电解法制备超细金属氧化物.pdf

本发明采用电化学方法制备超细金属氧化物，该方法利用阳离子交换膜(5)把电解槽(8)分隔为阳极室(3)和阴极室(9)。向阳极室(3)加入需制备金属氧化物的盐溶液，控制不同的电解电压，阳极室(3)的金属离子能够通过阳离子交换膜到达阴极室(9)，由于阴极(6)消耗阴极室内溶液中的H+离子，就会释放出OH－离子与其金属离子生成金属氢氧化物，均匀沉淀出来，对其在阴极室(9)的沉淀过滤、洗涤，干燥，即可得到其超细氢氧化物。对其不同的氢氧化物在不同的温度下灼烧可以得到其超细氧化物，其粒子粒径范围主要分布在60－100nm之间。此方法的特点：具有工艺简单，操作条件容易控制，该方法具有广阔的应用前景和较好的经济效益。

1.  用电解方法制备超细金属氧化物的主要特征及制备过程，其主要特征及制备工艺过程如下：
a.用阳离子交换膜(5)把电解槽(8)分隔为只有阳离子能够自由通过阳离子交换膜的阳极室(3)和阴极室(9)，而两室中的阴离子不能通过。
b.在阳极室(3)内加入浓度控制在0.01～6.00mol/dm³之间的需制备其金属氧化物的盐溶液。由于阳离子交换膜(5)的存在，在电解过程中，阳极室(9)内的金属离子能够穿越阳离子膜(5)进入阴极室，在搅拌器(7)的强烈搅拌作用下，在阴极室(9)中与阴极(6)缓释的OH^-(在阴极上不断有H⁺消耗，溶液pH不断升高)均匀生成氢氧化物沉淀。对阴极室(9)的氢氧化物沉淀过滤、洗涤，干燥，即可得到其超细氢氧化物。对不同的氢氧化物在不同的温度下灼烧可以得到其超细氧化物。
c.电流密度控制在0.01～0.80A/cm²范围。

2.  用电解法制备超细金属氧化物的金属适用范围：镁，钛，铝，锆，锌，钙。

电解法制备超细金属氧化物
                   技术领域
本发明利用电解的方法制备用超细金属氧化物。
                   背景技术
超细金属氧化物，其粒子粒径范围在1～100nm之间。在性能上与同组成的微米晶粒材料有着非常显著的差异。随着其氧化物的超微化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，具有特异的光、电、磁、热、声、力、化学和生物学性能，广泛应用于宇航、国防工业、磁记录设备、计算机工程、环境保护、化工、医药、生物工程和核工业等领域。超细金属氧化物的制备和应用愈来愈为人们所重视，其中其材料的制备已经成为今天材料研究的热点之一。随着纳米材料制备技术的不断开发及应用范围的拓展，必将对传统的化学工业和其它产业产生重大影响。本方法采用利用阳离子交换膜(5)为隔膜把电解槽分阴、阳极两室，在电解过程中，阳极室(3)的金属离子通过阳离子交换膜(5)在阴极室(9)中得到其相应盐的氢氧化物沉淀，高温灼烧制备超细金属氧化物，工艺简单，方法易行，有广阔的应用前景和较好的经济效益。
                    发明内容
本发明目的在于：利用电解的方法制备超细金属氧化物。该方法利用阳离子交换膜(5)为隔膜把电解槽(8)分为阳极室(3)和阴极室(9)两室，控制阴极(6)不同的电流密度，在电解的过程中，阳极室(3)的金属离子通过阳离子交换膜(5)到达阴极室。在阴极室(9)中电离产生地OH^-与其金属离子均匀生成氢氧化物沉淀出来。由于较好控制其生成速度，就可避免浓度不均匀现象，使过饱和度控制在适当的范围内，从而控制粒子的生长速度，获得凝聚少、纯度高的超细金属氢氧化物。
本方法采用在阳极室(3)加入要制备其金属氧化物的盐溶液，在电解过程中，其金属离子在电场作用下，通过阳离子交换膜(5)到达阴极室(9)。阳离子交换膜既起到传递阳离子载体的作用，又有分隔电解槽分离的作用。同时在阳极室(3)电解过程中，阳极(4)上有氯气放出。
在金属氯化物盐溶液中，反应方程式如下：

在阴极室(9)电解溶液能够释放出氢气或消耗氢离子。
在金属氯化物盐溶液中，反应方程式如下：

在金属硝酸盐溶液中，反应方程式如下：

硫酸盐溶液中，反应方程式如下：


由于阴极(6)的OH^-不断以恒定速度释放，与穿过阳离子交换膜(5)到达阴极室(9)的金属离子均匀形成氢氧化物沉淀析出，反应方程式如下：

阳极室(3)的金属阳离子通过阳离子膜(5)进入阴极室，由于阴极室(9)在电解中得到氢气或有效消耗氢离子，并缓释出OH^-与金属阳离子均匀沉淀。又由于阴极(6)均匀缓释OH^-，在搅拌器(7)的强烈搅拌作用下，并能够达到微晶体形成的有效外部环境，同时也可避免其氢氧化物沉淀沉积到阴极上，从而在阴极室(9)内金属阳离子与OH^-形成超细金属氢氧化物沉淀。对其沉淀过滤、洗涤，干燥，即可得到其超细氢氧化物或氧化物。对不同的氢氧化物在不同的温度下灼烧可以得到其超细氧化物，其粒子粒径范围主要分布在60～100nm.之间。
用电解法制备超细金属氧化物的金属适用范围：镁，钛，铝，锆，锌，钙。
                    附图说明
参见附图
图1为本发明电解装置示意图
1直流电源  2阳极室排气管  3阳极室  4阳极(正极)  5阳离子交换膜  6阴极(负极)  7安装有阴极的搅拌器  8电解槽  9阴极室  10阴极室排气管  11搅拌器电机及负极接线转换装置
图2为本发明电解工艺原理示意图
用电解法制备超细金属氧化物的应用范围的制备实例
此处实例并不代表此方法仅能制备以下超细金属氧化物，具体适用范围：见用电解法制备超细金属氧化物的金属适用范围。
制备实例1
1在电解槽(8)之间安装阳离子交换膜(5)，从而把电解槽分为阴、阳极两室，在阳极室(3)和阴极室中分别加入1.00mol/dm³氯化镁和2.00mol/dm³氯化钠溶液，阴极(6)的电流密度控制在0.08A/cm²左右，在电场作用下，阳极室(3)内的Mg²⁺不断通过阳离子交换膜(5)到达阴极室(9)。在阳极室(3)电解得到氯气，在阴极室(9)电解有氢气释放，在阴极室内的搅拌器(7)的强烈搅拌作用下，可得到Mg(OH)₂沉淀，过滤，洗涤，在550℃高温分解，可得到粒度主要分布在60～100nm的MgO粒子。
制备实例2
在电解槽(8)之间安装阳离子交换膜(5)，从而把电解池分为阴、阳极两室，在两室中分别加入1.00mol/dm³氯化钠和1.00mol/dm³氯化铝溶液，阴极(6)的电流密度控制在0.10A/cm²左右，在电解过程中，阳极室(3)的Al³⁺不断通过阳离子交换膜(5)到达阴极室。阳极室(3)有氯气释放，在阴极室(9)内，电解得到氢气或有效消耗氢离子同时做到缓释出OH^-，控制溶液的pH小于7.5左右，在搅拌器(7)的强烈搅拌作用下，可制备出Al(OH)₃沉淀，过滤，洗涤，在600℃高温分解，也可出粒度主要分布在60～100nm的Al₂O₃。