以鋁-空氣電池放電生成的沉淀物制造納米氧化鋁的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以鋁-空氣電池放電生成的沉淀物為原料制造納米氧化鋁的方法。
技術(shù)背景
[0002]鋁-空氣電池是一種以鋁合金為負(fù)極、空氣電極為正極、中性或堿性水溶液為電解液的金屬燃料電池。鋁-空氣電池運(yùn)行過程中通過消耗鋁合金負(fù)極和空氣中的氧氣對(duì)外輸出電能。伴隨著放電過程的進(jìn)行，在鋁-空氣電池的電解液中生成沉淀物。目前，尚無以鋁-空氣電池放電生成的沉淀物為原料制造納米氧化鋁的相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以鋁-空氣電池放電生成的沉淀物為原料制造納米氧化鋁的方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下:
[0005]以鋁-空氣電池放電生成的沉淀物制造納米氧化鋁的方法，包括如下步驟:
[0006]1)用蒸餾水反復(fù)清洗鋁-空氣電池放電生成的沉淀物，使清洗后的水為中性，過濾，干燥，得沉淀物；
[0007]2)稱取步驟1)得到的沉淀物放入容器中，再將硫酸水溶液加入容器中，加熱并攪拌使沉淀物溶解，過濾，得到硫酸鋁水溶液；所述硫酸水溶液中的純硫酸重量與沉淀物的重量比控制在2?6:1的范圍內(nèi)；
[0008]3)用下述三種方式之一種進(jìn)行:
[0009]方式一:將硫酸銨加入步驟2)得到的硫酸鋁水溶液中，攪拌使溶解，加熱蒸發(fā)水份，得到硫酸鋁銨過飽和溶液，降至室溫，有硫酸鋁銨結(jié)晶析出，分離，干燥，得到硫酸鋁銨晶體；所述硫酸銨與步驟2)所述沉淀物的重量比控制在3?1:1范圍內(nèi)；
[0010]方式二:將步驟2)得到的硫酸鋁水溶液在攪拌條件下加入到pH為9的碳酸銨水溶液中，生成沉淀，分離，干燥，得到碳酸鋁銨；所述碳酸銨與步驟2)所述沉淀物的重量比控制在4?9:3的范圍內(nèi)；
[0011]方式三:將pH為9的碳酸銨水溶液在攪拌條件下加入到步驟2)得到的硫酸鋁水溶液中，生成沉淀，分離，干燥，得到碳酸鋁銨；所述碳酸銨與步驟2)所述沉淀物的重量比控制在4?9:3的范圍內(nèi)；
[0012]4)將步驟3)獲得的硫酸鋁銨晶體或碳酸鋁銨通過一步鍛燒法或兩步鍛燒法進(jìn)行煅燒，冷卻到室溫，得到納米氧化鋁。
[0013]步驟3)方式一優(yōu)選為:將硫酸銨加入預(yù)先添加分散劑的步驟2)得到的硫酸鋁水溶液中，攪拌使溶解，加熱蒸發(fā)水份，得到硫酸鋁銨過飽和溶液，降至室溫，有硫酸鋁銨結(jié)晶析出，分離，干燥，得到硫酸鋁銨晶體；所述硫酸銨與步驟2)所述沉淀物的重量比控制在3?1:1的范圍內(nèi)；分散劑在硫酸鋁水溶液中的濃度為1X10 — 5?lmol/L。
[0014]步驟3)方式二優(yōu)選為:將步驟2)得到的硫酸鋁水溶液在攪拌條件下加入到預(yù)先添加分散劑的pH為9的碳酸銨水溶液中，生成沉淀，分離，干燥，得到碳酸鋁銨；所述碳酸銨與步驟2)所述沉淀物的重量比控制在4?9:3的范圍內(nèi)；分散劑在碳酸銨水溶液中的濃度為 1X10 5?lmol/L。
[0015]步驟3)方式二優(yōu)選為:將預(yù)先添加分散劑的步驟2)得到的硫酸鋁水溶液在攪拌條件下加入到pH為9的碳酸銨水溶液中，生成沉淀，分離，干燥，得到碳酸鋁銨；所述碳酸銨與步驟2)所述沉淀物的重量比控制在4?9:3的范圍內(nèi)；分散劑在硫酸鋁水溶液中的濃度為 1X10 5?lmol/L。
[0016]步驟3)方式三優(yōu)選為:將預(yù)先添加分散劑的pH為9的碳酸銨水溶液在攪拌條件下加入到步驟2)得到的硫酸鋁水溶液中，生成沉淀，分離，干燥，得到碳酸鋁銨；所述碳酸銨與步驟2)所述沉淀物的重量比控制在4?9:3的范圍內(nèi)；分散劑在碳酸銨水溶液中的濃度為 IX 10 5?lmol/L。
[0017]步驟3)方式三優(yōu)選為:將pH為9的碳酸銨水溶液在攪拌條件下加入到預(yù)先添加分散劑的步驟2)得到的硫酸鋁水溶液中，生成沉淀，分離，干燥，得到碳酸鋁銨；所述碳酸銨與步驟2)所述沉淀物的重量比控制在4?9:3的范圍內(nèi)；分散劑在硫酸鋁水溶液中的濃度為 IX 10 5?lmol/L。
[0018]分散劑為聚乙二醇、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、失水山梨醇酯、蔗糖脂肪酸酯、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸鈉、油酰氧基乙磺酸鈉、N—油?；鵑-甲基?；撬徕c、琥珀酸二異辛酯磺酸鈉、二丁基萘磺酸鈉、硬脂酸、分散劑BYK 2010、甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、多乙烯多胺、N，N- 二甲基氨基丙胺、十八氨基丙胺、二乙基乙醇胺、分散劑DisupeH核心化學(xué))、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉或直鏈烷基苯磺酸鈉(LAS)。
[0019]步驟4)優(yōu)選為:將步驟3)獲得的硫酸鋁銨晶體或碳酸鋁銨進(jìn)行清洗、干燥，通過一步鍛燒法或二步鍛燒法進(jìn)行煅燒，冷卻到室溫，得到納米氧化鋁；
[0020]或?qū)⒉襟E3)獲得的硫酸鋁銨晶體或碳酸鋁銨進(jìn)行球磨或者研磨后，通過一步鍛燒法或二步鍛燒法進(jìn)行煅燒，冷卻到室溫，得到納米氧化鋁；
[0021]或?qū)⒉襟E3)獲得的硫酸鋁銨晶體或碳酸鋁銨進(jìn)行清洗、球磨或者研磨、干燥后，通過一步鍛燒法或二步鍛燒法進(jìn)行進(jìn)行煅燒，冷卻到室溫，得到納米氧化鋁；
[0022]用于碳酸鋁銨清洗的清洗劑是蒸餾水、酒精或丙酮，用于硫酸鋁銨晶體清洗的清洗劑是酒精或丙酮；
[0023]所述一步鍛燒法的條件為:加熱到800-1500°C保溫30-240分鐘，冷卻至室溫。
[0024]所述二步鍛燒法的條件為:加熱到300-700°C保溫30-180分鐘后冷卻至室溫，之后再加熱到800-1500°C保溫30— 240分鐘后冷卻至室溫。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):1)制造納米氧化鋁的純度高，粒徑分布均勻；2)制備過程簡單、節(jié)能、環(huán)保；3)實(shí)現(xiàn)廢物利用；4)降低鋁-空氣電池運(yùn)行成本。采用本發(fā)明技術(shù)制造的納米氧化鋁材料不僅純度高、粒徑均勻，而且實(shí)現(xiàn)廢物利用，大大降低鋁-空氣電池運(yùn)行成本。
【附圖說明】
[0026]圖1為煅燒硫酸鋁銨制備α-Α1203納米材料的X射線衍射譜圖。
[0027]圖2為煅燒硫酸鋁銨制備α -Α1203納米材料的透射電鏡照片。
[0028]圖3為煅燒碳酸鋁銨制備α -Α1203納米材料的透射電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0030]實(shí)施例1:以鋁-空氣電池放電生成的沉淀物制造納米氧化鋁(α -Α1203)的方法，包括如下步驟:
[0031]1)將適量鋁-空氣電池放電生成的沉淀物放入容器中，加入蒸餾水充分?jǐn)嚢韬箪o置，待沉淀后去除容器內(nèi)的上層清液；之后，再次向容器內(nèi)加入蒸餾水，充分?jǐn)嚢韬箪o置，待沉淀后再去除容器內(nèi)的上層清液；多次重復(fù)上述操作，直至上層清液的pH值接近中性，清洗結(jié)束，去除上層清液，過濾，干燥，得沉淀物；
[0032]2)稱取16克步驟1)得到的沉淀物放入容器中，再將200ml硫酸水溶液(其中含純硫酸72克)加入容器中，加熱并攪拌使沉淀物溶解，過濾，得到硫酸鋁水溶液；加入純硫酸與步驟1)所述沉淀物的重量之比為4.5:1
[0033]3)將26克硫酸銨加入步驟2)得到的硫酸鋁水溶液中，攪拌使溶解，加熱蒸發(fā)水份，得到硫酸鋁銨過飽和溶液，降至室溫，有硫酸鋁銨結(jié)晶析出，過濾，干燥，得到硫酸鋁銨晶體。加入硫酸銨與步驟2)所述沉淀物的重量比為1.6:1 ;
[0034]4)將步驟3)獲得的硫酸鋁銨晶體放入電爐中，加熱升溫至1200°C保溫60分鐘后，冷卻到室溫，制備出α -Α1203納米材料。見圖1和圖2.
[0035]圖1中a為制備的α _Α1203納米材料的X射線衍射譜，圖1中b為α -Α1 203的標(biāo)準(zhǔn)粉末X射線衍射譜。XRD衍射分析證實(shí)產(chǎn)物為α -Α1203。圖2為制備α _Α1203納米材料的透射電鏡照片。
[0036]在本實(shí)施例中，將步驟3)制備的硫酸鋁銨晶體干燥后放入電爐中，升溫至800-1500°C不同的溫度保溫適當(dāng)時(shí)間進(jìn)行煅燒，可以制備出不同晶型的納米氧化鋁材料。選擇偏高的煅燒溫度，可制備出α -Α1203納米材料；選擇居中的煅燒溫度，可制備出β -Α1203納米材料；選擇偏低的煅燒溫度，可制備出γ -Α1203納米材料。
[0037]在本實(shí)施例中，將步驟3)制備的干燥硫酸鋁銨晶體放入電爐中，升溫至1000 V保溫120分鐘后冷卻到室溫，制備出β -Α1203納米材料。
[0038]在本實(shí)施例中，將步驟3)制備的干燥硫酸鋁銨晶體放入電爐中，升溫至800°C保溫240分鐘后冷卻到室溫，制備出γ -Α1203納米材料。
[0039]本實(shí)施例中，控制步驟2)中純硫酸與沉淀物的重量比在2?6:1的范圍內(nèi)，其它步驟同本實(shí)施例，都可以得到檢測結(jié)果與本實(shí)施例的檢測結(jié)果相近的納米氧化鋁。
[0040]本實(shí)施例中，控制步驟3)中硫酸銨與沉淀物的重量之比在3?1:1的范圍內(nèi)，其它步驟同本實(shí)施例，都可以得到檢測結(jié)果與本實(shí)施例的檢測結(jié)果相近的納米氧化鋁。
[0041]實(shí)施