本發(fā)明涉及一種用于超聲-電沉積耦合制超細鐵-鎳合金催化劑的電解液，屬于功能金屬合金材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鐵-鎳合金具有特殊的物理、化學(xué)性能及優(yōu)良的機械性能。鐵-鎳合金可以作為催化加氫的催化劑，粒徑在1μm-10μm，鐵含量在30％-70％(摩爾百分數(shù))的粉狀鐵-鎳合金催化劑具有非常廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。現(xiàn)有制備技術(shù)主要有化學(xué)法、機械破碎法、電沉積法等。其中電沉積法是在較低濃度的金屬離子溶液中，采用陰極還原技術(shù)電化學(xué)沉積得到合金，及時將陰極還原得到的金屬粉脫離陰極板，從而得到超細金屬粉體。

用電沉積法制備粉狀鐵-鎳合金催化劑主要存在以下問題：

(1)如何有效控制所制得的鐵-鎳合金的組成，實現(xiàn)鐵-鎳合金組成和粒度的調(diào)控。

(2)通常電沉積制備的鐵-鎳合金粉在電極上為松散結(jié)構(gòu)，電極會很快失去活性，故很難連續(xù)進行。

(3)如何將沉積在電極上的金屬粉從電極上剝離是電沉積制備粉體材料需解決的重要技術(shù)問題。

(4)在大電流密度下，雖然沉積速率高，但存在沉積電流效率低的問題，而且制得的沉積產(chǎn)物粒徑大的問題。

(5)為了滿足產(chǎn)物的使用要求，通常要求粒徑在1μm-10μm，但是采用電沉積制備鐵-鎳合金粉難以滿足粒度要求。

超聲-電沉積耦合是有效解決以上問題的技術(shù)。利用超聲空化所產(chǎn)生的高速微射流可強化傳遞過程，降低邊界層厚度，減小極化。另外，超聲波還可以降低電沉積過程中顆粒的團聚，使粒度均勻。

采用超聲-電沉積耦合技術(shù)制鐵-鎳合金粉狀催化劑仍然存在以下問題：

(1)如何有效控制超聲-電沉積耦合制鐵-鎳合金粉過程中電解液的組成，獲得組成相對穩(wěn)定和滿足連續(xù)操作的電解液。

(2)如何防止所制得的鐵-鎳合金粉的氧化。

(3)如何解決所制得的鐵-鎳合金粉的團聚問題。

因此，研發(fā)滿足超聲-電沉積耦合制超細鐵-鎳合金催化劑過程需要的電解液具有非常重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于制備一種電解液，以滿足超聲-電沉積耦合連續(xù)化制備超細鐵-鎳合金催化劑過程的要求，獲得組成、粒度及形貌可控的超細鐵-鎳合金粉狀催化劑，同時滿足催化劑后處理、存儲以及使用的要求。

實現(xiàn)上述目的技術(shù)方案是：

一種用于超聲-電沉積耦合制超細鐵-鎳合金催化劑的電解液，其特征是：

(一)電解液組成：以硫酸亞鐵和硫酸鎳作為制備鐵-鎳合金的前驅(qū)體，三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸作為緩沖劑，烷基糖苷作為鐵-鎳合金催化劑粉體的分散劑，烷基糖苷和三氟甲基磺酸鹽作為鐵-鎳合金催化劑粉體的表面保護劑，水作為溶劑。電解液中fe²⁺、ni²⁺濃度分別在0.01mol·l^-1-0.40mol·l^-1之間，三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸濃度分別在0.10mol·l^-1-0.40mol·l^-1之間，三氟甲基磺酸鹽與檸檬酸的摩爾比1.0:(1.2-2.0)，烷基糖苷的添加量為電解液質(zhì)量百分含量的0.1％-1.0％。

(二)電解液配制：首先在電解液配制設(shè)備中，將水、三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸混合；然后加入主鹽硫酸亞鐵和硫酸鎳混合成溶液；最后加入烷基糖苷表面活性劑。

進一步，其特征在于，所述的三氟甲基磺酸鹽為三氟甲基磺酸鋰、三氟甲基磺酸鈉、三氟甲基磺酸鉀中的任意一種或者任意組合。

進一步，其特征在于，所述的烷基糖苷為辛烷基葡糖苷、癸烷基聚葡萄糖苷、十二烷基糖苷、十四烷基糖苷、十六烷基葡萄糖苷、十八烷基糖苷中的任意一種或任意的組合，所述烷基糖苷的葡萄糖聚合度為1.6-2.0。

進一步，其特征在于，所述電解液配制設(shè)備為釜式攪拌設(shè)備、管式混合設(shè)備、靜態(tài)混合設(shè)備中的任意一種。

本發(fā)明采用的技術(shù)原理：

(1)選用三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸作為緩沖劑，同時檸檬酸根與金屬離子有較強的配位作用，一方面可縮小金屬離子間的電極電位差，另一方面可穩(wěn)定亞鐵離子防止其被氧化成三價的鐵離子，有利于鎳和鐵的共沉積。

(2)在電解液中添加烷基糖苷表面活性劑，利用表面活性劑的成膜作用，可以實現(xiàn)超聲-電沉積耦合制鐵-鎳合金粉狀催化劑過程中催化劑形貌和粒度的調(diào)控；表面活性劑在催化劑的后處理過程中，還可以防止顆粒團聚；同時也可以防止金屬的氧化。

(3)鐵-鎳合金粉狀催化劑在干燥、存儲以及使用時，為了防止催化劑表面的氧化，常使用表面保護試劑進行保護。因此，在電解液中添加三氟甲基磺酸鹽和烷基糖苷可以對鐵-鎳合金粉狀催化劑起到表面保護作用。

(4)在電解液配制過程中，首先將水、三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸混合，獲得具有偏酸性的水溶液；然后加入主鹽硫酸亞鐵和硫酸鎳混合成溶液，可以防止主鹽水解析出，形成穩(wěn)定的水溶液；最后加入烷基糖苷表面活性劑，為形成穩(wěn)定的電解液以及保護沉積產(chǎn)物創(chuàng)造條件。

本發(fā)明的優(yōu)點體現(xiàn)在：

(1)本發(fā)明的電解液針對超聲-電沉積耦合制超細鐵-鎳合金催化劑的特殊性，特別是在電解液中添加了三氟甲基磺酸鹽和烷基糖苷，利用三氟甲基磺酸鹽和烷基糖苷在系統(tǒng)中特殊性，通過電化學(xué)沉積-超聲剝離耦合技術(shù)以及顆粒分散-表面保護技術(shù)，使超細鐵-鎳合金催化劑的制備不僅工藝簡單，而且可實現(xiàn)產(chǎn)物的組成、粒度及形貌的調(diào)控。

(2)選用三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸作為緩沖劑，可以使電解液在電沉積過程中ph值穩(wěn)定，而且可以使電解液處在弱酸條件下，滿足了電沉積過程的要求。

(3)將烷基糖苷表面活性劑作為電化學(xué)沉積過程的添加劑，該添加劑的加入有利于改善并調(diào)控鐵-鎳合金粉狀催化劑的形貌；添加劑還可以提高合金粉的分散性，避免合金粉的團聚，有效控制了合金的粒度。

(4)在有氧存在的情況下，超細鐵-鎳合金粉體易被氧化，該電解液中添加烷基糖苷、三氟甲基磺酸鹽可以防止金屬的氧化，不僅為產(chǎn)物的保護和后期使用提供了有利條件，而且改善了產(chǎn)物的性能。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明作進一步的說明。

實施例1

電解液配制：首先在釜式攪拌電解液配制設(shè)備中，將水、三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸混合；然后加入主鹽硫酸亞鐵和硫酸鎳混合成溶液；最后加入烷基糖苷表面活性劑。

制得的電解液組成：fe²⁺、ni²⁺濃度分別為0.01mol·l^-1和0.40mol·l^-1，三氟甲基磺酸鋰和檸檬酸分別為0.10mol·l^-1和0.20mol·l^-1，以辛烷基葡糖苷為表面活性劑，其葡萄糖聚合度為1.6，添加量為電解液質(zhì)量百分含量的0.6％。

采用該電解液制超細鐵-鎳合金催化劑的操作步驟如下：

(1)基體電極的預(yù)處理：以銅為基體電極，將其進行拋光打磨、洗滌除油、清洗、干燥。

(2)超聲-電沉積耦合制超細鐵-鎳合金：超聲波發(fā)生裝置為探頭式超聲波發(fā)生器，超聲頻率為15khz，超聲作用強度為0.2w·cm^-2。以銅電極為陰極、鎳為陽極，在超聲作用下進行恒電流電沉積，操作電流密度為20ma·cm^-2，操作溫度為50℃，電沉積時間為15min。

(3)固液分離：在固液分離設(shè)備中，將上一步得到的固液混合物進行分離，所得到的固相物料進入下一步。

(4)洗滌：固相物料經(jīng)過水洗及乙醇洗滌除去雜質(zhì)，洗滌后的固相物料進入下一步。

(5)干燥：將上一步得到的固相物料置于真空干燥箱中，在80℃下將物料干燥至恒重，得到超細鐵-鎳合金催化劑粉體。

實施例2

電解液配制：首先在管式混合電解液配制設(shè)備中，將水、三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸混合；然后加入主鹽硫酸亞鐵和硫酸鎳混合成溶液；最后加入烷基糖苷表面活性劑。

制得的電解液組成：fe²⁺、ni²⁺濃度分別為0.02mol·l^-1和0.20mol·l^-1，三氟甲基磺酸鈉和檸檬酸的濃度分別為0.20mol·l^-1和0.40mol·l^-1，以癸烷基聚葡萄糖苷為表面活性劑，其葡萄糖聚合度為1.8，添加量為電解液質(zhì)量百分含量的0.4％。

采用該電解液制超細鐵-鎳合金催化劑的操作步驟如下：

(1)基體電極的預(yù)處理：以銅為基體電極，將其進行拋光打磨、洗滌除油、清洗、干燥。

(2)超聲-電沉積耦合制超細鐵-鎳合金：超聲波發(fā)生裝置為探頭式超聲波發(fā)生器，超聲頻率為15khz，超聲作用強度為0.2w·cm^-2。以銅電極為陰極、鎳為陽極，在超聲作用下進行恒電流電沉積，操作電流密度為20ma·cm^-2，操作溫度為25℃，電沉積時間為60min。

(3)～(5)步同實施例1。

實施例3

電解液配制：首先在靜態(tài)混合電解液配制設(shè)備中，將水、三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸混合；然后加入主鹽硫酸亞鐵和硫酸鎳混合成溶液；最后加入烷基糖苷表面活性劑。

制得的電解液組成：fe²⁺、ni²⁺濃度分別為0.40mol·l^-1和0.40mol·l^-1，三氟甲基磺酸鉀和檸檬酸的濃度分別為0.30mol·l^-1和0.40mol·l^-1，以十八烷基糖苷為表面活性劑，其葡萄糖聚合度為2.0，添加量為電解液質(zhì)量百分含量的1.0％。

采用該電解液制超細鐵-鎳合金催化劑的操作步驟如下：

(1)基體電極的預(yù)處理：以銅為基體電極，將其進行拋光打磨、洗滌除油、清洗、干燥。

(2)超聲-電沉積耦合制超細鐵-鎳合金：超聲波發(fā)生裝置為探頭式超聲波發(fā)生器，超聲頻率為15khz，超聲作用強度為0.2w·cm^-2。以銅電極為陰極、鎳為陽極，在超聲作用下進行恒電流電沉積，操作電流密度為20ma·cm^-2，操作溫度為35℃，電沉積時間為30min。

(3)～(5)步同實施例1。

本發(fā)明不限于上述實施例，凡采用等同替換或等效替換形成的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。除上述各實施例，本發(fā)明的實施方案還有很多，凡采用等同或等效替換的技術(shù)方案，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。