一種電化學(xué)催化沉積制備α?三氫化鋁的方法與流程

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本發(fā)明涉及一種電化學(xué)催化沉積制備α-三氫化鋁的方法，具體屬于含氫化合物制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

三氫化鋁(alh3)是一種燃燒熱值高、燃燒后產(chǎn)氣率高，且氣體全部可轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w，燃燒后氣體無毒等優(yōu)點(diǎn)，是高能推進(jìn)劑和高能炸藥高能添加劑。由alh3在產(chǎn)業(yè)化方面還存在諸多問題：alh3的通常制備方法化學(xué)離子交換法，制備過程極為復(fù)雜并且成本較高；化學(xué)離子交換發(fā)的生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境要求高，且安全風(fēng)險(xiǎn)高，產(chǎn)物在低溫下放氫性能仍存在不穩(wěn)定性；由于alh3是兩種具有強(qiáng)還原性的原子結(jié)合組成的物質(zhì)，α-alh3儲(chǔ)存中仍有緩慢放氣、分解等現(xiàn)象，不能滿足武器裝備實(shí)際應(yīng)用的要求。因此，對(duì)于alh3的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、合成方法開發(fā)、熱釋放能力等的研究勢(shì)在必行。

從國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以看出，通常采用液相間接合成法，其共同弊端在于：需要使用大量的乙醚、甲苯、thf等有機(jī)溶劑；合成原料氫化鋁鋰和氫化鋰等價(jià)格昂貴，成本高；合成條件苛刻，操作存在一定的危險(xiǎn)性。因此，該方法只限于小批量制備產(chǎn)品，大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)有一些難度。

機(jī)械固相化學(xué)反應(yīng)法，是在某種材料反應(yīng)體系中引入機(jī)械能量(例如球磨)，通過機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)，不僅可使反應(yīng)體系的物理化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而且能有效地均勻混合反應(yīng)物，形成納米顆粒，使體系的自由能升高，活性增加，降低化學(xué)反應(yīng)活化能，提高化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，誘發(fā)各種固態(tài)化學(xué)反應(yīng)。雖然避免了大量使用有機(jī)溶劑，但是由于機(jī)械固相反應(yīng)產(chǎn)生能量太高，導(dǎo)致產(chǎn)率很低，且為非晶相，顯然離規(guī)?；a(chǎn)穩(wěn)定性好的α-alh3還相差很遠(yuǎn)。因此，研究一種低消耗、高效率、操作簡(jiǎn)單的制備α-alh3工藝方法顯得尤為必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種電化學(xué)催化沉積制備α-三氫化鋁的方法，該方法操作簡(jiǎn)單，效率高、能耗低、無安全隱患。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種電化學(xué)催化沉積制備α-三氫化鋁的方法，包括以下步驟：(1)氫化鋁鈉的精制；(2)電化學(xué)催化沉積制備α-三氫化鋁；(3)產(chǎn)物后處理。

前述電化學(xué)催化沉積制備α-三氫化鋁的方法中，步驟(1)氫化鋁鈉的精制，具體為：取氫化鋁鈉，加入精制后無水乙醚，攪拌，再加入未精制的無水乙醚，繼續(xù)攪拌，隨后加入未精制的甲苯，攪拌，靜置；將靜置后的混合溶液減壓過濾，濾液進(jìn)行常壓蒸餾，蒸餾出的溶劑回收備用，隨后將蒸餾產(chǎn)物抽濾、干燥得到精制氫化鋁鈉。本發(fā)明中選擇易溶解的溶劑和微溶或不溶的惰性溶劑作為混合溶劑，有利于產(chǎn)品的精制，在蒸餾過程中，有利于原料精制后的晶型狀態(tài)，從而提高產(chǎn)品活性。

優(yōu)選地，前述電化學(xué)催化沉積制備α-三氫化鋁的方法中，步驟(1)氫化鋁鈉的精制，具體為：取500～1000g氫化鋁鈉，加入0.8～2.5l精制后無水乙醚，攪拌，再加入2l未精制的無水乙醚，繼續(xù)攪拌3min，隨后加入1.0～3.0l未精制的甲苯，攪拌5～25min，靜置8～16h；將靜置后的混合溶液減壓過濾，濾液在90～140℃下進(jìn)行常壓蒸餾，蒸餾出溶劑回收備用，隨后將蒸餾產(chǎn)物抽濾、在真空280～495mmhg和40～75℃條件下干燥2～5h得到精制氫化鋁鈉。

前述電化學(xué)催化沉積制備α-三氫化鋁的方法中，步驟(2)電化學(xué)催化沉積制備α-三氫化鋁，具體為：取步驟(1)得到的精制氫化鋁鈉溶解于乙醚中，進(jìn)行減壓蒸餾，至無蒸餾液產(chǎn)生為止，形成電解液，以鋁片作為陽(yáng)極，鉑片作為陰極，采用直流電進(jìn)行電解，即得。

前述電化學(xué)催化沉積制備α-三氫化鋁的方法中，減壓蒸餾后得到電解液的濃度為0.05mol/l～0.2mol/l；電解過程中電壓為24～36v，電流為300～1000a；電解溫度為30℃～65℃；電解時(shí)間為3～6h。

前述電化學(xué)催化沉積制備α-三氫化鋁的方法中，步驟(3)產(chǎn)物后處理，具體為：取出步驟(2)中鉑片，用步驟(1)中蒸餾出的溶劑洗滌4～8次，隨后在真空度為380～520mmhg和50～70℃條件下干燥3～6h，得到淺灰色晶體顆粒。

圖1是本發(fā)明的反應(yīng)工藝流程圖。為了確保本發(fā)明技術(shù)方案的科學(xué)、合理、有效，發(fā)明人進(jìn)行了一系列驗(yàn)證試驗(yàn)。結(jié)果如下所示。采用本發(fā)明的方法，電解反應(yīng)能耗(比能)≤5.0kwh/kg。與傳統(tǒng)制備方法相比，能耗降低30％～50％。與傳統(tǒng)電化學(xué)法制備產(chǎn)率低相比，采用本發(fā)明方法產(chǎn)率可高達(dá)64～70％，α-三氫化鋁的有效含量達(dá)98％以上。

本發(fā)明中選擇電解液的濃度0.05mol/l～0.2mol/l，當(dāng)電解液濃度過低時(shí)，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)率低，容易得到其他不穩(wěn)定晶型產(chǎn)品，如β-三氫化鋁、γ-三氫化鋁；當(dāng)電解液濃度過高時(shí)，所得產(chǎn)品中容易出現(xiàn)單質(zhì)鋁。

本發(fā)明的有益之處在于：本發(fā)明提供的一種電化學(xué)催化沉積制備α-三氫化鋁的方法，操作簡(jiǎn)單，是一種效率高、無化學(xué)污染、能耗低的制備方法。有效解決了現(xiàn)有用醚合物和離子交換法制α-alh3時(shí)高能耗、污染嚴(yán)重等問題。本發(fā)明的方法安全可靠，產(chǎn)率高。本發(fā)明方法采用電化學(xué)催化沉積反應(yīng)，無需使用有毒或有危險(xiǎn)的氧化劑和還原劑。在制備過程中，可通過控制電極電位，使反應(yīng)按預(yù)定的目標(biāo)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)率和α-三氫化鋁的有效含量的調(diào)控，從而獲得高純度的產(chǎn)物。產(chǎn)物產(chǎn)率可高達(dá)64～70％，α-三氫化鋁的有效含量達(dá)98％以上，具有較高的收率及選擇性。本發(fā)明方法中電子轉(zhuǎn)移和化學(xué)反應(yīng)兩個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行，反應(yīng)直接成本低，電解反應(yīng)能耗低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的反應(yīng)工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的介紹。

本發(fā)明中所用試劑均為市售產(chǎn)品。

實(shí)施例1