[发明专利]一种新型离子液体及采用其电解制备纳米铝的方法

说明书

一种新型离子液体，所述的离子液体阳离子的化学结构简式为[(硫醚)_x·Al_y‑1X_3y‑4]⁺，阴离子的化学结构简式为[AlX₄]⁻，其中X代表卤素原子，x与y的比值范围为1:1~1:1.5，x、y均为大于1的正整数，所述硫醚的化学结构式为，其中的R和R′均代表有机型取代基，且R和R′中的一个或者两个为芳香型取代基。电解采用上述的新型离子液体，包括以下步骤：（1）在高纯惰气保护下，将新型离子液体加入到电解槽中，采用铂、玻碳或者铝为阳极，石墨或者铜为阴极进行电解反应；（2）电解反应结束后，将产物分离并提纯后可获得纳米铝。本发明反应步骤少，经济性好，副反应少，绿色环保。

技术领域

本发明属于有色冶炼领域，具体涉及到一种新型离子液体及利用其电解制备纳米铝的方法。

背景技术

铝是一种重要的金属材料，由于优良的物理化学性质而被广泛地生产和使用，年产量长期位于我国有色金属行业的首位。研究表明，当铝的尺寸降低至纳米级别时，受到超高的比表面积效应和化学活性的影响，纳米铝能够在空气中剧烈氧化并释放出大量热量。同时，纳米铝还可以显著提高推进剂的比冲，并改善燃料的抗聚和点火性能。因此，纳米铝作为一种新型的含能材料，已被应用于航空航天、军事工业等前沿领域。

总体来说，国内外纳米铝的生产主要通过物理法或化学法进行。物理法主要包括机械粉碎法、雾化法（冷凝法）。其中，雾化法采用最为普遍，该法虽然工艺简单，但是操作温度和能耗较高，生产过程极不安全，容易发生爆炸，很难得到高质量的纳米铝。机械粉碎法简便易行，制备效率较高，但噪声和粉尘污染严重，产品纯度低，颗粒大小不均匀。另外，化学法一般在有机溶液中反应获得纳米铝，该反应过程可调性强，操作温度较低，但体系易挥发、易燃，毒性较大。以上问题主要源自于传统工艺方法的内在缺陷，限制了纳米铝生产和应用的进一步发展。因此，客观上需要研发更为绿色高效的纳米铝制备技术。

离子液体是一种新型的低温熔融电解质，通常由咪唑、吡啶等有机型阳离子和有机/无机阴离子组成。离子液体的熔点一般接近甚至低于室温，具有电导率高、电化学窗口宽、不挥发、不易燃等优点。采用电沉积方法，可以在一些离子液体中实现纳米铝的制备。反应过程温度低，能耗小，安全性好，比传统工艺拥有更多的技术优势。然而，目前的电解离子液体制备纳米铝粉的方法一般则是在合成离子液体前体的基础上，通过加入卤化铝或其他铝的化合物才能获得电解制备纳米铝的电解质溶液，即通过至少两步合成反应才能获得电解质溶液，有的还需要添加有机型添加剂才可用于纳米铝的电沉积反应，这些电解质体系制备过程复杂，有机添加剂的稳定性不足，不利于提高反应效率和纳米铝的质量；再则目前的离子液体的阳离子一般全部由有机成分构成，化学稳定性不足，影响纳米铝制备反应的效率。如中国专利申请号2011100920664公开了一种离子液体电解制备纳米铝粉的方法，该专利申请中公开了8种离子液体阳离子，即其中提到的咪唑类、吡啶类、季铵类等，严格的说叫做“离子液体前体”，是先通过几步合成出来，然后再加入卤化铝，才能得到电解用的离子液体，也就是电解质，而且该申请中的阳离子全部为有机成分，存在上述的不稳定缺陷。所以，有必要继续优化离子液体的结构，简化操作方法，获得性能更为优异的低温电解质和产品。

发明内容

本发明的目的在于克服目前的离子液体电解制备纳米铝中存在的上述问题，提供一种新型离子液体及采用其电解制备纳米铝的方法。