[發(fā)明專利]一種基于熔鹽電化學(xué)法制備碳納米管包覆金屬材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910725591.1
• 申請(qǐng)日: 2019-08-07
• 公開（公告）號(hào): CN110359068B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖巍;翁威;姜博銘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): C25D3/66
• 分類號(hào): C25D3/66;C25D15/00
• 代理公司: 北京智橋聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11560
• 代理人: 杜瑞鋒

本發(fā)明屬于材料冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于熔鹽電化學(xué)法零排放CO₂制備碳納米管包覆金屬材料的方法。本發(fā)明所述基于熔鹽電化學(xué)法制備碳納米管包覆金屬材料的方法，采用碳素陽極，在熔鹽電解金屬氧化物過程添加另一溶解的氧化物，將陽極析出的CO₂和熔鹽中的金屬氧化物在陰極轉(zhuǎn)化為碳納米管包覆的金屬材料。本發(fā)明所述基于熔鹽電化學(xué)法制備碳納米管包覆金屬材料的方法，在金屬材料制備的同時(shí)對(duì)過程尾氣中的CO₂進(jìn)行原位轉(zhuǎn)化，無需額外的分離及富集步驟，可簡化CO₂捕集轉(zhuǎn)化工序，節(jié)約成本；同時(shí)，由于將金屬材料封存于由CO₂轉(zhuǎn)化而來的碳納米管中，不僅可實(shí)現(xiàn)CO₂的高值轉(zhuǎn)化，還可顯著提升金屬材料的應(yīng)用性能及電催化活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于熔鹽電化學(xué)法零排放CO₂制備碳納米管包覆金屬材料的方法。

背景技術(shù)

高溫熔鹽電解還原固態(tài)金屬氧化物方法是利用電能加熱并轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，將某些金屬的鹽類熔融并作為電解質(zhì)進(jìn)行電解，以提取和提純金屬的冶金過程，是近些年來興起的一種流程短、能耗低、環(huán)境友好的冶金新方法，廣泛用于大規(guī)模制備金屬及合金材料，以及稀有金屬的生產(chǎn)，如工業(yè)上金屬鋁及部分稀土金屬均通過熔鹽電解其相應(yīng)的氧化物獲得。

然而，由于熔鹽電解過程中使用的熔融鹽通常具有高腐蝕特性且電解過程陽極需在強(qiáng)氧化性電位下連續(xù)工作，因此極難獲取可長期穩(wěn)定工作的析氧惰性陽極材料。目前，熔鹽電解氧化物主要采用消耗性碳素陽極，碳元素與生成的氧氣會(huì)發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生溫室氣體CO₂，導(dǎo)致大量CO₂及其他有毒氣體排出外界，造成優(yōu)質(zhì)碳素資源的浪費(fèi)以及嚴(yán)重的環(huán)境問題。

隨著全球?qū)O₂溫室效應(yīng)的關(guān)注，逐漸開發(fā)出將溫室氣體CO₂轉(zhuǎn)化為諸如碳納米管等高值碳材的工藝，在緩解環(huán)境危害問題的同時(shí)實(shí)現(xiàn)碳資源的再利用。如采用貴金屬氧化物(如RuO₂)或合金(如Ni基合金)等作為惰性陽極材料，以熔融鹽作為介質(zhì)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了CO₂向高值碳材的高溫電化學(xué)轉(zhuǎn)化。然而，在上述電化學(xué)工藝中，一方面，高溫熔鹽轉(zhuǎn)化缺乏可長期穩(wěn)定工作的惰性陽極，使得惰性陽極在熔鹽中長期穩(wěn)定服役仍面臨挑戰(zhàn)；而且，采用惰性陽極電化學(xué)轉(zhuǎn)化CO₂難以與工業(yè)上消耗性碳素陽極實(shí)現(xiàn)原位耦合，需要采用額外的工藝進(jìn)行處理；再者，貴金屬催化劑的參與變相提高了整個(gè)轉(zhuǎn)化工藝的成本，且低溫轉(zhuǎn)化面臨反應(yīng)速率不足等問題。

可見，開發(fā)一種可實(shí)現(xiàn)CO₂零排放的熔鹽電解金屬氧化物方法，在熔鹽電解制備金屬材料的同時(shí)，原位實(shí)現(xiàn)CO₂的高碳值利用，具有重要的環(huán)保意義。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于熔鹽電化學(xué)法制備碳納米管包覆金屬材料的方法，所述方法通過將熔鹽電解金屬氧化物所用碳基陽極進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為碳納米管，原位實(shí)現(xiàn)CO₂的零排放，以解決現(xiàn)有技術(shù)中熔鹽電解金屬氧化物工藝大量排放CO₂引起環(huán)境污染的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述的一種基于熔鹽電化學(xué)法制備碳納米管包覆金屬材料的方法，所述方法在惰性氣體環(huán)境中，以金屬氧化物為金屬源，以熔鹽為反應(yīng)介質(zhì)，在碳素陽極和導(dǎo)電陰極左右下，進(jìn)行高溫熔鹽電解反應(yīng)，并在所述導(dǎo)電陰極處得到碳納米管包覆的金屬材料，在所述碳素陽極處析出氧氣。