常压空心等离子电极在熔盐电解中的应用制造技术

本发明专利技术提供一种常压空心等离子电极在熔盐电解中的应用。在熔盐电解中，可以使用该常压空心等离子电极作为阳极和/或阴极。本发明专利技术将常压空心等离子电极应用在熔盐电解工艺中，可以电解制备熔盐中的相应金属，该方法具有简单、方便以及抗腐蚀等优点，电解电流效率高。

【技术实现步骤摘要】
常压空心等离子电极在熔盐电解中的应用
本专利技术涉及熔盐电解的
，更具体地，涉及常压空心等离子电极在熔盐电解中的应用。
技术介绍
熔盐电解是制备金属、合金或者半导体材料的重要工业应用工艺。传统的熔盐电解过程一般采用的都是固体电极分别作为阴极或阳极。然而目前固体电极在使用时还存在一定的问题。在电解制备金属时，阳极需要使用惰性阳极来保证其具有较好的抗腐蚀性能，阴极一般采用金属电极用于沉积电解产物。目前惰性阳极一般采用贵金属或者碳棒。贵金属电极由于通常价格昂贵，且耐腐蚀性较差，经济效益较差；碳棒作为阳极，通常会发生氧化反应，生成温室气体二氧化碳，造成不良的环境影响，而且作为惰性阳极的碳棒需要的纯度很高，价格昂贵。阴极方面，电解产物沉积在金属阴极上，随着产物的逐渐积累和枝晶等现象的存在，会降低电解效率，因此需要定期对电极进行清理，不利于电解工艺的连续化操作。改进传统熔盐电解工艺，特别是改进优化传统电解池的电极，是提高熔盐电解工艺经济性，环保性的核心要点之一。常压等离子体电极是一种新的气体电极，该气体电极由于其表面随着气体的通入而实时更新，因此不存在腐蚀问题，电解产物也不会在电极表面发生累积。
技术实现思路
为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术提供了常压空心等离子电极在熔盐电解方面的应用。使用常压空心等离子电极来代替传统的熔盐电解电极，使得熔盐电解更环保、更抗腐蚀以及更有经济优势。在本专利技术一个优选实施方式中，该常压空心等离子电极在所述熔盐电解中作为阳极和/或阴极。在本专利技术一个优选实施方式中，该常压空心等离子电极包括空心导电材料。其中，空心导电材料优选为空心金属管，外径优选为1-5mm，内径优选为10-500μm。在本专利技术一个优选实施方式中，该常压空心等离子电极为常压空心气体等离子电极，优选为空心导电氩气管。该空心导电氩气管由向空心金属管中通入氩气制得，所述空心金属管的外径优选为1-5mm，内径优选为10-500μm。其中，氩气的流速优选为20-200mL/min。本专利技术的另一目的是提供一种熔盐电解装置，该装置包括：常压空心等离子电极和熔盐；其中，所述常压空心等离子电极包括空心导电材料，所述空心导电材料与所述熔盐之间形成放电区域。在本专利技术一个优选实施方式中，本专利技术中常压空心等离子电极为常压空心气体等离子电极，优选为常压空心导电氩气管。其中，常压空心导电氩气管为向空心导电材料中通入氩气，其中，氩气的流速优选为20-200mL/min。在本专利技术一个优选实施方式中，本专利技术的装置中还包括电源和对电极，电源的负极与上述空心导电材料相连，电源的正极与对电极相连。在本专利技术一个优选实施方式中，本专利技术的装置中还包括电源和对电极，电源的正极与上述空心导电材料相连，电源的负极与所述对电极相连。在本专利技术一个优选实施方式中，本专利技术的装置中还包括电源和对电极，空心导电材料为两个，分别与所述电源的正极和负极相连。上述三种具体情况分别是：1)常压空心等离子电极只作为阴极，包括：与高压电源负极相连接的空心金属管，与高压电源正极所连接的固体金属对电极，熔盐以及盛放熔盐的电解槽，空心金属管与熔盐之间的放电区域；2)常压空心等离子电极只作为阳极，包括：与高压电源正极相连接的空心金属管，与高压电源负极相连接的固体金属对电极，熔盐以及盛放熔盐的电解槽，空心金属管与熔盐之间的放电区域；3)常压空心等离子电极同时作为阴极和阳极，包括：与高压电源正极相连接的空心金属管，与高压电源负极相连接的空心金属管，熔盐以及盛放熔盐的电解槽，空心金属管与熔盐之间的放电区域。在上述优选实施方式中，向上述空心金属管中通入氩气，使之成为常压空心气体等离子电极，其中氩气的流速优选为20-200mL/min。在一个优选实施方式中，空心导电材料优选为空心金属管，空心金属管优选采用铁合金材料，外径优选为1-5mm，内径优选为10-500μm。所述空心导电材料优选与所述熔盐界面之间的距离为1～20mm。在一个优选实施方式中，空心导电材料通过与电阻与电源相连。电阻的阻值优选为10～200kΩ。电源优选为提供0～5000V直流电压和0～100mA直流电流的电源。电解电流优选为2～11mA，进一步优选为10mA。电解时间优选为20min～2h，进一步优选为60min。其中，对电极可以优选采用纯Ag线，其直径为1～10mm。在一个优选实施方式中，本专利技术的熔盐可以为任意可导电的熔融金属盐，包括但不限于KCl、NaCl、LiCl、CaCl2、CsCl、AgCl之间任意的任意两元或任意三元熔盐，优选为KCl-LiCl熔盐和KCl-LiCl-AgCl熔盐。其中，KCl-LiCl熔盐中KCl和LiCl的摩尔比优选为1:1，KCl-LiCl-AgCl熔盐中KCl、LiCl和AgCl的摩尔比优选为20:20:1。其中，可以本专利技术的熔盐电解装置还包括熔盐盛放容器，优选为刚玉坩埚。在本专利技术一个优选实施方式中，本专利技术所述的装置应用于熔盐电解，应用于Ag/Ag+的电解还原。当空心等离子电极为阴极时，电解产物为Ag纳米粒子，当空心等离子电极为阳极时，电解产物是附着于纯Ag线阴极的Ag结晶，当空心等离子电极同时为阴极和阳极时，电解产物是Ag纳米粒子。由此可见，也可以使用本专利技术的电极和方法来制备纳米材料。在本专利技术一个优选实施方式中，当常压空心等离子电极只作为阴极，该熔盐电解装置包括：与高压电源负极相连接的空心金属管，与高压电源正极所连接的固体金属对电极，熔盐以及盛放熔盐的电解池，空心金属管与熔盐之间的放电区域时，向空心金属管中通入氩气，其中，固体金属对电极为1～10mm直径的Ag线，该Ag线插入到电解池中的熔盐；其中，熔盐为摩尔比为1:1的KCl和LiCl；所述空心金属管外径是1～5mm，内径是10～500μm；电解电流为2～11mA，电解时间优选为0.5h～2h。进一步优选地是，电解电流为10mA，电解时间为1h。在本专利技术一个优选实施方式中，常压空心等离子电极只作为阳极，该熔盐电解装置包括：与高压电源正极相连接的空心金属管，与高压电源负极相连接的固体金属对电极，熔盐以及盛放熔盐的电解槽，空心金属管与熔盐之间的放电区域时；向空心金属管中通入氩气，其中，固体金属对电极为1～10mm直径的Ag线；其中，熔盐为摩尔比为20:20:1的KCl、LiCl和AgCl；所述空心金属管外径是1～5mm，内径是10～500μm；电解电流为2～10mA，电解时间优选为20min～80min。进一步优选地是，电解电流为8mA，电解时间为60min。在本专利技术一个优选实施方式中，常压空心等离子电极同时作为阴极和阳极，该熔盐电解装置包括：与高压电源正极相连接的空心金属管，与高压电源负极相连接的空心金属管，熔盐以及盛放熔盐的电解槽，空心金属管与熔盐之间的放电区域；向上述空心金属管中均通入氩气，其中，熔盐为摩尔比为20:20:1的KCl、LiCl和AgCl；所述空心金属管外径是1～5mm，内径是10～500μm；电解电流为2～11mA，电解时间优选为20min～2h。进一步优选地是，电解电流为10mA，电解时间为1h。本专利技术的有益效果是：本专利技术将常压空心等离子电极应用在熔盐电解工艺中，可以电解制备熔盐中的相应金属，该方法具有简单，环本文档来自技高网...

【技术保护点】
常压空心等离子电极在熔盐电解方面的应用。

【技术特征摘要】
1.常压空心等离子电极在熔盐电解方面的应用。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述常压空心等离子电极在所述熔盐电解中作为阳极和/或阴极。3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述常压空心等离子电极包括空心导电材料，所述空心导电材料优选为空心金属管，外径优选为1-5mm，内径优选为10-500μm；和/或，所述常压空心等离子电极为常压空心气体等离子电极，优选为空心导电氩气管。4.一种熔盐电解装置，包括：常压空心等离子电极和熔盐；其中，所述常压空心等离子电极包括空心导电材料，所述空心导电材料与所述熔盐之间形成放电区域。5.根据权利要求4所述的熔盐电解装置，其特征在于，还包括，电源和对电极，所述电源的负极与所述空心导电材料相连，所述电源的正极与所述对电极相连。6.根据权利要求4所述的熔盐电解装置，其特征在于，还包括，电源和对电极，所述电源的正极与所述空心导电材料相连，所述电源的负极与所述对电极相连。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：陆跃翔，魏国玉，刘学刚，陈靖，王哲，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11