一种Ni-Cr-Mo-La2O3多孔材料的制备方法与流程

本发明涉及一种多孔材料的制备技术，具体涉及是通过粉末冶金技术制备多孔材料。特别是涉及一种可用于工业过滤领域和电解海水制氢的ni-cr-mo-la2o3多孔材料的制备方法。

背景技术：

全球经济的快速发展，能源已被视为人类社会发展最基础的需求，随着石油煤炭等化石燃料日益减少以及所带来的环境问题不容忽视，清洁再生能源的推进对社会经济的可持续发展具有重要的战略意义。氢气具有燃烧热值高、储运方式多样、制备原料丰富等优势，被认为是理想的能源载体。此外，海水在全球资源的占有量巨大，正确合理的利用海水资源,会在能源领域上取得非常大的经济效益。可以把海水作为一种电解质，是一种相对安全，绿色环保，经济效益高的制氢方式。所以在现代工业生产中对稳定高效的海水电解析氢电极提出了现实意义上的要求。

在现有的海水的电解技术情况下，pt、pd等贵金属催化剂在电解行业发挥了重大的作用。但是此类贵金属资源稀少，价格昂贵，造成了很大的成本问题，不利于在实际生产中大规模的广泛应用。因此，降低电池成本、寻找具有高的比表面、良好的催化活性的非贵金属基体材料成为了制备高效析氢电极的关键。此外，对于实际生产中，实际生产的间歇反应过程中,浸泡在溶液中的电极有可能发生表面金属组分氧化与“溶氧”，在其表面还原的共轭反应，导致电极活性退化。因此对能适应复杂体系要求的稳定电极性能，例如对电极具有良好的抗氧化性、抗腐蚀性能也提出了要求。

本发明正是基于此而提出采用以ni为基体，ni基多孔合金电极是一种良好的电极析氢材料，在此基础上加入cr、mo、la2o3等粉末反应合成法制备ni-cr-mo-la2o3多孔材料。作为电极，其析氢电位较低、且抗腐蚀性能、抗氧化性能、制备工艺简单，化学稳定性好，可循环使用，在电解海水制氢中有潜在的应用价值，对化工等高效电池行业提供理论支持。

技术实现要素：

本发明为电解海水和抗氧化工业过滤领域提供一种有效的多孔材料，其孔隙分布均匀，比表面积大，过滤精度显著，机械强度高，抗腐蚀性能、抗氧化性能和化学稳定性优良，作为电解海水电极材料可有效提高电解析氢催化效率，过滤精度高，同时可减少因腐蚀和氧化所带来的经济成本等损失问题。

该多孔材料，是由将ni、cr、mo、la2o3四种高纯粉末烧结而成，孔结构可控程度较好。

本发明公开了一种ni-cr-mo-la2o3多孔材料的制备方法，其具体的制备方法包括以下步骤：

(1)粉末配制：将ni、cr、mo、la2o3四种高纯粉末按一定质量百分比配好，其中cr粉的百分比为20％～35wt％、mo粉的百分比为10％～25wt％、la2o3粉的百分比为5％～12wt％，余量为ni；

(2)粉末处理：将配制好的粉末放在v型混粉机上匀速混合，混合时间为6～12h，之后再加入硬脂酸进行造粒，再在普通干燥箱中干燥12～24h，温度为40～60℃；

(3)压制成型：将混合均匀的粉料通过冷压成型压制成型，得到生坯，设置的的参数为50～200mpa的压力下保压30～120s；

(4)生坯烧结：将步骤(3)所制生坯置于一定真空度的真空烧结炉中进行烧结，烧结工艺为：以4～10℃/min的升温速度升温到80～300℃，保温30～60min；再以2～5℃/min的升温速度升温到330～450℃并在该温度下保温60～120min；然后以3～8℃/min的升温速度升温到480℃～580℃并在该温度下保温90～120min；最后以1～6℃/min的升温速度升温到800℃～900℃并在该温度下保温60min～90min；随炉冷却到室温，即得到所发明的多孔材料。

具体所述，步骤(1)中所用ni元素粉、cr元素粉、mo元素粉的平均粒径为3～15μm。

具体所述，步骤(1)中所用la2o3粉末的平均粒径为4～12μm。

具体所述，步骤(2)中所用硬脂酸的含量占粉末总质量的2％～5％。

本发明采用上述技术方案的优点在于：

(1)本发明所制得的ni-cr-mo-la2o3多孔材料表现出高孔隙率且孔隙分布均匀，元素之间协同催化，比表面积大，满足了电解海水制氢的电极的催化性能的要求；

(2)化学性能优异，使用寿命长。本发明利用固相烧结制备技术得到的多孔材料具有抗氧化性、耐碱腐蚀性能好、化学稳定性好、适用于野外工作条件，符合现代能源化工行业的生产应用要求。

(3)制备工艺简单环保，可批量生产。本发明中所用粉末ni、cr、mo、la2o3来源广泛，价格相对低廉，而且制备工艺可控，生产过程中原材料利用率高，绿色无污染产生，可实现工业化批量生产。

附图说明

图1为实施例1中制备的ni-cr-mo-la2o3多孔材料电极的表面形貌图。

图2为实施例1中制备的ni-cr-mo-la2o3多孔材料电极的阴极极化曲线。

具体实施方式

下面通过具体是实施例对本发明烧结的多孔材料的制备方法和对此材料进行进一步说明。

实施实例1

将ni、cr、mo、la2o3四种高纯粉末按质量百分比配好，其中cr的含量为25％，粉末粒径为5μm；mo含量为15％，粉末粒径为5μm；la2o3含量为8％，粉末粒径为7μm；余量为粉末粒径为6μm的ni粉。将配制好的粉末放在v型混粉机上匀速混合12h后加入粉末总质量3％的硬脂酸，再干燥12h，在冷压机下以200mpa的压力冷压成形，保压时间为30s；将压好的样品置于真空炉中，在真空度为1×10^-2pa的情况下保持6℃/min的升温速度从室温升到300℃，保温50min；接着以3℃/min的升温速度升温到450℃，保温90min；再以8℃/min的升温速度升温到580℃并在该温度下保温120min；再以6℃/min加热到900℃保温90min，然后随炉冷却到室温，即得到所发明的多孔材料。

所得的多孔材料的表面形貌图如图1所示，所示材料具有丰富的孔隙，孔隙之间相互连通，分布均匀。

为了研究此材料的电解析氢性能，将烧制的样品置于酒精中经超声波清洗仪器清洗，干燥后用环氧树脂密封并且留下一个1cm²的几何表面积，电化学测试在6mol/l的koh溶液中进行。电化学测试采用标准三电极体系：pt作为辅助电极，hg/hgo作为参比电极，烧制而成的样品ni-cr-mo-la2o3作为工作电极。采用cs350电化学工作站作为本发明所用的测试仪器，扫描速度为3mv/s，扫描范围为0v～-2v，测试采用恒温水浴保持温度为30℃。ni-cr-mo-la2o3多孔电极的阴极极化曲线如图2所示，当电极电位达到-1.8v时，电流密度为-0.5a/cm²。

实施例2

将ni、cr、mo、la2o3四种高纯粉末按质量百分比配好，其中cr的含量为20％，粉末粒度为10μm；mo含量为10％，粉末粒度为10μm；la2o3含量为12％，粉末粒径为8μm；余量为粉末粒度为10μm的ni粉。将配制好的粉末放在v型混粉机上匀速混合8h后加入粉末总质量4％的硬脂酸，再干燥18h，在冷压机下以50mpa的压力冷压成形，保压时间为120s；将压好的样品置于真空炉中，在真空度为1×10^-3pa的情况下保持4℃/min的升温速度从室温升到300℃，保温45min；接着以5℃/min的升温速度升温到400℃，保温120min；再以6℃/min的升温速度升温到550℃并在该温度下保温100min；再以5℃/min的升温速度升温到850℃保温80min，然后随炉冷却到室温，即得到所发明的多孔材料。

重复实例1中的制样过程和电化学实验步骤再次进行相关实验，得到与实例1相似的孔结构和电化学性能。

实施例3

将ni、cr、mo、la2o3四种高纯粉末按质量百分比配好，其中cr的含量为28％，粉末粒度为3μm；mo含量为12％，粉末粒度为6μm；la2o3含量为9％，粉末粒径为4μm；余量为粉末粒度为4μm的ni粉。将配制好的粉末放在v型混粉机上匀速混合10h后加入粉末总质量2.5％的硬脂酸，再干燥16h，在冷压机下以160mpa的压力冷压成形，保压时间为60s；将压好的样品置于真空炉中，在真空度为5×10^-3pa的情况下保持8℃/min的升温速度从室温升到300℃，保温60min；接着以4℃/min的升温速度升温到420℃，保温100min；再以4℃/min的升温速度升温到520℃并在该温度下保温90min；再以2℃/min的升温速度升温到820℃保温60min，然后随炉冷却到室温，即得到所发明的多孔材料。

重复实例1中的制样过程和电化学实验步骤再次进行相关实验，得到与实例1相似的孔结构和电化学性能。

实施例4

将ni、cr、mo、la2o3四种高纯粉末按质量百分比配好，其中cr的含量为35％，粉末粒度为12μm；mo含量为20％，粉末粒度为8μm；la2o3含量为10％，粉末粒径为6μm；余量为粉末粒度为15μm的ni粉。将配制好的粉末放在v型混粉机上匀速混合6h后加入粉末总质量2％的硬脂酸，再干燥24h，在冷压机下以120mpa的压力冷压成形，保压时间为90s；将压好的样品置于真空炉中，在真空度为8×10^-3pa的情况下保持5℃/min的升温速度从室温升到300℃，保温60min；接着以2℃/min的升温速度升温到430℃，保60min；再以5℃/min的升温速度升温到560℃并在该温度下保温100min；再以4℃/min的升温速度升温到820℃保温90min，然后随炉冷却到室温，即得到所发明的多孔材料。

重复实例1中的制样过程和电化学实验步骤再次进行相关实验，得到与实例1相似的孔结构和电化学性能。

实施例5

将ni、cr、mo、la2o3四种高纯粉末按质量百分比配好，其中cr的含量为22％，粉末粒度为4μm；mo含量为18％，粉末粒度为15μm；la2o3含量为5％，粉末粒径为12μm；余量为粉末粒度为8μm的ni粉。将配制好的粉末放在v型混粉机上匀速混合10h后加入粉末总质量4％的硬脂酸，再干燥20h，在冷压机下以90mpa的压力冷压成形，保压时间为100s；将压好的样品置于真空炉中，在真空度为2×10^-3pa的情况下保持10℃/min的升温速度从室温升到300℃，保温60min；接着以3℃/min的升温速度升温到440℃，保100min；再以7℃/min的升温速度升温到580℃并在该温度下保温110min；再以3℃/min的升温速度升温到880℃保温80min，然后随炉冷却到室温，即得到所发明的多孔材料。

重复实例1中的制样过程和电化学实验步骤再次进行相关实验，得到与实例1相似的孔结构和电化学性能。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。