专利名称：超细金属氧化物的制备方法
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，产生了宏观物体所不具有的表面效应，纳米材料由于具有特异的光、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。纳米材料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。本方法采用利用阴离子交换膜为隔膜把电解槽分阴、阳极两室，在电解过程中，在阴极室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。该方法利用阴离子交换膜(5)为隔膜把电解槽(8)分为阳极室(3)和阴极室(9)两室，在电解的过程中，控制不同的电流密度。在阴极室(9)中阴极电离产生OH-与其金属盐溶液中相应金属离子均匀沉淀出来。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。
本方法采用在液相溶液中利用阴离子交换膜(5)为隔膜两室电解的方法，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
同时，有其金属盐氢氧化物沉淀析出，反应方程式如下
由于阴极(6)均匀缓释OH-，在安装有阴极(6)的搅拌器(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，从而形成超细金属氢氧化物沉淀。同时阴极室(9)的阴离子通过阴离子膜(5)有效传递电荷或提供阳极(4)上电解的阴离子，在阳极室(3)电解过程中，有氯气或氧气等气体放出。
在金属氯化物盐溶液中，反应方程式如下
在硝酸盐盐溶液中，反应方程式如下 在硫酸盐溶液中，反应方程式如下 由于电解槽阴极室(9)金属离子不能穿越阴离子膜，只能在阴极室(9)中与缓释的OH-均匀沉淀，得到超细氢氧化物沉淀。在阳极室(3)中电解得到氯气或氧气等气体的同时，在阴极室(9)中电解得到氢气或有效消耗氢离子，并缓释出OH-与金属离子均匀沉淀，形成其金属氢氧化物沉淀，对其沉淀过滤、洗涤，干燥，即可得到其超细氢氧化物。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40～100nm.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，镧系和锕系金属。
参见附1为本发明电解装置示意图附图1说明1直流电源2阳极室排气孔3阳极室4阳极5阴离子交换膜6阴极7安装有阴极电极的搅拌器8电解槽9阴极室10阴极室排气孔11安装在搅拌器上的阴极接线转换装置图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11在电解槽(8)之间安装阴离子交换膜(5)，从而把电解槽(8)分为阴、阳极两室，在两室中分别加入0.50mol/dm3氯化铈溶液，电流密度控制在0.08A/cm2左右，在阳极室(3)电解得到氯气和氧气，在阴极室(9)电解有氢气释放，如反应前用氮气置换，在安装有阴极的一体搅拌器(7)的强烈搅拌作用下，可得到Ce(OH)3沉淀，过滤，洗涤，在650℃高温分解，也可出60～100nm的CeO2；也可使阴极室(9)为开放体系，直接利用空气中的氧气氧化Ce3+，在该体系中水解得到CeO2·2H2O，利用此法可得到60～100nm的金属氧化物。
制备实例2在电解槽(8)之间安装阴离子交换膜(5)，从而把电解池分为阴、阳极两室，在两室中分别加入0.25mol/dm3硝酸镁溶液，电流密度控制在0.10A/cm2左右，在电解过程中，阳极室(3)有氧气释放，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-，在安装有阴极的一体搅拌器(7)的强烈搅拌作用下，可制备出Mg(OH)2沉淀，过滤，洗涤，在500℃高温分解，也可出60～80nm的MgO。
权利要求
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.用阴离子交换膜(5)把电解槽(8)分隔为只有阴离子能够自由通过阴离子交换膜的阳极室(3)和阴极室(9)，而两室中的阳离子不能通过。b.在阴极室(9)和阳极室(3)内分别加入浓度控制在0.01～6.00mol/dm3之间的需制备其金属氧化物的盐溶液。由于阴离子交换膜(5)的存在，在电解过程中，在阳极室(3)内的阳极(4)上其金属盐溶液电解释放出氯气或氧气等气体；在阴极室(9)内的阴极(6)上电解其金属盐溶液能够释放出氢气或消耗氢离子，由于电解槽(8)阴极室(9)内的金属离子不能穿越阴离子膜(5)，在与阴极安装一体的搅拌器(7)强烈搅拌作用下，只能在阴极室(9)中与阴极(6)缓释的OH-均匀沉淀，而阴离子在电场作用下穿越阴离子交换膜(5)到达阳极室(3)电解或起到传递电荷导电的作用。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。对不同的其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.阴极(6)为安装在搅拌器(7)上并与其形成一体的电极。既作为电极电解，又起到搅拌的作用，可避免电极上的沉积。
3.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，镧系和锕系金属。
全文摘要
本发明采用电化学方法制备超细金属氧化物，该方法利用阴离子交换膜(5)把电解槽(8)分隔为阳极室(3)和阴极室(9)。向两室分别加入需制备其金属氧化物的盐溶液，控制不同的电解电压，在两极上有气体释放出来的同时，在阴极室(9)中，由于阴极(6)消耗溶液中的H
文档编号C25B1/00GK1683594SQ20051005338
公开日2005年10月19日 申请日期2005年3月14日 优先权日2005年3月14日
发明者孙都成, 景介辉 申请人:新疆大学