不同分散劑對(duì)制備N(xiāo)iO／SDC粉體粒度和團(tuán)聚的影響研究

李 健

（中集集團(tuán)石家莊安瑞科氣體機(jī)械有限公司，河北 石家莊 050081）

1 引言

檸檬酸法制備N(xiāo)iO／SDC粉體，具有溶膠—凝膠法合成溫度低、可以減少或消除晶界電阻的優(yōu)點(diǎn)，并最終得到泡沫狀，疏松表面活性大的納米粉體［1－5］。但是由于納米顆粒粒度小、比表面積大、表面能大，處于能量不穩(wěn)定狀態(tài)［6］，因而很容易凝并、團(tuán)聚形成二次粒子，使粒子粒徑變大，失去納米顆粒所具備的特性［7］，給NiO／SDC納米粉體的制備和燃料電池性能帶來(lái)負(fù)面影響。

分散劑的加入可以緩解粉體制備過(guò)程中的團(tuán)聚，本文采用檸檬酸法制備N(xiāo)iO／SDC粉體，研究前驅(qū)體溶液中添加不同分散劑對(duì)粉體粒度和團(tuán)聚狀態(tài)影響。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 分散劑和實(shí)驗(yàn)儀器

聚乙二醇6000（化學(xué)純，廣東汕頭市西隴化工廠）；磷酸三乙酯（化學(xué)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；聚乙烯醇124（化學(xué)純 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

X－射線(xiàn)衍射儀（D／MAX－γB，日本理學(xué)）對(duì)自蔓延燃燒所得的NiO／SDC粉體相的組成進(jìn)行分析，工作電壓40kV，工作電流100mA，Cu靶Kα線(xiàn)，λ＝0.15406nm，石墨單色器除Kβ輻射。透射電子顯微鏡（TEM，H－800，日本日立）對(duì)NiO／SDC復(fù)合粉體的形貌進(jìn)行了觀察，Mastersizer－2000型激光粒度儀（英國(guó)Malvern公司）對(duì)NiO／SDC粉體粒徑分布和比表面積進(jìn)行分析，以水為分散介質(zhì)，泵速為3000r／min。

2.2 添加分散劑NiO／SDC粉體的制備

將 Ni（NO3）2·6H2O，Ce（NO3）3·6H2O，Sm（NO3）3·6H2O按一定比例混合，與溶有適量分散劑的蒸餾水調(diào)配為前驅(qū)體溶液，用適量氨水調(diào)溶液pH到6～7，在75℃水浴中攪拌蒸發(fā)得到透明溶膠，去掉攪拌器在75℃水浴中繼續(xù)蒸發(fā)形成凝膠，再將凝膠在100℃烘干形成干凝膠，點(diǎn)燃，發(fā)生自蔓延燃燒，形成泡沫狀粉末。

3 結(jié)果與討論

3.1 形貌分析

圖1所示分別為原粉和添加聚乙二醇6000、磷酸三乙酯、聚乙烯醇124分散劑的NiO／SDC粉體透射電鏡圖。從圖中可以看出添加分散劑后粉體團(tuán)聚狀況得到不同程度的改善。

聚乙二醇6000和聚乙烯醇124同屬于非離子型分散劑，其分散機(jī)制屬于空間位阻穩(wěn)定機(jī)制。反應(yīng)過(guò)程中加入的非離子型分散劑通過(guò)氫鍵吸附在晶核粒子的表面，可以使其高分子長(zhǎng)鏈一端緊密地吸附于顆粒的表面，另一端則盡可能伸向溶液中，由此形成的大分子親水保護(hù)膜可以減少顆粒之間的吸引力，阻止前驅(qū)體顆?？拷瑥亩乐怪苽溥^(guò)程中前驅(qū)體的團(tuán)聚［8］。

圖1 原粉和添加不同分散劑粉體透射電鏡圖

磷酸三乙酯屬于陰離子型分散劑，其分散機(jī)制屬于靜電位阻穩(wěn)定機(jī)制。在水介質(zhì)中，陰離子型分散劑通常是通過(guò)靜電位阻穩(wěn)定機(jī)理來(lái)穩(wěn)定懸浮液的。當(dāng)陰離子型分散劑吸附在顆粒表面時(shí)，在一定pH下離解而帶有電荷，增加了顆粒表面的荷電量，提高顆粒間的靜電斥能，同時(shí)高分子鏈也起到位阻作用。通常陰離子型分散劑在堿性條件下可改善漿料的穩(wěn)定性［9］。

3.2 粒徑分布

圖2所示分別為原粉和添加聚乙二醇6000、磷酸三乙酯、聚乙烯醇124分散劑的NiO／SDC粉體粒徑分布。從圖中可以看出添加分散劑的NiO／SDC粉體粒度主要集中在0.1－10μm之間，與不加分散劑的原粉相比位于100μm左右的峰消失，并且峰向左移動(dòng)。圖2（a）、（b）、（c）、（d）體積平均粒徑分別為：48.989、1.758、2.557和2.515μm，添加分散劑聚乙二醇6000的NiO／SDC粉體粒度最小，可見(jiàn)添加分散劑對(duì)NiO／SDC粉體的二次團(tuán)聚有明顯的抑制作用。

圖2 原粉和添加不同分散劑粉體粒徑分布

3.3 比表面積和表面積平均粒徑

表1所示是NiO／SDC粉體在去離子水中分散并測(cè)得的比表面積和通過(guò)粒度分析測(cè)試得出的表面積平均粒徑。從表1可以看出添加分散劑的NiO／SDC粉體比表面較原粉均有不同程度的提高，其中添加分散劑聚乙二醇6000的粉體具有最大的比表面積6.44m2／g，表面積平均粒徑結(jié)果同樣得出添加分散劑聚乙二醇6000的粉體具有最小的平均粒徑：0.932μm。雖然聚乙二醇6000和聚乙烯醇124同屬于非離子型分散劑，但是分散效果存在差異，這是由于不同種類(lèi)分散劑作用基團(tuán)不同，對(duì)于不同的溶液，其溶質(zhì)不同導(dǎo)致基團(tuán)作用效果不同［10］。

表1 添加分散劑的NiO／SDC粉體去離子水中測(cè)得的比表面積和表面積平均粒徑

4 結(jié)論

（1）在前驅(qū)體溶液中添加分散劑制備的NiO／SDC粉體團(tuán)聚狀況有了明顯的改善，二次團(tuán)聚被抑制。

（2）添加非離子型分散劑聚乙二醇6000的NiO／SDC粉體具有最好的分散效果，磷酸三乙酯和聚乙烯醇124次之。添加聚乙二醇6000的NiO／SDC粉體具有最小的體積平均粒徑1.758μm，最大的比表面積6.44m2／g和最小的表面積平均粒徑0.932μm。

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