[發明專利]使用交流電電解制備金屬納米顆粒的方法和設備

有效

• 申請號: 201080041566.9
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN102712464A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 崔珉榮;韓柄善;金太均;姜允在;裴成根;文起雄;宋容卨
• 申請（專利權）人: 阿莫綠色技術有限公司
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 余朦;施蕾

發明背景?

發明領域

本發明涉及使用交流電電解制備金屬納米顆粒的方法和設備，更特別地涉及這樣的使用交流電(AC)電解制備金屬納米顆粒的方法和設備，其中，在合成金屬納米顆粒期間，能通過將還原劑和分散劑濃度保持在與電流強度成比例的恒定水平而顯著改善合成的金屬納米顆粒的產率。?

現有技術描述?

通常，用于獲得精細金屬粉末的方法包括諸如共沉淀、噴涂、溶膠凝膠處理和反相微乳化處理的化學方法以及諸如球磨和搗磨的機械研磨方法。?

例如，主要用于制備銀納米顆粒的化學方法包括下述方法：由硝酸銀水溶液與堿性溶液中和產生的氧化銀或氫氧化銀沉淀通過諸如肼、過氧化氫或福爾馬林的還原劑而還原的方法；由所述中和反應產生的氫氧化銀沉淀通過吹入諸如氫氣或一氧化碳的強還原力氣體而還原的方法；以及堿性胺絡合物的水溶液通過添加諸如福爾馬林或草酸的還原劑而還原由此沉淀銀粉末的方法。?

然而，這類常用制備方法存在非環境友好的缺點，因為它們將金屬鹽電解質用作起始材料，需要更多成本和時間來去除有害的材料，并且其不易于控制粒徑。另外，這類常用方法存在非環境友好的缺點，因為用于通過積聚金屬顆粒而導致顆粒生長的表面活性劑和添加劑為有害的材料。?

在常用電解方法中，將諸如硝酸鹽、碳酸鹽或硫酸鹽的金屬鹽用作電解質，通過電解由與顆粒相同的金屬材料制成電極而獲得顆粒。?

在電解中，電解時將有害金屬鹽用作電解質以獲得金屬粉末的原?因歸因于金屬不溶于水。當將與強酸鹽結合的金屬溶解于水時，其能夠易于解離為能通過還原劑而還原以產生顆粒的離子。?

該電解方法為非環境友好的，因為有害材料生成為副產物，并且當溫度升高時產生有害氣體。此外，顆粒尺寸不均勻。?

此外，在使用諸如硝酸鹽、碳酸鹽或硫酸鹽的金屬鹽的常用電解方法中，起始材料本身為非環境友好的，在中和和洗滌過程中出現廢水處置問題，需要實施許多洗滌過程，并且在洗滌過程中損失大量的金屬粉末。?

同時，在機械方法中，使用球磨或搗磨來研磨銀的方法為廣泛使用的。然而，機械研磨方法在獲得精細顆粒中具有基本原理限制，并且不適于獲得純金屬顆粒，因為顆粒極有可能被污染。?

在第10-2006-120716號韓國專利公開中披露了使用脈沖型能量制備精細金屬顆粒的方法，其包括將堿金屬溶解于水或有機溶劑，將至少兩個金屬電極彼此分離地放置在溶液中，然后向金屬電極施加交流電流，其隨時間推移而周期性改變大小和方向，由此誘發電離鉑族金屬和具有在其上形成的不由電解而電離的強氧化膜的金屬，并且還原電離的金屬。?

在所述專利公開披露的制備方法中，電離金屬的還原不取決于由陰極發射的電子。相反，將具有強電離傾向的堿金屬化合物(基于檸檬酸鹽、抗壞血酸鹽或乙酸鹽的化合物)溶解于電解質，由此使堿金屬以陽離子狀態存在，并且金屬離子通過接收來自金屬陽離子的電子而還原。?

此外，在該制備方法中，使用未電解的溶劑，例如乙醇和苯，從而防止下述現象，即在金屬離子已被還原之后電解過程中生成的具有強氧化力的金屬離子立即與氧結合從而形成金屬氧化物。?

同時，第Hei?4-157193日本專利公開披露了不需要不同制備過程的用于制備超細金屬顆粒的方法，其具有低生產成本、低生產成本，簡單且高效，不涉及并入雜質并對人體沒有不利影響。該方法包括將多個銀電極和/或鉑電極彼此相反地放置在電解質中，并且在電極間施加交流電，由此制備超細金屬顆粒。?

此外，在第Hei?4-157193號日本專利公開披露的制備方法中，將NaCl、KCl、CaCl₂、Na₂SO₄、CaSO₄、Na₂CO₃或乙酸鉀的水溶液用作電解質，可用作催化劑的超細鉑或銀顆粒由低電離傾向的金屬而制備，并且制備的精細顆粒具有0.6μm至1.2μm的粒徑和0.8μm的平均粒徑。?

此外，根據第Hei?4-157193號日本專利公開的公開內容，交流電流的頻率通常為2Hz至120Hz，并且優選為10Hz至80Hz(然而，該專利公開的實施例13披露了當為5Hz至100Hz范圍外的頻率時，需要更多時間直至生成超細顆粒，并且20Hz至80Hz的頻率范圍是優選的)，并且當頻率低于2Hz或高于120Hz時，超細金屬顆粒的生產效率將會變差。?