本發(fā)明屬于金屬冶煉領(lǐng)域，具體涉及到一種新型低溫熔融電解質(zhì)及利用其制備納米鋁的方法。
背景技術(shù)：
：納米鋁由于具有巨大的比表面積和化學(xué)活性可以在空氣中劇烈氧化、燃燒，并釋放出大量能量。因此，納米鋁作為一種新型的儲能材料，已被廣泛應(yīng)用于火箭推進(jìn)器、軍工和航空航天等領(lǐng)域。目前，納米鋁的傳統(tǒng)制備方法可分為物理法和化學(xué)法。其中，物理法主要包括機(jī)械粉碎法和霧化法。物理法操作簡單，但是存在著粉塵污染重、產(chǎn)品純度低、能耗高和溫度高等問題。而化學(xué)法則主要通過溶液中的化學(xué)反應(yīng)獲得，最常見的是有機(jī)溶劑法。該法一般是先將鋁化合物溶解于三甲苯等有機(jī)溶劑中，再通過氫化鋁鋰還原或者發(fā)生分解反應(yīng)而獲得納米鋁。化學(xué)法的反應(yīng)操作溫度較低、可調(diào)性強(qiáng)，但體系極易揮發(fā)、易燃且毒性較大。上述生產(chǎn)方法的種種問題，其根源在于傳統(tǒng)工藝中存在的本質(zhì)缺陷，難以通過技術(shù)內(nèi)的調(diào)節(jié)解決，這阻礙了納米鋁的規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。因此，開發(fā)新型的制備技術(shù)，特別是低溫電解質(zhì)是解決問題的關(guān)鍵。離子液體是一種新型的低溫熔融鹽，其陽離子一般由咪唑、吡啶等季銨型有機(jī)結(jié)構(gòu)組成。由于這種特殊的結(jié)構(gòu)，離子液體具有較高的電導(dǎo)率、較寬的電化學(xué)窗口和極低的揮發(fā)性等優(yōu)點(diǎn)，并可以通過電化學(xué)方法在其中獲得固態(tài)鋁。反應(yīng)過程溫度低、能耗小、安全性好，不僅可減少污染物的排放，也能夠克服有機(jī)型電解質(zhì)毒性大、易揮發(fā)和易燃易爆的缺陷。近年來的研究表明，從一些離子液體體系中也能夠電沉積出納米鋁，這為技術(shù)的發(fā)展提供了新的方向。然而，這些體系大都需要加入一定量的添加劑，例如甲苯、菲啰啉和煙酸等具有電化學(xué)活性的有機(jī)物。這些物質(zhì)雖然有利于促進(jìn)納米鋁的生長和制備，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生副反應(yīng)，操作復(fù)雜，不適于長時間、大規(guī)模應(yīng)用。從工業(yè)化生產(chǎn)的角度來說，還需要進(jìn)一步開發(fā)性能更加優(yōu)異的體系，從而實(shí)現(xiàn)在無添加劑的情況下，一步電沉積制備納米鋁的新過程。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種新型低溫熔融電解質(zhì)，同時提供利用該新型低溫熔融電解質(zhì)制備納米鋁的方法是本發(fā)明的又一發(fā)明目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：一種新型低溫熔融電解質(zhì)，該新型低溫熔融電解質(zhì)由酰胺化合物與無水鹵化鋁在保護(hù)氣氛下混合而成，所述酰胺化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為其中R為芳香環(huán)取代基。所述芳香環(huán)取代基為含有單環(huán)或者雙環(huán)共軛結(jié)構(gòu)的芳香型取代基，該取代基位于酰基的C原子上。所述無水鹵化鋁為無水氯化鋁、無水溴化鋁和無水碘化鋁中的一種。所述酰胺化合物與無水鹵化鋁的摩爾比為1:1～1:2。所述保護(hù)氣為指純度高于99.999％的氮?dú)?、氬氣或者氦氣。利用所述的新型低溫熔融電解質(zhì)制備納米鋁的方法，包括以下步驟：1)在惰性氣氛下，將所述的新型低溫熔融電解質(zhì)加入電解槽，同時以玻碳、鉑或鋁為陽極，以石墨或銅為陰極進(jìn)行電解；2)電解結(jié)束后分離提純即得納米鋁。電解采用恒電壓或恒電流的電沉積方式進(jìn)行，電解溫度為25～100℃，槽電壓為0.5～3V，電流密度為5～25mA/cm2，反應(yīng)時間0.5～1h。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：1、與傳統(tǒng)離子液體體系不同，該新型低溫熔融電解質(zhì)完全由酰胺和鹵化鋁絡(luò)合生成，為非季銨型結(jié)構(gòu)。且研究發(fā)現(xiàn)，該新型低溫熔融電解質(zhì)可在25～100℃的低溫范圍內(nèi)從該體系中電沉積得到納米鋁。反應(yīng)過程一步即可完成，操作簡單，無需添加劑，電流效率更高；2、本方法以含有芳香環(huán)取代基的酰胺化合物為前體，在與過量的無水鹵化鋁混合后獲得新型低溫熔融電解質(zhì)，再對該新型低溫熔融電解質(zhì)進(jìn)行電解，整個反應(yīng)過程一步即可完成，操作簡單，且無需添加劑，電流效率更高；電流效率高于98％，納米鋁的粒徑為15～100nm，質(zhì)量純度高于99.5％；3、本方法不僅能夠顯著提高納米鋁的制備效率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約成本，還可以有效減低反應(yīng)能耗和副反應(yīng)。從而避免電解質(zhì)的過度消耗和浪費(fèi)，可充分實(shí)現(xiàn)體系在反應(yīng)中的循環(huán)利用。具體實(shí)施方式本發(fā)明通過以下實(shí)施例加以說明，但本發(fā)明并不僅局限于以下實(shí)施例，所有符合前后所述宗旨的實(shí)施辦法都在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。以下實(shí)施例中，所述高純惰氣是指純度高于99.999％的氮?dú)?、氬氣或者氦氣。在高純惰氣保護(hù)下，反應(yīng)體系內(nèi)的水和氧氣含量均低于1ppm。實(shí)施例1一種新型低溫熔融電解質(zhì)，在高純惰氣(氮?dú)?保護(hù)下，將0.5mol的萘乙酰胺與0.8mol的無水氯化鋁在室溫下混合攪拌獲得。利用所述的新型低溫熔融電解質(zhì)制備納米鋁的方法，包括以下步驟：1)在惰性氣體保護(hù)下，將0.2mol所述的新型低溫熔融電解質(zhì)加入電解槽，同時以鋁片、銅片分別作為陽極和陰極，在50℃、5mA/cm2的電流密度和1～2V的槽電壓下，恒電流電解1小時；2)電解結(jié)束后，在惰氣保護(hù)下將沉積物通過砂芯漏斗過濾分離，并用無水乙醇清洗、晾干，即可獲得納米鋁。實(shí)施例2一種新型低溫熔融電解質(zhì)，在高純惰氣(氮?dú)?保護(hù)下，將0.4mol的3-吲哚乙酰胺與0.7mol的無水溴化鋁在室溫下混合攪拌獲得。利用所述的新型低溫熔融電解質(zhì)制備納米鋁的方法，包括以下步驟：1)在惰性氣體保護(hù)下，將0.2mol所述的新型低溫熔融電解質(zhì)加入電解槽，同時以鉑片、石墨分別作為陽極和陰極，在100℃、15mA/cm2的電流密度和2～3V的槽電壓下，恒電流電解0.5小時；2)電解結(jié)束后，在惰氣保護(hù)下將沉積物通過砂芯漏斗過濾分離，并用無水乙醇清洗、晾干，即可獲得納米鋁。實(shí)施例3一種新型低溫熔融電解質(zhì)，在高純惰氣(氬氣)保護(hù)下，將0.6mol的煙酰胺與0.9mol的無水溴化鋁在室溫下混合攪拌獲得。利用所述的新型低溫熔融電解質(zhì)制備納米鋁的方法，包括以下步驟：1)在惰性氣體保護(hù)下，將0.3mol所述的新型低溫熔融電解質(zhì)加入電解槽，同時以鋁片、石墨分別作為陽極和陰極，在60℃、10～20mA/cm2的電流密度和1V的槽電壓下，恒電壓電解1小時；2)電解結(jié)束后，在惰氣保護(hù)下將沉積物通過砂芯漏斗過濾分離，并用無水乙醇清洗、晾干，即可獲得納米鋁。實(shí)施例4一種新型低溫熔融電解質(zhì)，在高純惰氣(氦氣)保護(hù)下，將1mol的苯甲酰胺與1.6mol的無水氯化鋁在室溫下混合攪拌獲得。利用所述的新型低溫熔融電解質(zhì)制備納米鋁的方法，包括以下步驟：1)在惰性氣體保護(hù)下，將0.4mol所述的新型低溫熔融電解質(zhì)加入電解槽，同時以玻璃碳、銅片分別作為陽極和陰極，在80℃、15～25mA/cm2的電流密度和3V的槽電壓下，恒電壓電解0.6小時；2)電解結(jié)束后，在惰氣保護(hù)下將沉積物通過砂芯漏斗過濾分離，并用無水乙醇清洗、晾干，即可獲得納米鋁。實(shí)施例5一種新型低溫熔融電解質(zhì)，在高純惰氣(氬氣)保護(hù)下，將0.8mol的吡嗪酰胺與1.2mol的無水碘化鋁在室溫下混合攪拌獲得。利用所述的新型低溫熔融電解質(zhì)制備納米鋁的方法，包括以下步驟：1)在惰性氣體保護(hù)下，將0.3mol所述的新型低溫熔融電解質(zhì)加入電解槽，同時以鋁片、石墨分別作為陽極和陰極，在25℃、10mA/cm2的電流密度和1～2V的槽電壓下，恒電流電解0.8小時；2)電解結(jié)束后，在惰氣保護(hù)下將沉積物通過砂芯漏斗過濾分離，并用無水乙醇清洗、晾干，即可獲得納米鋁。性能測試對實(shí)施例1-5得到的納米鋁進(jìn)行性能測試，具體結(jié)果見表1所示。表1實(shí)施例1-5的性能測試結(jié)果實(shí)施例編號質(zhì)量純度粒徑范圍/nm電流效率199.8％15～5099.2％299.6％30～8098.7％399.7％20～6099.5％499.8％30～8099.3％599.6％50～9098.5％由表1可知，采用本發(fā)明得到的納米鋁的電流效率高于98％，納米鋁的粒徑為15～100nm，質(zhì)量純度高于99.5％。因此，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在無添加劑的情況下，一步電沉積制備出納米鋁，且電流效率較高，為納米鋁的制備提供另一種新途徑。當(dāng)前第1頁1 2 3