專利名稱：超細金屬氧化物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明利用電解的方法制備用超細金屬氧化物。
背景技術(shù)：
超細金屬氧化物，其粒子粒徑范圍在1～100nm之間。在性能上與同組成的微米晶粒材料有著非常顯著的差異。隨著其氧化物的超微化，其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了宏觀物體所不具有的表面效應(yīng)，納米材料由于具有特異的光、電、磁、熱、聲、力、化學(xué)和生物學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于宇航、國防工業(yè)、磁記錄設(shè)備、計算機工程、環(huán)境保護、化工、醫(yī)藥、生物工程和核工業(yè)等領(lǐng)域。納米材料制備和應(yīng)用愈來愈為人們所重視，其中其材料的制備已經(jīng)成為今天材料研究的熱點之一。隨著納米材料制備技術(shù)的不斷開發(fā)及應(yīng)用范圍的拓展，必將對傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)和其它產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響。本方法采用利用陰離子交換膜為隔膜把電解槽分陰、陽極兩室，在電解過程中，在陰極室中得到其相應(yīng)鹽的氫氧化物沉淀，高溫灼燒制備超細金屬氧化物，工藝簡單，方法易行，有廣闊的應(yīng)用前景和較好的經(jīng)濟效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于利用電解的方法制備超細金屬氧化物。該方法利用陰離子交換膜(5)為隔膜把電解槽(8)分為陽極室(3)和陰極室(9)兩室，在電解的過程中，控制不同的電流密度。在陰極室(9)中陰極電離產(chǎn)生OH-與其金屬鹽溶液中相應(yīng)金屬離子均勻沉淀出來。由于較好控制其生成速度，就可避免濃度不均勻現(xiàn)象，使過飽和度控制在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，從而控制粒子的生長速度，獲得凝聚少、純度高的超細金屬氫氧化物。
本方法采用在液相溶液中利用陰離子交換膜(5)為隔膜兩室電解的方法，在陰極室(9)電解溶液能夠釋放出氫氣或消耗氫離子，在金屬氯化物鹽溶液中，反應(yīng)方程式如下
在金屬硝酸鹽溶液中，反應(yīng)方程式如下
硫酸鹽溶液中，反應(yīng)方程式如下
同時，有其金屬鹽氫氧化物沉淀析出，反應(yīng)方程式如下
由于陰極(6)均勻緩釋OH-，在安裝有陰極(6)的攪拌器(7)的強烈攪拌作用下，并能夠達到微晶體形成的有效外部環(huán)境，同時也可避免其氫氧化物沉淀沉積到陰極上，從而形成超細金屬氫氧化物沉淀。同時陰極室(9)的陰離子通過陰離子膜(5)有效傳遞電荷或提供陽極(4)上電解的陰離子，在陽極室(3)電解過程中，有氯氣或氧氣等氣體放出。
在金屬氯化物鹽溶液中，反應(yīng)方程式如下
在硝酸鹽鹽溶液中，反應(yīng)方程式如下 在硫酸鹽溶液中，反應(yīng)方程式如下 由于電解槽陰極室(9)金屬離子不能穿越陰離子膜，只能在陰極室(9)中與緩釋的OH-均勻沉淀，得到超細氫氧化物沉淀。在陽極室(3)中電解得到氯氣或氧氣等氣體的同時，在陰極室(9)中電解得到氫氣或有效消耗氫離子，并緩釋出OH-與金屬離子均勻沉淀，形成其金屬氫氧化物沉淀，對其沉淀過濾、洗滌，干燥，即可得到其超細氫氧化物。對不同的氫氧化物在不同的溫度下灼燒可以得到其超細氧化物，其粒子粒徑范圍主要分布在40～100nm.之間。
用電解法制備超細金屬氧化物的金屬適用范圍鎂，鈦，鋁，鋯，鋅，鈣，鑭系和錒系金屬。


參見附1為本發(fā)明電解裝置示意圖附圖1說明1直流電源2陽極室排氣孔3陽極室4陽極5陰離子交換膜6陰極7安裝有陰極電極的攪拌器8電解槽9陰極室10陰極室排氣孔11安裝在攪拌器上的陰極接線轉(zhuǎn)換裝置圖2為本發(fā)明電解工藝原理示意圖用電解法制備超細金屬氧化物的應(yīng)用范圍的制備實例此處實例并不代表此方法僅能制備以下超細金屬氧化物，具體適用范圍見用電解法制備超細金屬氧化物的金屬適用范圍。
制備實例11在電解槽(8)之間安裝陰離子交換膜(5)，從而把電解槽(8)分為陰、陽極兩室，在兩室中分別加入0.50mol/dm3氯化鈰溶液，電流密度控制在0.08A/cm2左右，在陽極室(3)電解得到氯氣和氧氣，在陰極室(9)電解有氫氣釋放，如反應(yīng)前用氮氣置換，在安裝有陰極的一體攪拌器(7)的強烈攪拌作用下，可得到Ce(OH)3沉淀，過濾，洗滌，在650℃高溫分解，也可出60～100nm的CeO2；也可使陰極室(9)為開放體系，直接利用空氣中的氧氣氧化Ce3+，在該體系中水解得到CeO2·2H2O，利用此法可得到60～100nm的金屬氧化物。
制備實例2在電解槽(8)之間安裝陰離子交換膜(5)，從而把電解池分為陰、陽極兩室，在兩室中分別加入0.25mol/dm3硝酸鎂溶液，電流密度控制在0.10A/cm2左右，在電解過程中，陽極室(3)有氧氣釋放，在陰極室(9)內(nèi)，電解得到氫氣或有效消耗氫離子同時做到緩釋出OH-，在安裝有陰極的一體攪拌器(7)的強烈攪拌作用下，可制備出Mg(OH)2沉淀，過濾，洗滌，在500℃高溫分解，也可出60～80nm的MgO。
權(quán)利要求
1.用電解方法制備超細金屬氧化物的主要特征及制備過程，其主要特征及制備工藝過程如下a.用陰離子交換膜(5)把電解槽(8)分隔為只有陰離子能夠自由通過陰離子交換膜的陽極室(3)和陰極室(9)，而兩室中的陽離子不能通過。b.在陰極室(9)和陽極室(3)內(nèi)分別加入濃度控制在0.01～6.00mol/dm3之間的需制備其金屬氧化物的鹽溶液。由于陰離子交換膜(5)的存在，在電解過程中，在陽極室(3)內(nèi)的陽極(4)上其金屬鹽溶液電解釋放出氯氣或氧氣等氣體；在陰極室(9)內(nèi)的陰極(6)上電解其金屬鹽溶液能夠釋放出氫氣或消耗氫離子，由于電解槽(8)陰極室(9)內(nèi)的金屬離子不能穿越陰離子膜(5)，在與陰極安裝一體的攪拌器(7)強烈攪拌作用下，只能在陰極室(9)中與陰極(6)緩釋的OH-均勻沉淀，而陰離子在電場作用下穿越陰離子交換膜(5)到達陽極室(3)電解或起到傳遞電荷導(dǎo)電的作用。對陰極室(9)的氫氧化物沉淀過濾、洗滌，干燥，即可得到其超細氫氧化物。對不同的其氫氧化物在不同的溫度下灼燒可以得到其超細氧化物。c.電流密度控制在0.01～0.80A/cm2范圍。
2.陰極(6)為安裝在攪拌器(7)上并與其形成一體的電極。既作為電極電解，又起到攪拌的作用，可避免電極上的沉積。
3.用電解法制備超細金屬氧化物的金屬適用范圍鎂，鈦，鋁，鋯，鋅，鈣，鑭系和錒系金屬。
全文摘要
本發(fā)明采用電化學(xué)方法制備超細金屬氧化物，該方法利用陰離子交換膜(5)把電解槽(8)分隔為陽極室(3)和陰極室(9)。向兩室分別加入需制備其金屬氧化物的鹽溶液，控制不同的電解電壓，在兩極上有氣體釋放出來的同時，在陰極室(9)中，由于陰極(6)消耗溶液中的H
文檔編號C25B1/00GK1683594SQ20051005338
公開日2005年10月19日 申請日期2005年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月14日
發(fā)明者孫都成, 景介輝 申請人:新疆大學(xué)