一种单晶金属的制备方法与流程

本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种单晶金属的制备方法。

背景技术：

单晶由于杂质含量极少、成分单一洁净，相较于多晶在某些特定的性能上具有显著的优势。然而传统的单晶制备工艺往往存在工期长、效率低的问题，造成单晶体成本较高，因此如何快速高效清洁低耗地制备纳米级金属微粉是科研人员一直以来的追求。

聚氯乙烯塑料制品由于重量轻、耐腐蚀、使用寿命长等显著优势被应用于工业、农业、军工及民用各个领域，使用量呈逐年增长态势，并由此造成废弃塑料排放量的逐年递增。目前的废弃聚氯乙烯塑料的主要处理方式为填埋、焚烧回收塑料中的化学能等。填埋废弃塑料不仅占地大，而且由于聚氯乙烯塑料会排放氯元素以及不能进一步自然降解的特点，长期存在于自然环境中会造成严重的水、空气、土壤污染，而且聚氯乙烯废弃塑料还不能通过焚烧的方式回收能量。因此急需开发一种清洁高效回收聚氯乙烯废弃塑料的技术。

本发明考虑用含聚氯乙烯塑料制品与金属氧化物反应制备单晶金属。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种单晶金属的制备方法，该制备方法简单且单晶金属的粒度可控。

本发明提供了一种单晶金属的制备方法，包括：

将塑料与金属氧化物混合，在保护气氛中加热进行反应，得到单晶金属；所述塑料包括聚氯乙烯。

优选的，所述塑料还包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的一种。

优选的，所述金属氧化物的粒度为微米级和/或纳米级。

优选的，所述金属氧化物为过渡金属氧化物。

优选的，所述过渡金属氧化物中的过渡金属为铁、铜、镍、钴与铬中的一种。

优选的，所述塑料的质量不低于按照化学计量还原金属氧化物所需塑料的理论值。

优选的，所述塑料与金属氧化物的质量比大于等于0.1。

优选的，所述反应的温度为400℃～1000℃。

优选的，所述反应的温度为400℃～800℃。

优选的，所述反应的时间为1～60min。

本发明提供了一种单晶金属的制备方法，包括：将塑料与金属氧化物混合，在保护气氛中加热进行反应，得到单晶金属；所述塑料包括聚氯乙烯。与现有技术相比，本发明利用含聚氯乙烯的塑料作为氯化剂兼还原剂与金属氧化物反应制备单晶金属，含聚氯乙烯的塑料经加热降解后可生成氯化氢与含碳、氢元素的小分子及单质可在较低温度下与金属氧化物发生氯化、还原反应，较低的反应温度可抑制生成的单晶金属间的融合长大，从而使得到的单晶金属的粒度可控，并且该方法还具有反应速度快、节省能源、减少环境污染的特点。

附图说明

图1为本发明实施例1中得到的单晶铁粉的XRD衍射图谱；

图2为本发明实施例1中得到的单晶铁粉的扫描电镜照片；

图3为本发明实施例2中得到的单晶铁粉的XRD衍射图谱；

图4为本发明实施例2中得到的单晶铁粉的扫描电镜照片；

图5为本发明实施例3中得到的单晶铁粉的XRD衍射图谱；

图6为本发明实施例3中得到的单晶铁粉的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种单晶金属的制备方法，包括：将塑料与金属氧化物混合，在保护气氛中加热进行反应，得到单晶金属；所述塑料包括聚氯乙烯。

本发明利用含聚氯乙烯的塑料作为氯化剂兼还原剂与金属氧化物反应制备单晶金属，含聚氯乙烯的塑料经加热降解后可生成氯化氢与含碳、氢元素的小分子及单质可在较低温度下与金属氧化物发生氯化、还原反应，较低的反应温度可抑制生成的单晶金属间的融合长大，从而使得到的单晶金属的粒度可控，并且该方法还具有反应速度快、节省能源、减少环境污染的特点。

本发明对所用塑料没有特殊的限制。

所述塑料可为废弃塑料、塑料原料或任意塑料制品，并无特殊的限制；所述塑料为聚氯乙烯，优选还可以混有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)中的一种或多种。

聚氯乙烯废弃塑料PVC中的主要元素包括碳、氢、氯。废弃塑料经加热后降解为烷烃类分子、氯化氢及碳和氢单质。其中碳和氢是常用的还原剂，可以还原金属氧化物而制取金属。利用含聚氯乙烯废弃塑料可以氯化并还原金属氧化物一步制取单晶金属，在降低纳米单晶金属制备成本的同时回收利用废弃聚氯乙烯塑料，避免由废弃塑料在环境中的堆积而造成的污染，达到变废为宝、洁净环境的目的。

所述金属氧化物为本领域技术人员熟知的氧化铁，也可以为其它过渡金属氧化物；所述过渡金属氧化物中的过渡金属优选为铜、镍、钴与铬中的一种；在本发明中，所述金属氧化物可为任意价位的氧化物，可为单一氧化物或几种氧化物的混合，并无特殊的限制，如当金属氧化物为金属铁氧化物时，其可为三氧化二铁、四氧化三铁与氧化亚铁中的一种或多种；所述金属氧化物可来自各种一次和/或二次冶金资源中的氧化物。

本发明利用废弃塑料作为还原剂还原金属氧化物制备单晶金属，具有反应速度快、节省能源、减少环境污染的特点，单晶金属的制备成本被大幅降低，且制备的单晶金属的粒度可控，根据需要可制备下至数十纳米上至数百纳米的单晶。该发明适用于制备铜、镍、铁、钴、铬等多种过渡族金属单晶。

将塑料与金属氧化物混合；其中所述塑料的粒度并无特殊的限制，可为任意粒度，优选为微米级塑料；所述金属氧化物的粒度优选为微米级和/或纳米级的，其粒径决定了最终得到的单晶金属的粒径；所述塑料的质量优选不低于按照化学计量还原金属氧化物所需塑料的理论值，随金属氧化物及塑料的组分变化而改变；在本发明中，更优选所述塑料与金属氧化物的质量比大于等于0.1，再优选为(0.1～100)：1，再优选为(0.1～50)：1，再优选为(0.1～30)：1，再优选为(0.1～20)：1，再优选为(1～20)：1，再优选为(1～10)：1，再优选为(1～8)：1，再优选为(1～6)：1；在本发明提供的一些实施例中，所述金属氧化物与塑料的质量比优选为1:1；在本发明提供的一些实施例中，所述金属氧化物与塑料的质量比优选为1:4；在本发明提供的另一些实施例中，所述金属氧化物与塑料的质量比优选为1:5.7。

混合后，在保护气氛中加热进行反应；所述保护气氛为本领域技术人员熟知的保护气氛即可，并无特殊的限制，本发明中优选为氩气；所述反应的温度优选为400℃～1000℃，更优选为400℃～800℃，再优选为600℃～800℃，最优选为700℃～800℃；所述反应的时间优选为1～60min，更优选为1～40min，再优选为1～30min，再优选为1～20min，最优选为1～10min；在本发明提供的一些实施例中，所述反应的时间优选为5min。

本发明利用包含聚氯乙烯的塑料作为还原剂及氯化剂与金属氧化物反应制备单晶金属，反应可以在较低温度进行，能够有效地抑制单晶金属间的融合长大，即可以控制单晶金属的粒度，使得到的单晶金属粒度最小可达数十纳米；且反应的终产物为对环境无害的单晶金属、水、CO/CO₂，可以解决目前回收利用废弃塑料技术中存在的污染问题，还可以极大地增加回收效率，是国家提倡的绿色环保新技术。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种单晶金属的制备方法进行详细描述。

以下实施例中所用的试剂均为市售。

实施例1

将粒度数百微米的三氧化二铁与PVC的混合物(重量混合比1：1)在氩气保护下加热至800℃保温5min后，得到单晶铁。

利用X射线扫描对实施例1中得到的单晶铁进行分析，得到其XRD衍射图谱，如图1所示。由图1可知，氧化铁已经全部被还原为金属铁。

利用扫描电子显微镜对实施例1中得到的单晶铁进行分析，得到其扫描电镜照片，如图2所示。由图2可知，实施例1中得到的单晶铁为拥有规则晶体结构的单晶，粒度分布在数百纳米范围。

实施例2

将粒度数百微米的四氧化三铁与PVC的混合物(重量混合比1：4)在氩气保护下加热至800℃保温5min后，得到单晶铁粉。

利用X射线扫描对实施例2中得到的单晶铁粉进行分析，得到其XRD衍射图谱，如图3所示。由图3可知，四氧化三铁已经全部被还原为金属铁。

利用扫描电子显微镜对实施例2中得到的单晶铁粉进行分析，得到其扫描电镜照片，如图4所示。由图4可知，实施例2中得到的单晶铁粉为拥有规则晶体结构的单晶，粒度分布在数百纳米范围。

实施例3

将粒度数十纳米的三氧化二铁与PVC的混合物(重量混合比1：5.7)在氩气保护下加热至700℃保温5min后，得到单晶铁粉。

利用X射线扫描对实施例3中得到的单晶铁粉进行分析，得到其XRD衍射图谱，如图5所示。由图5可知，三氧化二铁已经全部被还原为金属铁。

利用扫描电子显微镜对实施例3中得到的单晶铁粉进行分析，得到其扫描电镜照片，如图6所示。由图6可知，实施例3中得到的单晶铁粉粒度分布在数十纳米范围。