多用真空泵,郑州杜甫仪器厂。JJ-1增力电动搅拌器,金坛市富化电器有限公司;JW开支柱塞计量泵;ST-03表面与孔径测定仪;PW-1700型X射线衍射仪;日本(Hitachi)S-3400电子扫描电镜。
硫酸镍,AR,天津市大茂化学试剂厂;氢氧化钠,AR,天津市化学试剂三厂;氨水,AR,包头市金秋科技开发有限责任公司;无水乙醇,AR,天津市北方天医化学试剂厂;聚乙二醇,AR,天津市化学试剂三厂。
1.2 实验样品的制备
先将氨水(0.25～8.0mol/dm3)由液体进口4加入反应器中,取NiSO4溶液0.25～0.75mol/dm3及每升溶液中含4g聚乙二醇的混合液、NaOH溶液
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2.0～6.0mol/dm分别由液体进口5和6以一定流速同时加入存有氨水的反应器中,并启动电机,电机带动传动装置中的搅拌器转动,搅拌速度:100～240r/min,温度:60℃～80℃,反应器内溶液pH=10.0～13.0,生成Ni(OH)2沉淀,从物料出口流出的悬浊液里有晶体析出,将悬浊液进行过滤、洗涤,
烘干,烘干温度80℃,时间为3～5小时,筛分,得到
样品。
2 实验结果与讨论2.1 反应温度
保持其它工艺条件不变,改变管道式反应器夹套温度进行实验,所得反应温度对球形氢氧化镍的粒径、比表面积、松装密度及振实密度的影响如图1
所示。
图1 反应温度对氢氧化镍的粒径、比表面积、
松装密度及振实密度的影响
a振实密度,b粒径,c比表面积,d松装密度
实验表明:温度应控制在20～80℃的范围内,均可以生成氢氧化镍。温度过低,反应速率过慢;温度过高能耗大,且溶液中各种粒子及微粒运动大,体系的过饱和浓度降低,Ni(OH)2的晶核长大速度增大,致使形成胶体沉淀,过滤、洗涤困难。特别是当加入氨络合剂时,其蒸发量随之增大,操作环境恶化;同时,体系内氨量的变化直接影响着体系中镍离子的浓度。由图可知:反应温度控制50℃左右比较适宜,此时氢氧化镍的松装密度和振实密度都最大,并且应注意严格控制温度的波动范围,以免影响氢氧化镍的结晶度以及颗粒形态的均一性,我们自制的反应器能保证这一点,一般温度变化控制在±2℃范围内。
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内蒙古石油化工 2009年第13期
对氢氧化镍的松装密度的影响如图4所示。
2.2 反应体系的pH值
反应体系的pH值是影响氢氧化镍的生成、长大过程及性能的最主要因素。实验中证明pH值较低或较高时,生成的氢氧化镍易呈胶状,沉淀很慢,其洗涤和过滤都比较困难。pH值对球形氢氧化镍的粒径、比表面积、松装密度及振实密度的影响如图2
所示。
图4 搅拌强度对氢氧化镍的粒径、比表面积、
松装密度及振实密度的影响
a振实密度,b松装密度,c比表面积,d粒径
图4表明,随着搅拌速度的提高,氢氧化镍粒径减小,比表面积增大,松装密度和振实密度增大。因此,实践中应尽量将搅拌强度控制在较高的范围内,一般根据反应器的不同控制在100～220rpm。2.4 镍氨比
当碱液中加入氨时,Ni2+与NH3先形成氨离子:
Ni
2+
+NH
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+
(6-n)H2O→〔Ni(NH3)n(H2O)6-n〕
2+
然后再与NaOH反应生成氢氧化镍。实验表明,
镍氨比过高或过低,生成的氢氧化镍易成胶状,沉淀很慢,其洗涤过滤都较困难,松装密度较低,见图5所示。
图2表明,随pH值升高,氢氧化镍粒径增大,比表面积减小,松装密度和振实密度都是先增大,到达一最高值后又下降。可见,pH值控制在11.6左右较好,能获得较高的松装密度和振实密度,且pH值的变化幅度应控制在很小的范围内,否则难以得到粒径分布均匀的氢氧化镍。
笔者在研究中发现,pH值对的球形氢氧化镍晶形影响很大。从图3中可以看出,pH=11时得到的样品其结晶度比较好,没有团聚现象发生。2.3 搅拌强度
搅拌强度直接影响球形氢氧化镍颗粒生成长大的质量传递过程,影响球形氢氧化镍颗粒在反应体系中分布的均匀性,也影响到反应物料在溶液中的分散速度。搅拌速度过低时所生成球形氢氧化镍细
晶化程度差,同时因局部过碱而生成碱式硫酸根,使图5 镍氨比氢氧化镍的粒径、比表面积、
松装密度及振实密度的影响
a振实密度,b粒径,c比表面积,d松装密度
图5表明,一定范围内,随着氨加入量增大,产品松装密度增加,当镍氨比超过1∶2.5时,随着氨加入量增大,但却提高了反应体系的pH值,球形Ni(OH)2,,
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天然气管道腐蚀研究
周虹伶1,曹辉祥2
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(1.西南石油大学;2.西南油气田分公司输气管理处)
摘 要:在天然气集输过程中,一些伴生气体的存在,往往会对集气管道有腐蚀作用,严重者会造成集气管道的破裂、破坏正常平稳供气、影响用户的生产和生活。本文分析了管道内腐蚀的类型可以分为均匀腐蚀、坑蚀等,并说明各种腐蚀类型产生的条件,着重分析了二氧化碳和硫化氢的腐蚀机理,指出了工程实际中常用的防腐措施如加缓蚀剂抑制腐蚀、利用涂层保护隔离管道与腐蚀介质、选用具有良好耐蚀性能的合金钢、采用清管作用清除管内水、污物和沉积物、防止管线堵塞、减小垢下腐蚀穿孔等,并对缓蚀剂的运用条件等进行分析,从而说明了研究天然气管道腐蚀的重要性和必要性。
关键词:腐蚀;机理;防腐;缓蚀剂1 前言
在天然气开采过程中,常常会有一些伴生气体,如二氧化碳、硫化氢等,这些气体的存在,不但降低了天然气的热值,还会对管道、设备等有腐蚀作用,腐蚀会造成天然气井油(套)管的断裂、集输管线爆破等,破坏正常平稳供气,影响用户的生产和生活,腐蚀带来的危害不仅给国家造成很大的经济损失,也威胁工作人员的生命安全。因此,对天然气管道中3 结论
3.1 Ni(OH)2的松装密度随pH值的增大而增大,而比表面积则减小,但pH不宜超过11.9。
3.2 Ni(OH)2的松装密度随镍氨比的增大而增大,镍氨比为1∶2.5最佳,超过此值,松装密度大大下降。
3.3 搅拌浆混合效果好,搅拌强度大,则得到的Ni(OH)2松装密度较高。
3.4 在自制的管式反应器中温度分布比较均匀,使温度变化控制在±2℃范围内,保证生成的Ni(OH)2颗粒形态的均一性。
3.5 通过加分散剂和控制反应物料的流速,所得产品分散比较好而且没有团聚现象发生。
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的腐蚀及如何解决腐蚀的问题进行研究是非常有必要的。
2 腐蚀类型及机理
根据大量实例可以看出,管道内腐蚀主要受到管材质量、输送介质以及管道防腐水平的影响,管道内发生腐蚀的类型主要有均匀腐蚀、坑蚀、应力腐
1〕
蚀、冲刷腐蚀〔等几类:
¹均匀腐蚀是由于天然气中含有一定的水汽,[4] 傅钟臻,蒋文全,于丽敏.覆钴型氢氧化镍的制
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