[发明专利]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

说明书

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、均匀、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

从强碱溶液中电解提取一维纳米片状锌粉时，有

即每溶解1mol ZnO需消耗2mol OH^-，在后续电解提锌时又生成2mol OH^-，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 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，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℃；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，即可得到厚度仅10-100nm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OH^-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0.02-0.10MPa，干燥温度70-300℃，干燥完成后，将温度降至＜50℃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10-100nm)，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。

具体实施方式