一种空心壳球四氧化三钴的制备方法与流程

本发明属于材料合成
技术领域：
，具体涉及一种空心壳球四氧化三钴的制备方法。
背景技术：
：结晶完好的co3o4属于ab2o4尖晶石结构，co3+占据八面体位，co2+占据四面体位，其中co(ⅱ)离子四面体被氧原子包围和co(ⅲ)离子八面体也被氧原子包围，具有较高的晶体场稳定化能。co3o4骨架是一个有利于离子扩散的四面体与八面体共面的三维网络，氧原子作立方晶体紧密堆积。co3o4是一种具有特殊结构和性能的功能材料，在电池行业是制备锂离子电池正极材料钴酸锂的主要原料。此外还可应用于锂离子电池负极材料、超级电容器、硬质合金、压敏陶瓷、无机颜料、催化剂等。目前，空心co3o4的合成方法主要有模板法，常用的模板有碳球、sio2小球、聚苯乙烯小球、金属氧化物粒子等，模板剂的去除非常困难，步骤繁琐。还有一些无模板的方法则需要添加有机表面活性剂、离子液体等，使成本增加。而采用雾化方式在高温700～1000℃反应，反应条件苛刻，不易控制，而且对设备要求较高。因此，亟需设计一种空心壳球四氧化三钴的制备方法。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种空心壳球四氧化三钴的制备方法，以解决上述
背景技术：
中提出的目前，空心co3o4的合成方法主要有模板法，常用的模板有碳球、sio2小球、聚苯乙烯小球、金属氧化物粒子等，模板剂的去除非常困难，步骤繁琐，还有一些无模板的方法则需要添加有机表面活性剂、离子液体等，使成本增加，而采用雾化方式在高温700～1000℃反应，反应条件苛刻，不易控制，而且对设备要求较高的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种空心壳球四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：步骤一、以氯化钴为原料，配置钴溶液为a溶液；配置碳酸钠溶液为b溶液；步骤二、合成反应开始时，将a、b溶液并流加入反应釜中，并以一定的方式向反应釜中通入co2气体，在搅拌下进行碳酸钴的合成。合成过程中严格控制a、b溶液流量、co2流量、反应温度、搅拌强度和反应时间；步骤三、合成反应结束后，停止加液和通入co2并陈化；步骤四、将陈化结束后的合成产物固液分离并洗涤；步骤五、将洗涤后的合成产物干燥、过筛，得到空心壳球碳酸钴合成产物；步骤六、将空心壳球碳酸钴产品进行煅烧并收集；步骤七、将得到的产物送入旋转式冷却器，冷却后得到空心壳球四氧化三钴产品。优选的，所述步骤一中钴溶液的钴浓度为50～70g/l，所属碳酸钠溶液的浓度为100～120g/l。优选的，所述步骤二中的反应釜为30l反应釜，所述向反应釜中通入co2气体为从反应釜底部通入气体，所述反应过程中a、b溶液流量、co2流量、反应温度、搅拌强度和反应时间的a溶液流量为8～10ml/min，b溶液流量为12～16ml/min，co2流量为1～2l/min，反应温度为43～47℃，搅拌强度为240～260转/min，反应时间为16～18h。优选的，所述步骤三中陈化时间为0.5～1h。优选的所述步骤四中的固液分离并洗涤设备为布氏漏斗、抽滤泵和抽滤瓶，洗涤物料采用的是80～90℃的去离子水。优选的，所述步骤五中的干燥物料的设备为烘箱，干燥温度为80～90℃，过筛采用的是200目的筛网。优选的，所述步骤六中，所述煅烧条件为箱式气氛炉中煅烧，煅烧温度为700℃～720℃，煅烧时间为2～3h。优选的，所述步骤七中旋转式冷却器冷却的时间为5～10min，所述旋转式冷却器的转速为110～120r/min。优选的，所述步骤七中所述空心壳球四氧化三钴产品的物化指标为激光粒度d50在12～14µm，振实密度1.0～1.2g/cm3，比表面积0.5～1.5m2/g，形貌为空心壳球形。与现有技术相比，本发明的有益效果是：在简单设备上提供一种简单易控的空心壳球形四氧化三钴制备方法，设备简单，工艺简单可行，合成时间短。附图说明图1是本发明实施例一制备产物的sem检测结果示意图；图2是本发明实施例二制备产物的sem检测结果示意图；图3是本发明实施例三制备产物的sem检测结果示意图；图4是本发明的工艺流程示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，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。请参阅图1-4，本发明提供的实施例：一种空心壳球四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：步骤一、以氯化钴为原料，配置钴溶液为a溶液；配置碳酸钠溶液为b溶液；步骤二、合成反应开始时，将a、b溶液并流加入反应釜中，并以一定的方式向反应釜中通入co2气体，在搅拌下进行碳酸钴的合成。合成过程中严格控制a、b溶液流量、co2流量、反应温度、搅拌强度和反应时间；步骤三、合成反应结束后，停止加液和通入co2并陈化；步骤四、将陈化结束后的合成产物送入研磨机内研磨后，将其过筛，将合成产物中的杂质过滤后，得到合成产物；步骤五、对步骤四得到的合成产物洗涤、干燥，得到空心壳球碳酸钴合成产物；步骤六、将步骤五中得到的空心壳球碳酸钴产品进行煅烧，煅烧好后将其收集；步骤七、将步骤六中得到的产物收集后送入旋转式冷却器，冷却后得到空心壳球四氧化三钴产品。进一步的，步骤一中钴溶液的钴浓度为50～70g/l，碳酸钠溶液的浓度为100～120g/l。进一步的，步骤二中的反应釜为30l反应釜，反应釜中通入co2气体的方式为从反应釜底部通入气体，反应过程中a、b溶液流量、co2流量、反应温度、搅拌强度和反应时间的a溶液流量分别为8～10ml/min，b溶液流量为12～16ml/min，co2流量为1～2l/min，反应温度为43～47℃，搅拌强度为240～260r/min，反应时间为16～18h。进一步的，步骤三中的陈化时间为0.5～1h，洗涤采用的是布氏漏斗洗涤，洗涤物料采用的是80～90℃的去离子水，干燥物料的设备为烘箱，干燥温度为80～90℃。进一步的，步骤六中的煅烧条件为箱式气氛炉中煅烧，煅烧温度为700℃～720℃，煅烧时间为2～3h。进一步的，步骤七中空心壳球四氧化三钴产品的物化指标为激光粒度d50在12～14µm，振实密度1.0～1.2g/cm3，比表面积0.5～1.5m2/g，形貌为空心壳球形。进一步的，步骤四中的搅拌时间为5～10min，电机的转速为110～120r/min。实施例一：步骤一、以氯化钴为原料，配置钴溶液70g/l的a溶液；配置碳酸钠溶液120g/l的b溶液；步骤二、合成反应开始时，将a、b溶液并流加入30l反应釜中，，同时将co2气体以一定的流量从反应釜底部通入反应釜中，在搅拌下进行湿法碳酸钴合成，反应过程中严格控制a溶液流量为8ml/min，b溶液流量为12ml/min，co2流量为2l/min，反应温度为43℃，搅拌强度为260转/min，反应时间为18h；步骤三、当合成反应结束后，得到合成产物，将物料取出并开始陈化1h；步骤四、将陈化结束后的合成产物送入研磨机内研磨后，将其过筛，将合成产物中的杂质过滤后，得到合成产物；步骤五、将合成产物用布氏漏斗抽滤洗涤，洗涤物料采用的是80℃的去离子水，干燥物料的设备为烘箱，干燥温度为90℃，得到空心壳球型碳酸钴；步骤六、将得到的空心壳球碳酸钴在箱式气氛炉上煅烧，煅烧温度为720℃，煅烧时间为2h；步骤七、将步骤六中得到的产物收集后送入旋转式冷却器，冷却后得到空心壳球四氧化三钴产品。实施例1的部分物化指标如下表：co（%）na+（%）d50(μm)td(g/cm3)bet(m2/g)73.29≤0.00212.61.190.89制备的产品微观形貌指标见附图1。实施例二：步骤一、以氯化钴为原料，配置钴溶液60g/l的a溶液；配置碳酸钠溶液110g/l的b溶液；步骤二、合成反应开始时，将a、b溶液并流加入30l反应釜中，，同时将co2气体以一定的流量从反应釜底部通入反应釜中，在搅拌下进行湿法碳酸钴合成，反应过程中严格控制a溶液流量为9ml/min，b溶液流量为13ml/min，co2流量为1.5l/min，反应温度为45℃，搅拌强度为250转/min，反应时间为17h；步骤三、当合成反应结束后，得到合成产物，将物料取出并开始陈化0.8h；步骤四、将陈化结束后的合成产物送入研磨机内研磨后，将其过筛，将合成产物中的杂质过滤后，得到合成产物；步骤五、将合成产物用布氏漏斗抽滤洗涤，洗涤物料采用的是85℃的去离子水，干燥物料的设备为烘箱，干燥温度为85℃，得到空心壳球型碳酸钴；步骤六、将得到的空心壳球碳酸钴在箱式气氛炉上煅烧，煅烧温度为710℃，煅烧时间为2.5h；步骤七、将步骤六中得到的产物收集后送入旋转式冷却器，冷却后得到空心壳球四氧化三钴产品。实施例2的部分物化指标如下表：制备的产品微观形貌指标见附图2。实施例三：步骤一、以氯化钴为原料，配置钴溶液50g/l的a溶液；配置碳酸钠溶液100g/l的b溶液；步骤二、合成反应开始时，将a、b溶液并流加入30l反应釜中，同时将co2气体以一定的流量从反应釜底部通入反应釜中，在搅拌下进行湿法碳酸钴合成，反应过程中严格控制a溶液流量为10ml/min，b溶液流量为14ml/min，co2流量为1.0l/min，反应温度为47℃，搅拌强度为240转/min，反应时间为16h；步骤三、当合成反应结束后，得到合成产物，将物料取出并开始陈化0.5h；步骤四、将陈化结束后的合成产物送入研磨机内研磨后，将其过筛，将合成产物中的杂质过滤后，得到合成产物；步骤五、将合成产物用布氏漏斗抽滤洗涤，洗涤物料采用的是90℃的去离子水，干燥物料的设备为烘箱，干燥温度为90℃，得到空心壳球型碳酸钴；步骤六、将得到的空心壳球碳酸钴在箱式气氛炉上煅烧，煅烧温度为700℃，煅烧时间为3h；步骤七、将步骤六中得到的产物收集后送入旋转式冷却器，冷却后得到空心壳球四氧化三钴产品。实施例3的产品部分物化指标如下表2：制备的产品微观形貌指标见附图3通过对比三种空心壳球四氧化三钴制备方法，三种空心壳球四氧化三钴制备方法均可以得到空心壳球四氧化三钴产品，其中实施例三加工生产时间最短。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。当前第1页12