本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單晶金屬的制備方法。

背景技術(shù)：

單晶由于雜質(zhì)含量極少、成分單一潔凈，相較于多晶在某些特定的性能上具有顯著的優(yōu)勢(shì)。然而傳統(tǒng)的單晶制備工藝往往存在工期長(zhǎng)、效率低的問(wèn)題，造成單晶體成本較高，因此如何快速高效清潔低耗地制備納米級(jí)金屬微粉是科研人員一直以來(lái)的追求。

聚氯乙烯塑料制品由于重量輕、耐腐蝕、使用壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)勢(shì)被應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍工及民用各個(gè)領(lǐng)域，使用量呈逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，并由此造成廢棄塑料排放量的逐年遞增。目前的廢棄聚氯乙烯塑料的主要處理方式為填埋、焚燒回收塑料中的化學(xué)能等。填埋廢棄塑料不僅占地大，而且由于聚氯乙烯塑料會(huì)排放氯元素以及不能進(jìn)一步自然降解的特點(diǎn)，長(zhǎng)期存在于自然環(huán)境中會(huì)造成嚴(yán)重的水、空氣、土壤污染，而且聚氯乙烯廢棄塑料還不能通過(guò)焚燒的方式回收能量。因此急需開(kāi)發(fā)一種清潔高效回收聚氯乙烯廢棄塑料的技術(shù)。

本發(fā)明考慮用含聚氯乙烯塑料制品與金屬氧化物反應(yīng)制備單晶金屬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種單晶金屬的制備方法，該制備方法簡(jiǎn)單且單晶金屬的粒度可控。

本發(fā)明提供了一種單晶金屬的制備方法，包括：

將塑料與金屬氧化物混合，在保護(hù)氣氛中加熱進(jìn)行反應(yīng)，得到單晶金屬；所述塑料包括聚氯乙烯。

優(yōu)選的，所述塑料還包括聚乙烯、聚丙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的一種。

優(yōu)選的，所述金屬氧化物的粒度為微米級(jí)和/或納米級(jí)。

優(yōu)選的，所述金屬氧化物為過(guò)渡金屬氧化物。

優(yōu)選的，所述過(guò)渡金屬氧化物中的過(guò)渡金屬為鐵、銅、鎳、鈷與鉻中的一種。

優(yōu)選的，所述塑料的質(zhì)量不低于按照化學(xué)計(jì)量還原金屬氧化物所需塑料的理論值。

優(yōu)選的，所述塑料與金屬氧化物的質(zhì)量比大于等于0.1。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)的溫度為400℃～1000℃。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)的溫度為400℃～800℃。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)的時(shí)間為1～60min。

本發(fā)明提供了一種單晶金屬的制備方法，包括：將塑料與金屬氧化物混合，在保護(hù)氣氛中加熱進(jìn)行反應(yīng)，得到單晶金屬；所述塑料包括聚氯乙烯。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用含聚氯乙烯的塑料作為氯化劑兼還原劑與金屬氧化物反應(yīng)制備單晶金屬，含聚氯乙烯的塑料經(jīng)加熱降解后可生成氯化氫與含碳、氫元素的小分子及單質(zhì)可在較低溫度下與金屬氧化物發(fā)生氯化、還原反應(yīng)，較低的反應(yīng)溫度可抑制生成的單晶金屬間的融合長(zhǎng)大，從而使得到的單晶金屬的粒度可控，并且該方法還具有反應(yīng)速度快、節(jié)省能源、減少環(huán)境污染的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中得到的單晶鐵粉的XRD衍射圖譜；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中得到的單晶鐵粉的掃描電鏡照片；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中得到的單晶鐵粉的XRD衍射圖譜；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中得到的單晶鐵粉的掃描電鏡照片；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例3中得到的單晶鐵粉的XRD衍射圖譜；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例3中得到的單晶鐵粉的掃描電鏡照片。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了一種單晶金屬的制備方法，包括：將塑料與金屬氧化物混合，在保護(hù)氣氛中加熱進(jìn)行反應(yīng)，得到單晶金屬；所述塑料包括聚氯乙烯。

本發(fā)明利用含聚氯乙烯的塑料作為氯化劑兼還原劑與金屬氧化物反應(yīng)制備單晶金屬，含聚氯乙烯的塑料經(jīng)加熱降解后可生成氯化氫與含碳、氫元素的小分子及單質(zhì)可在較低溫度下與金屬氧化物發(fā)生氯化、還原反應(yīng)，較低的反應(yīng)溫度可抑制生成的單晶金屬間的融合長(zhǎng)大，從而使得到的單晶金屬的粒度可控，并且該方法還具有反應(yīng)速度快、節(jié)省能源、減少環(huán)境污染的特點(diǎn)。

本發(fā)明對(duì)所用塑料沒(méi)有特殊的限制。

所述塑料可為廢棄塑料、塑料原料或任意塑料制品，并無(wú)特殊的限制；所述塑料為聚氯乙烯，優(yōu)選還可以混有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)中的一種或多種。

聚氯乙烯廢棄塑料PVC中的主要元素包括碳、氫、氯。廢棄塑料經(jīng)加熱后降解為烷烴類分子、氯化氫及碳和氫單質(zhì)。其中碳和氫是常用的還原劑，可以還原金屬氧化物而制取金屬。利用含聚氯乙烯廢棄塑料可以氯化并還原金屬氧化物一步制取單晶金屬，在降低納米單晶金屬制備成本的同時(shí)回收利用廢棄聚氯乙烯塑料，避免由廢棄塑料在環(huán)境中的堆積而造成的污染，達(dá)到變廢為寶、潔凈環(huán)境的目的。

所述金屬氧化物為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的氧化鐵，也可以為其它過(guò)渡金屬氧化物；所述過(guò)渡金屬氧化物中的過(guò)渡金屬優(yōu)選為銅、鎳、鈷與鉻中的一種；在本發(fā)明中，所述金屬氧化物可為任意價(jià)位的氧化物，可為單一氧化物或幾種氧化物的混合，并無(wú)特殊的限制，如當(dāng)金屬氧化物為金屬鐵氧化物時(shí)，其可為三氧化二鐵、四氧化三鐵與氧化亞鐵中的一種或多種；所述金屬氧化物可來(lái)自各種一次和/或二次冶金資源中的氧化物。

本發(fā)明利用廢棄塑料作為還原劑還原金屬氧化物制備單晶金屬，具有反應(yīng)速度快、節(jié)省能源、減少環(huán)境污染的特點(diǎn)，單晶金屬的制備成本被大幅降低，且制備的單晶金屬的粒度可控，根據(jù)需要可制備下至數(shù)十納米上至數(shù)百納米的單晶。該發(fā)明適用于制備銅、鎳、鐵、鈷、鉻等多種過(guò)渡族金屬單晶。

將塑料與金屬氧化物混合；其中所述塑料的粒度并無(wú)特殊的限制，可為任意粒度，優(yōu)選為微米級(jí)塑料；所述金屬氧化物的粒度優(yōu)選為微米級(jí)和/或納米級(jí)的，其粒徑?jīng)Q定了最終得到的單晶金屬的粒徑；所述塑料的質(zhì)量?jī)?yōu)選不低于按照化學(xué)計(jì)量還原金屬氧化物所需塑料的理論值，隨金屬氧化物及塑料的組分變化而改變；在本發(fā)明中，更優(yōu)選所述塑料與金屬氧化物的質(zhì)量比大于等于0.1，再優(yōu)選為(0.1～100)：1，再優(yōu)選為(0.1～50)：1，再優(yōu)選為(0.1～30)：1，再優(yōu)選為(0.1～20)：1，再優(yōu)選為(1～20)：1，再優(yōu)選為(1～10)：1，再優(yōu)選為(1～8)：1，再優(yōu)選為(1～6)：1；在本發(fā)明提供的一些實(shí)施例中，所述金屬氧化物與塑料的質(zhì)量比優(yōu)選為1:1；在本發(fā)明提供的一些實(shí)施例中，所述金屬氧化物與塑料的質(zhì)量比優(yōu)選為1:4；在本發(fā)明提供的另一些實(shí)施例中，所述金屬氧化物與塑料的質(zhì)量比優(yōu)選為1:5.7。

混合后，在保護(hù)氣氛中加熱進(jìn)行反應(yīng)；所述保護(hù)氣氛為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的保護(hù)氣氛即可，并無(wú)特殊的限制，本發(fā)明中優(yōu)選為氬氣；所述反應(yīng)的溫度優(yōu)選為400℃～1000℃，更優(yōu)選為400℃～800℃，再優(yōu)選為600℃～800℃，最優(yōu)選為700℃～800℃；所述反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為1～60min，更優(yōu)選為1～40min，再優(yōu)選為1～30min，再優(yōu)選為1～20min，最優(yōu)選為1～10min；在本發(fā)明提供的一些實(shí)施例中，所述反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為5min。

本發(fā)明利用包含聚氯乙烯的塑料作為還原劑及氯化劑與金屬氧化物反應(yīng)制備單晶金屬，反應(yīng)可以在較低溫度進(jìn)行，能夠有效地抑制單晶金屬間的融合長(zhǎng)大，即可以控制單晶金屬的粒度，使得到的單晶金屬粒度最小可達(dá)數(shù)十納米；且反應(yīng)的終產(chǎn)物為對(duì)環(huán)境無(wú)害的單晶金屬、水、CO/CO₂，可以解決目前回收利用廢棄塑料技術(shù)中存在的污染問(wèn)題，還可以極大地增加回收效率，是國(guó)家提倡的綠色環(huán)保新技術(shù)。

為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種單晶金屬的制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

以下實(shí)施例中所用的試劑均為市售。

實(shí)施例1

將粒度數(shù)百微米的三氧化二鐵與PVC的混合物(重量混合比1：1)在氬氣保護(hù)下加熱至800℃保溫5min后，得到單晶鐵。

利用X射線掃描對(duì)實(shí)施例1中得到的單晶鐵進(jìn)行分析，得到其XRD衍射圖譜，如圖1所示。由圖1可知，氧化鐵已經(jīng)全部被還原為金屬鐵。

利用掃描電子顯微鏡對(duì)實(shí)施例1中得到的單晶鐵進(jìn)行分析，得到其掃描電鏡照片，如圖2所示。由圖2可知，實(shí)施例1中得到的單晶鐵為擁有規(guī)則晶體結(jié)構(gòu)的單晶，粒度分布在數(shù)百納米范圍。

實(shí)施例2

將粒度數(shù)百微米的四氧化三鐵與PVC的混合物(重量混合比1：4)在氬氣保護(hù)下加熱至800℃保溫5min后，得到單晶鐵粉。

利用X射線掃描對(duì)實(shí)施例2中得到的單晶鐵粉進(jìn)行分析，得到其XRD衍射圖譜，如圖3所示。由圖3可知，四氧化三鐵已經(jīng)全部被還原為金屬鐵。

利用掃描電子顯微鏡對(duì)實(shí)施例2中得到的單晶鐵粉進(jìn)行分析，得到其掃描電鏡照片，如圖4所示。由圖4可知，實(shí)施例2中得到的單晶鐵粉為擁有規(guī)則晶體結(jié)構(gòu)的單晶，粒度分布在數(shù)百納米范圍。

實(shí)施例3

將粒度數(shù)十納米的三氧化二鐵與PVC的混合物(重量混合比1：5.7)在氬氣保護(hù)下加熱至700℃保溫5min后，得到單晶鐵粉。

利用X射線掃描對(duì)實(shí)施例3中得到的單晶鐵粉進(jìn)行分析，得到其XRD衍射圖譜，如圖5所示。由圖5可知，三氧化二鐵已經(jīng)全部被還原為金屬鐵。

利用掃描電子顯微鏡對(duì)實(shí)施例3中得到的單晶鐵粉進(jìn)行分析，得到其掃描電鏡照片，如圖6所示。由圖6可知，實(shí)施例3中得到的單晶鐵粉粒度分布在數(shù)十納米范圍。