专利名称：一种从强碱溶液中直接电解生产一维纳米片状锌粉的方法
技术领域：
本发明涉及一种从强碱溶液中直接电解生产一维纳米片状锌粉的方法，属于超细粉体高技术生产领域，特别属于片状锌粉生产技术领域。
背景技术：
锌是一种用途广泛的金属，特别在钢铁防腐方面有着举足轻重的作用，近年来防腐行业中所用锌粉出现了由颗粒状锌粉向片状锌粉转移的大趋势。片状锌粉具有超薄超细的特点，比颗粒锌粉更能密实地附着于金属基体表面，从而得到更加优异的防锈防腐蚀性能。用片状锌粉配制的防腐涂料，锌成片状排列，耗锌量小，涂层致密、均勻、美观，可处理超大、超长等复杂构件，在一定程度上已取代传统电镀、热镀。此外，片状锌粉还用于橡胶制品、化妆品、特殊塑料制品等行业生产。因此，片状锌粉已越来越广泛地应用于汽车、船舶、 航空、军事、交通、冶金、化工、电力等行业，附加值高，市场需求大，是一种国家急需开发的功能性新型粉体材料。目前，我国片状锌粉主要是以锌锭或锌粉为原料，采用球磨法制得。由于锌金属有磁性，片状化非常困难，而且还需要作防氧化表面处理，因此其加工工艺比较复杂，质量不易控制，且成本较高。虽然国外已出现比较成熟的片状锌粉生产技术，但由于保密原因，国际上仅有几个大型公司能生产，国内还没有完全掌握该技术方法，造成国内片状锌粉与进口产品的质量差距较大，并导致在片状锌粉高端应用方面的国内市场绝大部分被国外厂家占有。
发明内容
本发明目的在于提供一种产品质量高、工艺操作简单的片状锌粉生产方法，利用该种方法可生产出活性高、径厚比大的一维纳米片状锌粉，且生产成本低、能耗小、质量可控。为了达到上述目的，本发明在实验中发现，在电解含锌碱性溶液时，通过控制电解条件并加入适当的添加剂，可以获得一维纳米片状锌粉，同时整个过程在理论上是不消耗碱的。以ZnO粉末溶于强碱溶液、再电解生产一维纳米片状锌粉过程为例ZnO 溶于强碱溶液时，有ZwOw + 20H- +H2O = Zn(OH)2;从强碱溶液中电解提取一维纳米片状锌粉时，有 Zn{OHf； = Zn{s)+20H- +^02(g) +H2O即每溶解lmol ZnO需消耗2mol 0H_，在后续电解提锌时又生成2mol 0H_，所以，整个过程并不耗碱，电解后所得废液可返回用于制备含锌的碱性溶液，循环使用。本发明从强碱溶液中直接电解生产一维纳米片状锌粉所采用的工艺方法如下 首先，配制含一定锌浓度的强碱溶液，该溶液含Zn l-100g/L, 0H_10-200g/L，添加剂A 5-70mg/L，添加剂B 10-110mg/L ；然后，以不锈钢板为阳极、镁板为阴极，电解该溶液，极板间距0. 5-5cm,电流密度100-2500A/m2，溶液温度10-100°C;电解l_180min后，停止电解，迅速将电沉积物取出，用水清洗至洗水PH值低于8 ；最后，快速对清洗后的电沉积物进行真空干燥，即可得到厚度仅IO-IOOnm的一维纳米片状锌粉；电解废液返回用于配制含一定锌浓度的碱性溶液，循环利用；所述的添加剂A为砷酸钠，或锑酸钠，或者两者按任意比例的混合物；所述的添加剂B为吐温-20，吐温-80，或者十二烷基硫酸钠。所述的强碱溶液是0H_离子浓度为5_200g/L的NaOH溶液，或者是KOH溶液，或者是NaOH与KOH按任意比例的混合溶液。所述镁板，可以是纯金属镁板，也可以是镁的质量百分比含量> 50%的镁与钛的合金板。所述的对清洗后的电沉积物进行真空干燥，其操作时应维持绝对真空度低于 0. 02-0. lOMPa，干燥温度70-300°C，干燥完成后，将温度降至< 50°C后，即得到一维纳米片状锌粉。本发明以强碱溶液为媒介，所公开的从强碱溶液中直接电解生产一维纳米片状锌粉的方法，具有以下优点和效果(1)本发明利用碱液电积提锌所拥有的高电流效率、高电流密度、低槽电压等优势来生产片状锌粉，使片状锌粉的生产成本仅为传统球磨法的30-50 %。(2)本发明配制含锌强碱溶液时，锌原料可以是锌焙砂、氧化锌灰、氧化锌矿等物料，而传统球磨法必须以高纯锌锭或金属锌粉为原料，因此原料成本大大降低。(3)本发明工艺流程简单、生产可控性强，便于工业化大规模生产，且基建投资低， 避免了传统球磨法操作要求高、生产质量不易控制、产能低、投资大等缺点。(4)采用本发明生产的一维纳米片状锌粉活性高、径厚比大(厚度仅IO-IOOnm)， 用于生产涂料或作为除杂剂使用时，用量更少、效果更好，因此具有更大的市场需求。
具体实施例方式结合实例对本发明作进一步详细的说明，但本发明不限于实施例。实施例一配制含Zn的NaOH溶液，其中含Zn 30g/L, OH—llOg/L，添加剂A为砷酸钠，其含量为50mg/L，添加剂B吐温-20的含量为60mg/L，以不锈钢板为阳极、金属镁板为阴极，电解该溶液，电解条件为电流密度1000A/m2，极板间距3cm，溶液温度50°C，电解40min后停止电解，迅速将电沉积物取出并用水清洗至洗水PH值低于8，快速对清洗后的电沉积物进行真空干燥(绝对真空度低于0. 05MPa，干燥温度170°C )，干燥完成并在物料温度降至50°C后放料，即得到厚度仅IO-IOOnm的一维纳米片状锌粉。电解废液返回用于配制含锌的碱性溶液，循环使用。实施例二 配制含Zn的NaOH溶液，其中含Zn 60g/L, 0ri80g/L,添加剂A锑酸钠15mg/L，添加剂B吐温-80的含量为40mg/L，以不锈钢板为阳极、金属镁板为阴极，电解该溶液，电解条件为电流密度2000A/m2，极板间距4cm，溶液温度25°C，电解60min后停止电解，迅速将电沉积物取出并用水清洗至洗水PH值低于8，快速对清洗后的电沉积物进行真空干燥(绝对真空度低于0. 05MPa，干燥温度150°C )，干燥完成并在物料温度降至50°C后放料，即得到厚度仅IO-IOOnm—维纳米片状锌粉。电解废液返回用于配制含锌的碱性溶液，循环使用。实施例三配制含Zn的KOH溶液，其中含Zn 10g/L, 0H_70g/L，添加剂A砷酸钠和锑酸钠按各半的比例的混合物5mg/L，添加剂B十二烷基硫酸钠20mg/L，以不锈钢板为阳极、金属镁板为阴极，电解该溶液，电解条件为电流密度1000A/m2，极板间距2cm，溶液温度35°C，电解 IOmin后停止电解，迅速将电沉积物取出并用水清洗至洗水pH值低于8，快速对清洗后的电沉积物进行真空干燥(绝对真空度低于0. IMPa，干燥温度120°C )，干燥完成并在物料温度降至50°C后放料，即得到厚度仅IO-IOOnm—维纳米片状锌粉。电解废液返回用于配制含锌的碱性溶液，循环使用。
权利要求
1.一种从强碱溶液中直接电解生产一维纳米片状锌粉的方法，其特征在于首先配制含锌强碱溶液，该溶液含Zn l-100g/L, 0H_10-200g/L，添加剂A5_70mg/L，添加剂B 10-110mg/L ；然后，以不锈钢板为阳极、镁板为阴极，极板间距0. 5-5cm,电流密度 100-2500A/m2，溶液温度10-100°C，电解l-180min后，停止电解，迅速将电沉积物取出，用水清洗至洗水PH值低于8 ；最后，快速对清洗后的电沉积物进行真空干燥，即得到厚度仅 IO-IOOnm的一维纳米片状锌粉；电解废液返回用于配制含一定锌浓度的碱性溶液，循环利用；所述的添加剂A为砷酸钠，或锑酸钠，或者两者按任意比例的混合物；所述的添加剂B为吐温-20，吐温-80，或者十二烷基硫酸钠。
2.根据权利要求1所述一种从强碱溶液中直接电解生产一维纳米片状锌粉的方法，其特征在于所述的强碱溶液是0H_离子浓度为5-200g/L的NaOH溶液，或者是KOH溶液，或者是NaOH与KOH按任意比例的混合溶液。
3.根据权利要求1所述一种从强碱溶液中直接电解生产一维纳米片状锌粉的方法，其特征在于所述镁阴极板，可以是纯金属镁板，也可以是镁的质量百分比含量> 50%的镁合金板。
4.根据权利要求1所述一种从强碱溶液中直接电解生产一维纳米片状锌粉的方法， 其特征在于所述的对清洗后的电沉积物进行真空干燥，其操作时应维持绝对真空度低于 0. 02-0. lOMPa，干燥温度70-300°C，干燥完成后，将温度降至< 50°C后，即得到一维纳米片状锌粉。
全文摘要
一种从强碱溶液中直接电解生产一维纳米片状锌粉的方法，涉及一种片状锌粉的生产技术。首先，配制含锌强碱溶液，该溶液含Zn 1-100g/L，OH-10-200g/L，添加剂A 5-70mg/L，添加剂B 10-110mg/L；然后，以不锈钢板为阳极、镁板为阴极，极板间距0.5-5cm，电流密度100-2500A/m2，溶液温度10-100℃，电解1-180min后，停止电解，迅速将电沉积物取出，用水清洗至洗水pH值低于8；最后，快速对清洗后的电沉积物进行真空干燥，即得到一维纳米片状锌粉。电解废液返回用于配制含锌强碱溶液。本发明生产的锌粉活性高、呈片状，厚度仅10-100nm，且生产成本低、能耗小、操作简单、便于大规模生产，彻底克服了传统生产方法存在的成本高、能耗大、产能低、质量不易控制等缺点。
文档编号C25C5/02GK102181886SQ20111008780
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者张承龙, 易天晟, 牛静, 蒋家超, 赵由才 申请人:同济大学