球形金粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属粉末技术领域，尤其涉及一种球形金粉及其制备方法。

背景技术

瓷器是人们日常生活中应用最广泛的器皿之一，随着人们物质及文化水平的提升，对陶瓷制品的观赏性和功能性的要求也越来越高，传统的陶瓷产品已不能满足人们的需求。金是人们喜爱的一种贵金属，由于具有很好的装饰性，已经开始被应用到各种瓷器中。

目前国内外制备的微米级金粉一般都应用在电子金浆、导电浆料领域，几乎没有关于陶瓷领域的应用，在陶瓷金浆领域上对于金粉的使用不仅要求其具备较好的分散性，也要求金粉不含有毒有害物质。到目前为止，研究人员已经开发了许多实验方法来制备金粉，然而制备得到的金粉尚不能满足陶瓷领域的应用需求。

现有技术中，公开号为CN1772422A的专利公开了一种装饰用微米级球形金粉的制备方法，通过FeSO

有鉴于此，有必要设计一种球形金粉及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粒度均匀、比表面积小、分散性好，不含有毒有害物质的形状规整且表面光滑的球形金粉及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种球形金粉的制备方法，包括如下步骤：

S1、将预定量的黄金颗粒加入盐酸-过氧化氢溶金溶液中，加热搅拌，同时在反应过程中补加过氧化氢，经过滤得到氯金酸溶液；

S2、对步骤S1制备得到的所述氯金酸溶液进行预处理后，使用碱液对所述氯金酸溶液进行碱处理，形成含金络合物，混匀后加入酸液进行酸处理，得到第一溶液；

S3、将预定量的分散剂溶液倒入步骤S2制备得到的所述第一溶液中，得到第二溶液；再将预定量的还原剂一次性快速倾倒入所述第二溶液中，经搅拌、超声处理得到第三溶液；

S4、取步骤S3制备得到的所述第三溶液中的反应沉淀物，经洗涤、干燥得到球形金粉。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述碱处理的具体操作为：使用碱液将氯金酸溶液的pH值调整至7-8，所述碱液为浓度为10-15wt%的氨水；所述酸处理的具体操作为：使用酸液将氯金酸溶液的pH值调整至1.8以下，所述酸液为浓度为10-20wt%的盐酸。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述预处理为对所述氯金酸溶液进行稀释处理，使得所述氯金酸溶液中氯金酸的浓度为0.01-0.04g/mL。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述黄金颗粒与所述盐酸-过氧化氢溶金溶液中的盐酸和过氧化氢的质量体积比为1 : (3.5-4.0) : (0.5-1)；所述黄金颗粒与补加的过氧化氢的质量体积比为1 : (0.5-1)。

作为本发明的进一步改进，所述盐酸-过氧化氢溶金溶液中的盐酸浓度为6mol/L，过氧化氢浓度为30wt%。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述加热搅拌的加热温度为60-80℃。

作为本发明的进一步改进，所述氯金酸溶液中的氯金酸与所述分散剂的质量比为1 : (0.1-0.25)；所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、柠檬酸、乙二胺四乙酸、聚乙二醇、聚乙烯醇和阿拉伯树胶中任意一种。

作为本发明的进一步改进，所述氯金酸溶液中的氯金酸与所述还原剂的质量比为1 : (1.1-1.5)；所述还原剂包括抗坏血酸、草酸、亚硫酸钠、葡萄糖中任意一种。

作为本发明的进一步改进，步骤S3中，所述搅拌、超声处理具体为：在25-30℃的水浴条件下，以200-300r/min的转速持续搅拌30-60min，同时进行超声处理。

本发明还提供了一种球形金粉，所述球形金粉根据上述技术方案中所述的球形金粉的制备方法制备得到，所述球形金粉表面光滑，粒径为1.0-3.0μm。

本发明的有益效果是：

本发明通过使用盐酸将含金络合物的pH降低至1.8以下，结合还原剂的一次性快速倾倒方式，能使金粉形成形状规整且表面光滑的球形，有效提高其分散性，避免因pH值过高或还原剂倒入第二溶液中速率过慢而使得金粉表面生成毛刺，导致金粉无法形成表面光滑的球形形貌，以及由于毛刺的生成导致的比表面积大而使得粉体容易发生团聚现象。

本发明通过使用特定用量的盐酸和过氧化氢初步溶解黄金，结合加热搅拌过程中过氧化氢的补加处理，能够充分完成黄金的溶解，制备得到一定浓度的氯金酸。与现有的赶硝处理相比，制备工艺简单，且不会产生有毒有害物质，符合环保要求。同时，通过将氯金酸的使用浓度控制在一定范围内，能避免因氯金酸浓度过高导致金粉无法形成球形形貌且表面形成毛刺使得金粉发生团聚现象，同时避免因氯金酸浓度过低导致的金粉尺寸过大的问题，从而制备得到平均粒径在1.0-3.0μm的分散性好的球形金粉。

本发明的球形金粉的制备方法，反应条件安全、制备工艺简单且容易控制，生产周期较短，制备得到的球形金粉粒度均匀、比表面积小、分散性好，无团聚现象，与有机载体浸润性好，且不含有毒有害元素及物质，无须后处理可直接与多种树脂混合，相容性优异，烧结后可均匀附着在陶瓷表面，不易脱落，可广泛用于陶瓷上，包括陶瓷花瓶、陶瓷雕塑品、陶瓷器皿，陶瓷餐具及茶具等。

附图说明

图1为实施例1制备得到的球形金粉的扫描电镜结果。

图2为对比例1制备得到的球形金粉的扫描电镜结果。

图3为对比例2制备得到的球形金粉的扫描电镜结果。

图4为对比例3制备得到的球形金粉的扫描电镜结果。

图5为对比例4制备得到的球形金粉的扫描电镜结果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本发明提供了一种球形金粉的制备方法，包括如下步骤：

S1、将预定量的黄金颗粒加入盐酸-过氧化氢溶金溶液中，加热搅拌，同时在反应过程中补加一定量的过氧化氢至黄金颗粒完全溶解，经溶剂过滤器过滤后得到氯金酸溶液；

S2、将步骤S1制备得到的氯金酸溶液稀释至浓度为0.01-0.04g/mL，使用浓度为10-15wt%的氨水将氯金酸溶液的pH值调整至7-8，形成含金络合物，再使用浓度为10-20wt%的盐酸将氯金酸溶液的pH值调整至1.8以下，得到第一溶液；

S3、将预定量的分散剂溶液倒入步骤S2制备得到的所述第一溶液中，得到第二溶液；再将预定量的还原剂一次性快速倾倒入所述第二溶液中，经搅拌、超声处理得到第三溶液；

S4、取步骤S3制备得到的所述第三溶液中的反应沉淀物，经洗涤、干燥得到球形金粉。

具体的，步骤S1中，黄金颗粒与盐酸-过氧化氢溶金溶液中的盐酸和过氧化氢的质量体积比为1 : (3.5-4.0) : (0.5-1)；盐酸-过氧化氢溶金溶液中的盐酸浓度为6mol/L，过氧化氢浓度为30wt%；黄金颗粒与补加的过氧化氢的质量体积比为1 : (0.5-1)；加热搅拌至黄金颗粒完全溶解，加热温度为60-80℃。

具体的，步骤S3中，所述搅拌、超声处理具体为：在25-30℃的水浴条件下，以200-300r/min的转速持续搅拌30-60min至反应完全，同时将超声细胞粉碎机探头插入液面以下，以20Hz能量输出进行超声处理，至反应完全停止。利用超声波在液体中的分散效应，使球形金粉进一步分散。

具体的，步骤S4中，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、柠檬酸、乙二胺四乙酸、聚乙二醇、聚乙烯醇和阿拉伯树胶中任意一种，以水作为溶剂，分散剂浓度为0.05-0.1g/mL，优选的，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮；氯金酸溶液中的氯金酸与分散剂的质量比为1 : (0.1-0.25)。

具体的，步骤S4中，所述还原剂包括抗坏血酸、草酸、亚硫酸钠、葡萄糖中任意一种，以水作为溶剂，还原剂浓度为0.16~0.32g/mL，优选的，还原剂为抗坏血酸；氯金酸溶液中的氯金酸与还原剂的质量比为1 : (1.1-1.5)。

具体的，步骤S4中，所述干燥温度为60℃，时间为20-30min。

本发明还提供了一种球形金粉，所述球形金粉根据上述方案中所述的球形金粉的制备方法制备得到，所述球形金粉表面光滑，粒径为1.0-3.0μm。

下面结合具体的实施例对本发明提供的球形金粉的制备方法进行说明。

实施例1

本实施例提供了一种球形金粉的制备方法，包括如下步骤：

S1、将10g黄金颗粒放入圆底烧瓶中，加入由35 mL盐酸和10mL过氧化氢混合而成的盐酸-过氧化氢溶金溶液中，在80℃加热搅拌，加热搅拌过程中再将10mL的过氧化氢分两次补加入圆底烧瓶中，待金全部溶解，经过滤后，得到HAuCl

S2、取10mL步骤S1制备得到的HAuCl

S3、根据步骤S2中稀释的氯金酸溶液中的氯金酸含量，称取2.2g抗坏血酸溶于10mL去离子水中，得到还原剂溶液，称取0.5g聚乙烯吡咯烷酮溶于10mL水中，得到分散剂溶液；将分散剂溶液倒入步骤S2制备得到的所述第一溶液中，得到第二溶液；再将还原剂溶液一次性快速倾倒入所述第二溶液中，在30℃水浴条件下，以280r/min的转速持续搅拌30，同时将超声细胞粉碎机探头插入液面以下，以20Hz能量输出进行超声处理30min，得到第三溶液。

S4、将步骤S3制备得到的所述第三溶液静置待固液分层后，将上层清液倒掉，将反应沉淀物用去离子水和乙醇洗涤，之后放置60℃烘箱内干燥，得到平均粒径为1.2μm的球形金粉，如图1所示，金粉呈球状，粒径大小均匀，分散性好，无团聚现象。

在本发明的其他实施例中，可以根据需要适当地调整上述步骤中的各反应参数。例如，在步骤S1中，可以将黄金颗粒与盐酸-过氧化氢溶金溶液中的盐酸和过氧化氢的质量体积比在1 : (3.5-4.0) : (0.5-1)的范围内进行调整，将黄金颗粒与补加的过氧化氢的质量体积比在1 : (0.5-1)的范围内进行调整，并在60-80℃的范围内调整加热搅拌的加热温度；在步骤S2中，稀释的氯金酸溶液中的氯金酸浓度可以在0.01-0.04g/mL的范围内进行调整；在步骤S3中，可以调整分散剂和还原剂的用量，使稀释后的氯金酸溶液中的氯金酸与分散剂的质量比在1 : (0.1-0.25)的范围内，并使稀释后的氯金酸溶液中的氯金酸与还原剂的质量比在1 : (1.1-1.5)的范围内即可，还可以在25-30℃的范围内对搅拌时的水浴条件温度进行调整，并将搅拌时的转速调节至200-300r/min的范围内，将搅拌时间调节至30-60min的范围内。在上述范围内调整反应参数后，制得的球形金粉均为与实施例1类似的表面光滑的球状颗粒，其粒径范围在1.0-3.0μm之间，且具有较好的分散性。

对比例1-5

对比例1-5分别提供了一种金粉的制备方法，与实施例1相比，对比例1的步骤S2中将稀释的氯金酸溶液的pH值调整至3；对比例2将步骤S3中的还原剂以3mL/min速率加入；对比例3的步骤S2中未使用氨水对稀释的氯金酸溶液进行pH调整；对比例4将步骤S2中HAuCl

其中，对比例5中将过氧化氢一次性加足，不进行补加，而高温过程使得过氧化氢分解，导致步骤S1中金颗粒溶解不完全，严重影响金粉的得率，后续步骤也不便实施。其余对比例提供的方法均能够保证金颗粒溶解完全，得到相应的金粉产物，但各对比例制得的金粉的形貌存在明显差异。

对实施例1的金粉含量及成分进行检测，检测结果如表1所示。对实施例1和对比例1-4的金粉的形貌进行检测，检测结果如图1-5所示。

表1 实施例1制备得到的金粉的含量及其他成分表

根据表1可以看出，实施例1制备的金粉中金含量较高，几乎不含有毒有害元素及物质。由图1可以看出，根据本发明的方法制备得到的金粉粉体表面光滑且为规整的球状，粒度均匀且分散性好。当对比例1将酸处理的pH调整至3时，制备得到的金粉的表面光滑程度降低，且粉体表面生长出毛刺状物质，不能形成表面光滑的球状；此外，制备的金粉粒径较小，易团聚（图2）；当对比例2中还原剂的加入速率过慢时，制备得到的金粉表面亦会形成毛刺，且金粉粒径较小（图3）；对比例3中，在金粉制备过程中未使用氨水调节pH处理，得不到球状金粉，且制备的金粉形貌不规则，颗粒不分散（图4）；在对比例4中所用的氯金酸溶液浓度过高时，制备得到的金粉粒径在100-200nm之间，且团聚严重，分散性较差（图5）;此外，制备的金粉烘干后呈黑褐色。

综上所述，本发明公开的球形金粉及其制备方法，通过使用盐酸将含金络合物的pH降低至1.8以下，结合还原剂的一次性快速倾倒方式，能使金粉形成形状规整且表面光滑的球形，有效提高其分散性；避免因反应液pH值过高或还原剂倒入第二溶液中速率过慢而使得金粉表面不光滑，及生有毛刺状，导致其比表面积大而使得粉体容易发生团聚现象。同时通过将氯金酸的使用浓度控制在一定范围内，能避免因氯金酸浓度过高导致金粉粒径过小，使得金粉发生团聚现象，同时避免因氯金酸浓度过低导致金粉尺寸过大，从而制备得到平均粒径在1.0-3.0μm的球形度较高、分散性较好的球形金粉。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。