一种低温熔盐电解制备的纳米稀土合金及其制备方法

本发明涉及纳米合金制备，尤其涉及一种低温熔盐电解制备的纳米稀土合金及其制备方法。

背景技术：

1、金属离子在阴极还原为中性原子的过程中存在离子放电过程。离子放电过程会释放大量的热，每个金属离子放电还原为中性原子所释放出的热量可达几个ev，这相当于原子经历几万摄氏度的高温。因此，理论上金属离子可以在很低的温度被还原为液态金属。同时，低温电解可以使还原形成的液态金属快速凝固，从原理上可以形成球形或者类球形的微米/纳米尺度的金属颗粒。

2、在实际电解过程中，通过电解直接制备微米或者纳米尺度的金属颗粒是非常困难的，这是因为整个过程受到温度、过电位、形核速率等因素的影响。如果温度过高、形核速率过快、过电位过大，形成的金属颗粒会快速长大聚集形成大块金属；如果温度过低、形核速率过慢、过电位过小，形成的金属颗粒过小就会从电极表面脱落，不仅很难被收集到，而且由于表面活性大，很容易溶解进入电解质或者扩散到阳极直接被电化学氧化。

3、氢能具有广泛的应用领域，在交通运输、工业生产、建筑、军事、能源储存和供应系统中起着至关重要的作用，而氢能的储存也是氢能产业链研究中的重点课题。la-ni合金是目前最为成熟的固态储氢材料，sm-fe、ce-cu合金也是目前优秀的磁性材料和储氢材料。这些稀土合金的制备方法有很多种，如传统的熔炼法、机械合金法、燃烧合成法、共沉淀还原法、扩散法、熔盐电脱氧法以及熔盐电解法等。熔盐电解法是利用电能转换为化学能，将某些金属的盐类熔融并作为电解质进行电解，以提取和提纯金属的冶金过程，与其他传统方法相比，具有加热温度低、成本低、节能环保、工艺条件简单等优点。但是，目前的熔盐电解法仍然存在反应温度较高、成本高、工艺复杂等缺陷，需要进一步优化。

4、因此，研究得到一种反应温度低、成本低、工艺简单的熔盐电解制备纳米合金的方法，具有重要的经济价值和环境价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种低温熔盐电解制备的纳米稀土合金及其制备方法。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种低温熔盐电解制备纳米稀土合金的方法，包含如下步骤：

4、1)将熔盐和氯化稀土混合后升温至电解温度，在电解温度下保温，得到熔盐电解质；

5、2)采用三电极在惰性气氛下对熔盐电解质进行电解，得到纳米稀土合金；

6、氯化稀土为氯化镧、氯化钐或氯化铈；

7、三电极中，金属棒为阴极，金属棒为镍棒、铁棒或铜棒，玻碳棒为阳极，ag/agcl为参比电极。

8、作为优选，步骤1)所述熔盐为氯化钾-氯化锂熔盐，氯化钾-氯化锂熔盐中，氯化钾的摩尔分数为31～48％，氯化锂的摩尔分数为52～69％。

9、作为优选，步骤1)所述熔盐和氯化稀土的质量比为65～75：0.8～3.8。

10、作为优选，熔盐进行电化学除杂之后再和氯化稀土混合，电化学除杂的方法为熔盐顺次升温至干燥温度、电解温度。

11、作为优选，步骤1)所述升温为顺次升温至干燥温度、电解温度。

12、作为优选，所述干燥温度为280～320℃，电解温度为358～450℃，在干燥温度下保温的时间为1.5～12h，在电解温度下保温的时间为0.5～2.5h。

13、作为优选，升温至干燥温度的升温速率为1～3℃/min，升温至电解温度的升温速率为4～6℃/min。

14、作为优选，步骤2)所述惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛，电解的时间为50～220min，电解的电压为-1.4～-2.2v。

15、作为优选，金属棒为顺次进行打磨、抛光、水清洗、无水乙醇清洗后的金属棒。

16、本发明还提供了所述的方法制备得到的纳米稀土合金，纳米稀土合金的粒径为80～480nm。

17、本发明的有益效果包括：

18、1)本发明低温熔融电解制备纳米稀土合金的原理为：借助于镧离子、钐离子或铈离子等稀土离子还原过程放电所释放出的热量，使其在较低温度下即可与镍电极、铁电极或铜电极形成液态镧镍合金、钐铁合金或铈铜合金；再通过控制电解温度、电解时间、电压等工艺参数，控制合金的临界形核半径，使形成的合金长大为纳米尺度的合金颗粒。

19、2)本发明的低温熔融电解直接制备纳米稀土合金的方法操作简单、反应温度低、所需成本低、可执行性强，可以显著降低能量消耗，减少电解过程中的碳排放，与传统的制备方法相比具有更好的环境和经济效益。

技术特征：

1.一种低温熔盐电解制备纳米稀土合金的方法，其特征在于，包含如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述熔盐为氯化钾-氯化锂熔盐，氯化钾-氯化锂熔盐中，氯化钾的摩尔分数为31～48％，氯化锂的摩尔分数为52～69％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1)所述熔盐和氯化稀土的质量比为65～75：0.8～3.8。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，熔盐进行电化学除杂之后再和氯化稀土混合，电化学除杂的方法为熔盐顺次升温至干燥温度、电解温度。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1)所述升温为顺次升温至干燥温度、电解温度。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述干燥温度为280～320℃，电解温度为358～450℃，在干燥温度下保温的时间为1.5～12h，在电解温度下保温的时间为0.5～2.5h。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，升温至干燥温度的升温速率为1～3℃/min，升温至电解温度的升温速率为4～6℃/min。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，步骤2)所述惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛，电解的时间为50～220min，电解的电压为-1.4～-2.2v。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，金属棒为顺次进行打磨、抛光、水清洗、无水乙醇清洗后的金属棒。

10.权利要求1～9任一项所述的方法制备得到的纳米稀土合金，其特征在于，纳米稀土合金的粒径为80～480nm。

技术总结本发明属于纳米合金制备技术领域，本发明提供了一种低温熔盐电解制备的纳米稀土合金及其制备方法，将熔盐和氯化稀土混合后升温至电解温度，在电解温度下保温，得到熔盐电解质；采用三电极在惰性气氛下对熔盐电解质进行电解，得到纳米稀土合金；氯化稀土为氯化镧、氯化钐或氯化铈；三电极中，金属棒为阴极，金属棒为镍棒、铁棒或铜棒，玻碳棒为阳极，Ag/AgCl为参比电极。本发明的低温熔融电解直接制备纳米稀土合金的方法操作简单、反应温度低、所需成本低、可执行性强，可以显著降低能量消耗，减少电解过程中的碳排放，与传统的制备方法相比具有更好的环境和经济效益。技术研发人员：杨育圣,孙鹤受保护的技术使用者：黑河学院技术研发日：技术公布日：2024/6/20