專利名稱：超聲－電場耦合金屬鋁原電池反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超聲-電場耦合金屬鋁原電池反應器，用于制備高純氧化鋁粉末，屬于高純氧化鋁粉末制備領域特殊裝置。
背景技術：
國內外高純氧化鋁粉體的制備方法有多種，但生產周期長，工序復雜，過程環(huán)節(jié)多，純度難控制，生產成本高，環(huán)境污染嚴重，能源消耗大。發(fā)明專利“超聲活化金屬鋁水解制備Al2O3的方法”(CN101332997)利用金屬鋁化學活性較高，在活性狀態(tài)的鋁遇水后會發(fā)生水解反應的特點，利用超聲活化工藝消除金屬鋁表面致密氧化膜的影響，有效地促進金屬鋁的水解反應，成功地制備了高純氧化鋁粉末， 該工藝流程短、比容小、雜質容易控制，環(huán)境友好。但反應歷程仍受限于金屬鋁表面活化的程度。金屬鋁作為一種活潑金屬，具有較大的電極電位(-2. 7V)，可與氧電極構成高效的放電原電池(鋁-空氣電池)。鋁-空氣電池作為電動汽車的大功率電源在上個世紀80年代得以較為深入的研究，其具有能量密度大、質量輕、無污染、長壽命、高可靠性和使用安全等特點，同時也存在著一些不容忽視的問題，如(1)金屬鋁與氧之間有很強的親和力，在空氣和水溶液中，表面生成一層致密的鈍化氧化膜，使鋁在中性溶液中的電極電位達不到應有的理論電極電位，同時還造成放電時的電壓滯后現(xiàn)象。( 鋁為典型的兩性金屬，活潑性較高，易與酸、堿作用迅速被腐蝕。(3)在堿性溶液中盡管電位可達-14V(vs Hg/HgO)，可直接作為堿性溶液中的陽極材料，但鋁在堿性溶液中自放電較大，產生大量氫氣，降低了電極的利用率，影響電池正常工作。由于以上問題，鋁-空氣電池一直難以作為動力電源使用。而從事物的另一方面可知，阻礙其作為電池應用的一些特點恰好可以利用制備高純氧化鋁粉末。但金屬鋁表面致密的氧化膜不管對于鋁-空氣電池還是對于制備高純氧化鋁粉末而言都是一個技術障礙。
發(fā)明內容本實用新型目的在于提供一種超聲-電場耦合金屬鋁原電池反應器，用于制備高純氧化鋁粉末。它即可有效地促進鋁-空氣電池的原電池反應進行，也可促進下列金屬鋁水解反應的進行。本實用新型的目的是這樣完成的金屬鋁原電池反應器包括超聲控制器(1)、反應器外不銹鋼層(2)、溶液浴外加熱層⑶)、惰性電極(4)、電流表(5)、攪拌器(6)、鋁箔電極(7)、反應器內不銹鋼層⑶，內襯聚四氟乙烯和超聲換能頭(9)；其中，超聲換能頭(9)固定于反應器底部或采用連接于反應器底部；溶液浴層C3)為雙層，溶液浴溫度在50 100°C，用外加熱循環(huán)和內加熱兩種方式；鋁箔電極和惰性電極之間以電流表( 或其他電阻負載形式連接。所述超聲發(fā)生裝置的超聲頻率在20KHZ 2000KHZ，超聲功率為IOW 3000W。[0010]所述鋁箔電極可在市場上采購，或采用軋制、裁剪等方式制造，尺寸可根據(jù)反應器大小確定，不做特定要求，金屬鋁純度范圍在99 99. 999%之間。所述惰性電極為鉬電極、鈀銀電極、釕鈦電極或鍍鉬鈦陽極材料，形狀為片、網、 帶、絲或束，惰性電極表面積是鋁箔電極表面積的1. 2 5倍。所述反應介質為純水或其他無機或有機堿性溶液，純水的電阻率在1 20ΜΩ. cm0該實用新型設備是基于超聲電化學基本原理，在純水體系中，于超聲作用下構造金屬鋁-空氣的原電池電極反應，以超聲場的空化作用對高純金屬鋁表面進行原位活化， 可促進金屬鋁表面活化，并進而促進金屬鋁-空氣的原電池反應和金屬鋁的水解反應。本實用新型金屬鋁原電池反應器，包括(1)超聲控制器、(2)反應器外層(不銹鋼)、⑶溶液浴層(外加熱)、⑷惰性電極、(5)電流表、(6)攪拌器、(7)鋁箔電極、⑶ 反應器內層(不銹鋼，內襯聚四氟乙烯)和(9)超聲換能頭；其中，超聲換能頭(9)固定于反應器底部或采用連接于反應器底部；溶液浴層C3)為雙層，溶液浴溫度在50 100°C，用外加熱循環(huán)和內加熱兩種方式；鋁箔電極和惰性電極之間以電流表( 或其他電阻負載形式連接。由于在此裝置中，在超聲-電場耦合條件下，金屬鋁-空氣的原電池反應和金屬鋁的水解反應平和可控，所獲得高純Al (OH) 3凝膠一次粒徑小，可達納米尺度，粒度分布均勻， 活性高，流動性好。本實用新型裝置原理簡單，結構簡潔、能耗低、環(huán)境友好、無環(huán)境污染，是一種持續(xù)、高效，非接觸式的物理活化方式，能使得金屬鋁表面水溶液環(huán)境中處于激活狀態(tài)，即可有效地促進鋁-空氣電池的原電池反應進行，也可促進下列金屬鋁水解反應的進行。

圖1為本實用新型的金屬鋁原電池反應器。圖中，1、超聲控制器、2、反應器外層(則不銹鋼外層)、3、水浴層(，是外加熱層)、 4、惰性電極、5、電流表、6、攪拌器、7、鋁箔電極、8、反應器內層(不銹鋼，內襯聚四氟乙烯)、 9、超聲換能頭。
具體實施方式
以下結合附圖以實例進一步說明本實用新型的實質內容，但本發(fā)明的內容并不限于此。如圖1，本實用新型的金屬鋁原電池反應器，包括超聲控制器1、反應器外不銹鋼層2、溶液浴外加熱層3、惰性電極4、電流表5、攪拌器6、鋁箔電極7、反應器內不銹鋼層8， 內襯聚四氟乙烯和超聲換能頭9 ；其中，超聲換能頭9固定于反應器底部或采用連接于反應器底部；溶液浴層3為雙層，溶液浴溫度在50 100 °C，用外加熱循環(huán)和內加熱兩種方式； 鋁箔電極和惰性電極之間以電流表5或其他電阻負載形式連接。其中，超聲換能頭9固定于反應器底部或采用連接于反應器底部；水浴層3為雙層，水浴溫度在50 100°C，用外加熱循環(huán)和內加熱兩種方式；鋁箔電極和惰性電極之間以電流表5或其他電阻負載形式連接。超聲發(fā)生裝置的超聲頻率在20KHZ 2000KHZ，超聲功率為IOW 3000W。鋁箔電極可在市場上采購，或采用軋制、裁剪等方式制造，尺寸可根據(jù)反應器大小確定，不做特定要求，金屬鋁純度范圍在99 99. 999%之間。惰性電極為鉬電極、鈀銀電極、釕鈦電極或鍍鉬鈦陽極材料，形狀為片、網、帶、絲或束，惰性電極表面積是鋁箔電極表面積的1. 2 5倍。反應介質為純水或其他無機或有機堿性溶液，純水的電阻率在 1 20ΜΩ. cm。實施例1 反應器內膽采用內襯采用聚四氟乙烯的不銹鋼制備(厚度0.8mm)， Φ 250mm，內膽底部沖壓成型四個Φ 20mm，H= IOmm的凸起圓柱，將超聲換能頭置于其內， 每個超聲換能頭連接超聲波頻率為20KHZ，功率為100W的超聲發(fā)生器。外膽仍然用不銹鋼制備(厚度0.8mm，Φ 300mm，與內膽構成夾層，中間循環(huán)注入外加熱的水，水溫控制50 100°C。鋁箔為純度為99. 999%的高純鋁片，尺寸為5X3X0. 1mm，惰性電極采用金屬鉬片尺寸為6X6X0. 08mm，外置攪拌器，功率lKw，攪拌速率50-300轉/分鐘。實施例2 反應器內膽采用內襯采用聚四氟乙烯的不銹鋼制備(厚度0.8mm)， Φ 500mm，內膽底部沖壓成型八均勻分布的Φ 20mm，H= IOmm的凸起圓柱，將超聲換能頭置于其內，每個超聲換能頭連接超聲波頻率為20KHZ，功率為100W的超聲發(fā)生器。外膽仍然用不銹鋼制備(厚度0. 8mm, Φ 550mm，與內膽構成夾層，中間注入水，采用內加熱方式，水溫控制50 100°C。鋁箔為純度為99. 999%的高純鋁片，尺寸為10X6X0. 1mm，惰性電極采用鍍鉬鈦陽極網尺寸為15 X 15 X 0. 08mm,固定一體化攪拌器，功率10Kw，攪拌速率50-300轉 /分鐘。
權利要求1.一種超聲-電場耦合金屬鋁原電池反應器，其特征在于包括超聲控制器(1)、反應器外不銹鋼層O)、溶液浴外加熱層C3))、惰性電極G)、電流表(5)、攪拌器(6)、鋁箔電極 (7)、反應器內不銹鋼層(8)，內襯聚四氟乙烯和超聲換能頭(9)；其中，超聲換能頭(9)固定于反應器底部或采用連接于反應器底部；溶液浴層(3)為雙層，溶液浴溫度在50 100°C， 用外加熱循環(huán)和內加熱兩種方式；鋁箔電極和惰性電極之間以電流表( 或其他電阻負載形式連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的超聲-電場耦合金屬鋁原電池反應器，其特征在于所述超聲發(fā)生裝置的超聲頻率在20KHZ 2000KHZ，超聲功率為IOW 3000W。
3.根據(jù)權利要求1所述的超聲-電場耦合金屬鋁原電池反應器，其特征在于所述惰性電極為鉬電極、鈀銀電極、釕鈦電極或鍍鉬鈦陽極材料，形狀為片、網、帶、絲或束，惰性電極表面積是鋁箔電極表面積的1. 2 5倍。
4.根據(jù)權利要求1所述的超聲-電場耦合金屬鋁原電池反應器，，其特征在于所述反應介質為純水或其他無機或有機堿性溶液，純水的電阻率在1 20ΜΩ. cm。
專利摘要本實用新型公開一種超聲-電場耦合金屬鋁原電池反應器，用于制備高純氧化鋁粉末，包括(1)超聲控制器、(2)反應器外層(不銹鋼)、(3)溶液浴層(外加熱)、(4)惰性電極、(5)電流表、(6)攪拌器、(7)鋁箔電極、(8)反應器內層(不銹鋼，內襯聚四氟乙烯)和(9)超聲換能頭；其中，超聲換能頭(9)固定于反應器底部或采用連接于反應器底部；溶液浴層(3)為雙層，溶液浴溫度在50～100℃，用外加熱循環(huán)和內加熱兩種方式；鋁箔電極和惰性電極之間以電流表(5)或其他電阻負載形式連接。該設備是基于超聲電化學基本原理，在純水體系中，于超聲作用下構造金屬鋁-空氣的原電池電極反應，該裝置原理簡單，結構簡潔、能耗低、環(huán)境友好、無環(huán)境污染。
文檔編號C01F7/42GK202181219SQ20112015426
公開日2012年4月4日 申請日期2011年5月14日 優(yōu)先權日2010年5月17日
發(fā)明者文勁松, 王玉天, 胡勁 申請人:昆明珀璽金屬材料有限公司