一种电解精炼制备纳米银粉的装置及其方法

本发明涉及纳米银粉制备，具体涉及一种电解精炼制备纳米银粉的装置及其方法。

背景技术：

1、纳米银粉作为催化剂、导电触电材料以及抗微生物剂等，被广泛应用在电子、新能源以及医疗等工业领域，近年来随着技术发展对于纳米银粉的需求量越来越大，但受限于制备技术，国内产能并未增长很多，依赖于进口。

2、纳米银粉的制备方法有物理法和化学法，其中物理法包括机械球磨法、蒸发冷凝法、激光烧蚀法、雾化法、直流电弧等离子体法等，但是物理法均存在对原料纯度要求高、设备投资大等问题，难以大规模应用。化学法主要包括液相化学还原法和电化学沉积法。液相化学还原法是通过向银源溶液中加入还原剂和分散剂等，使得ag+直接还原至溶液中，该方法由于简单可控，成为国内外制备纳米银粉的主流方法，但是该方法产生的有机废水量极大，并且银粉易被有机物包裹，导致银粉质量下降。电化学沉积法在纳米粉体生产中占有重要地位，具有诸多优点包括：工艺简单、对原料纯度要求低、投资低、产品粒径形貌可控等。

3、目前，电化学法制备纳米银粉的电解液体系可分为两种：酸性和碱性，采用酸性体系时，电流效率极低，低于10％，主要是因为纳米银粉活性高、易被氧化反溶，且各种添加剂的添加导致析氢加剧，因此应用得不多。采用碱性体系时，尽管电流效率可以大幅度提升，但是难以使用可溶性粗银作阳极，而常用的惰性阳极则成本较高，电解液中ag+波动范围大，难以持续生产合格的纳米银粉。专利cn114540881a公开了一种基于电化学沉积法的微米级单分散银粉制备方法，其添加剂复杂，且得到的银粉粒径较粗，难以达到纳米银粉的尺寸。专利cn 102418118a公开了电化学辅助制备特殊形态银粉的方法，其采用惰性阳极，电沉积过程中银离子不断减少，难以可持续生产。专利cn101314860a公开了一种制备纳米银粉的方法，在单室电解槽中通过金属银电极的阳极溶解，以惰性导电材料为阴极，含银盐的室温离子液体为电解液，通过直流电解，在阴极还原得到纳米级的银粉，但离子液体价格昂贵，不适合大规模应用，且单电室内无法使用粗银作为阳极，否则银离子补充速度低于还原速度，导致电解液银离子持续减少，因而只能采用高纯阳极，无法实现粗银到纳米银粉的一步制备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电解精炼制备纳米银粉的装置及其方法，解决现有技术中添加剂复杂、产率低且无法持续性生产的问题。

2、为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种电解精炼制备纳米银粉的方法，其特征在于：采用阴离子交换膜将电解槽分隔成阳极室和阴极室，阳极室内装有硝酸银溶液，阴极室内装有银氨溶液，电解槽阳极为可溶性阳极，阴极为不锈钢或钛板，对电解槽中电解液进行恒电流电解，电解过程中将阴极室电解液经分离后收集银粉后进入阳极室，阳极室电解液经分离杂质后进入阴极室，实现电解液内循环。

3、更进一步的技术方案是所述阴离子交换膜为聚苯乙烯二磺酸盐膜或聚乙烯磺酸盐膜中的一种。

4、更进一步的技术方案是所述硝酸银溶液采用硝酸控制其ph值在1～2，银氨溶液采用氨水控制其ph值在7～8，阴极室ag+浓度为2～10g/l，阳极室ag+浓度高于阴极室ag+浓度。

5、更进一步的技术方案是所述银氨溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，浓度为0.1～1g/l，阴极室内施加超声波振荡。

6、更进一步的技术方案是所述阴极电流密度控制为20～50ma/cm2，电解温度为60～70℃。

7、更进一步的技术方案是所述方法采用的电解精炼制备纳米银粉的装置包括电解槽，阴离子交换膜将电解槽分隔成阳极室和阴极室，阳极室下部出口通过过滤器连接有阴极液缓冲槽，阴极液缓冲槽与阴极室上部入口连接，阴极室上部出口通过过滤器与阳极液缓冲槽连接，阳极液缓冲槽与阳极室上部入口连接。

8、更进一步的技术方案是所述阴极液缓冲槽底部出口连接有废电解液槽。

9、反应机理：

10、阳极主金属溶解：ag-e＝ag+

11、阳极杂质溶解：m-ne＝mn+(m代表杂质金属如：zn、fe、pb、cu等)

12、阴极银还原：[ag(nh3)2]++e+2h2o＝ag+2nh4++2oh-

13、阴极杂质还原：其它金属杂质的标准电极电势均小于银，因而不在阴极析出。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、1)本发明创新性地使用阴离子隔膜电解，阳极室使用酸性电解质加粗银阳极，可以不断地向体系补充ag+；阴极室使用弱碱性电解质加不锈钢或钛板阴极，可以防止纳米银粉反溶，提高银粉产率，且在银氨溶液介质中更容易得到粒径均一的球形银粉。

16、2)体系温度控制在60～70℃，不仅可以促进球形银粉的形成，还可以减缓阴离子交换膜因结晶导致的孔堵塞问题。

17、3)超声波振荡和分散剂可以促进阴极板上银粉的及时脱落并均匀的分散在电解液中，从而避免阴极因电化学比表面积增大而导致的析氢加剧，进而提高电流效率。

18、4)电解液内循环并适当开路可以缓解阴极室中ag+的浓度变化，同时避免体系中杂质离子积累，并降低了废水量。

19、5)与现有的液相还原法和电化学沉积法相比，该方法工艺简单、产率高、能耗低，实现了从粗银到纳米银粉的高效、连续、低成本的一步制备。

技术特征：

1.一种电解精炼制备纳米银粉的方法，其特征在于：采用阴离子交换膜将电解槽分隔成阳极室和阴极室，阳极室内装有硝酸银溶液，阴极室内装有银氨溶液，电解槽阳极为可溶性阳极，阴极为不锈钢或钛板，对电解槽中电解液进行恒电流电解，电解过程中将阴极室电解液经分离后收集银粉后进入阳极室，阳极室电解液经分离杂质后进入阴极室，实现电解液内循环。

2.根据权利要求1所述的一种电解精炼制备纳米银粉的方法，其特征在于：所述阴离子交换膜为聚苯乙烯二磺酸盐膜或聚乙烯磺酸盐膜中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种电解精炼制备纳米银粉的方法，其特征在于：所述硝酸银溶液采用硝酸控制其ph值在1～2，银氨溶液采用氨水控制其ph值在7～8，阴极室ag+浓度为2～10g/l，阳极室ag+浓度高于阴极室ag+浓度。

4.根据权利要求3所述的一种电解精炼制备纳米银粉的方法，其特征在于：所述银氨溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，浓度为0.1～1g/l，阴极室内施加超声波振荡。

5.根据权利要求1所述的一种电解精炼制备纳米银粉的方法，其特征在于：所述阴极电流密度控制为20～50ma/cm2，电解温度为60～70℃。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种电解精炼制备纳米银粉的方法，其特征在于：所述方法采用的电解精炼制备纳米银粉的装置包括电解槽，阴离子交换膜将电解槽分隔成阳极室和阴极室，阳极室下部出口通过过滤器连接有阴极液缓冲槽，阴极液缓冲槽与阴极室上部入口连接，阴极室上部出口通过过滤器与阳极液缓冲槽连接，阳极液缓冲槽与阳极室上部入口连接。

7.根据权利要求6所述的一种电解精炼制备纳米银粉的方法，其特征在于：所述阴极液缓冲槽底部出口连接有废电解液槽。

技术总结本发明公开了一种电解精炼制备纳米银粉的装置及其方法，涉及纳米银粉制备技术领域。采用阴离子交换膜将电解槽分隔成阳极室和阴极室，阳极室内装有硝酸银溶液，阴极室内装有银氨溶液，电解槽阳极为可溶性阳极，阴极为不锈钢或钛板，对电解槽中电解液进行恒电流电解，电解过程中将阴极室电解液经分离后收集银粉后进入阳极室，阳极室电解液经分离杂质后进入阴极室，实现电解液内循环。使用阴离子隔膜电解，阳极室使用酸性电解质加粗银阳极，可以不断地向体系补充Ag<supgt;+</supgt;；阴极室使用弱碱性电解质加不锈钢或钛板阴极，可以防止纳米银粉反溶，提高银粉产率，且在银氨溶液介质中更容易得到粒径均一的球形银粉。技术研发人员：许磊,王俊娥,陈晨,肖仁伟,谢诚,任义尧,张文天受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18