Исследование кинетики водородного восстановления нанопорошков гидроксида никеля в изотермических условиях

Abstract

Проведено исследование кинетики процесса получения нанопорошка металлического никеля путем водородного восстановления гидроксида никеля Ni(OH)2 в изотермических условиях. Исходный Ni(OH)2 получен методом химического осаждения из водных растворов нитрата никеля Ni(NO3)2 (10 мас. %) и гидроксида натрия NaOH (10 мас. %) при комнатной температуре и pH = 9 с непрерывным перемешиванием реакционной смеси. Процесс водородного восстановления проведен в трубчатой печи в температурном интервале от 275 до 300 °C. Установлено, что константа скорости процесса восстановления гидроксида никеля при температуре 300 °C примерно в 1,86 раза выше, чем при 275 °C. Соответственно за 60 мин восстановления степень превращения при 300 °C оказывается на 1,4 раза больше, что свидетельствует о существенном влиянии температуры на скорость процесса. Рассчитанная энергия активации процесса составляет около 68 кДж/моль, что указывает на кинетический режим реагирования. Показано, что наночастицы никеля, синтезированные водородным восстановлением нанопорошков гидроксида никеля при 300 °C, представляют собой преимущественно плоские чешуйки (средний размер – около 96 нм) со значительной агломерацией.

A study was conducted on the kinetics of obtaining metallic nickel nanopowder through the hydrogen reduction of nickel hydroxide (Ni(OH)2) under isothermal conditions. The initial Ni(OH)2 was obtained by chemical precipitation from aqueous solutions of nickel nitrate (Ni(NO3)2, 10 wt. %) and sodium hydroxide (NaOH, 10 wt. %) at room temperature and pH = 9, with continuous stirring of the reaction mixture. The hydrogen reduction process was carried out in a tubular furnace within a temperature range of 275–300 °C. It was found that the rate constant for nickel hydroxide reduction at 300 °C is approximately 1.86 times higher than at 275 °C. Accordingly, after 60 minutes of reduction, the degree of conversion at 300 °C is 1.4 times greater, indicating a significant effect of temperature on the reaction rate. The calculated activation energy of the process is about 68 kJ/mol, suggesting a kinetic-controlled reaction mechanism. It was shown that nickel nanoparticles synthesized by hydrogen reduction of nickel hydroxide nanopowders at 300 °C predominantly form flat flakes (average size ~96 nm) with significant agglomeration.