一种电解制备硅基纳微米材料的方法及电解装置制造方法及图纸

技术编号：43024380 阅读：9 留言：0更新日期：2024-10-18 17:25

本发明专利技术公开了一种电解制备硅基纳微米材料的方法及电解装置，属于硅基纳微米材料和电解设备技术领域。本发明专利技术在盖口处设置有槽盖，将阴极组件可拆卸安装于所述槽体内，使阴极组件拆装方便；将阴极组件设计成具有可拆卸筒盖的滤筒结构，方便原料的装入，也方便反应产物的取出；利用本发明专利技术的装置制备硅基纳微米材料，可以实现熔盐的充分利用，又能实现熔体与反应产物的高效分离，实现硅基材料的高效制备，操作方便，提高了装置的运行效率，极大节约了能耗。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硅基纳微米材料和电解设备，具体涉及一种电解制备硅基纳微米材料的方法及电解装置。

技术介绍

1、现有的硅基材料的制备方法有碳热脱氧法、镁热还原法及电化学还原法等。其中，碳热脱氧法的反应原理为：sio2+2c→si+2co，这种方法虽然能够得到纯度较高的冶金硅，但是需要极高的温度(1700℃左右)；镁热还原法的反应剧烈，难以调控。电化学还原法是利用电子作为绝对清洁的还原剂来提取硅，从而制备硅基纳微米材料。与碳热脱氧法、镁热还原法相比，电化学还原法能够实现反应温和、可控地进行。

2、电化学还原法通过电解槽实施，但是现有的电解槽存在生产效率低且操作不方便的缺陷。

3、因此，亟需设计出一种操作方便且生产效率高的电解装置。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种电解制备硅基纳微米材料的方法及电解装置。

2、为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：

3、第一方面，本专利技术提供的一种电解装置包括电解槽、阳极机构及阴极机构，所述电解槽包括槽体，所述槽体的底部开设有出料口，所述出料口处设置有出料管，所述槽体的侧壁开设有出气口，所述槽体配备有加热机构，所述出气口处设置有出气管，所述槽体的上壁开设有盖口及进气口，所述盖口处设置有槽盖，所述进气口处设置有进气管，所述阳极机构包括阳极板，所述阴极机构包括阴极组件，所述阴极组件为具有可拆卸筒盖的滤筒结构，所述阳极板和阴极组件分别可拆卸安装于所述槽体内。

<p>4、作为本专利技术的优选实施方式，所述阳极板的材质为石墨，所述阴极组件的材质为钼。

5、作为本专利技术的优选实施方式，所述阴极机构还包括阴极连接杆和阴极固定杆，所述阴极连接杆的一端与所述阴极组件远离所述筒盖的一端连接，所述阴极连接杆的另一端与所述阴极固定杆的一端连接，所述电解装置还包括转轴组件及驱动电机，所述驱动电机安装于所述槽体的外侧壁，所述转轴组件包括转轴和连接轴，所述连接轴的一端与驱动电机的输出端连接，所述连接轴的另一端伸入所述槽体后与所述转轴的一端连接，所述连接轴与所述槽体的侧壁转动配合，所述转轴的另一端伸出所述槽体且通过轴套与所述槽体的侧壁转动配合，所述转轴与所述阴极固定杆的另一端连接；所述阴极连接杆、阴极固定杆、转轴的材质为导电材料，所述连接轴和轴套的材质为绝缘材料。

6、进一步的，所述阴极机构的数量不少于两个，所述阴极机构沿所述转轴的轴向等间距分布或沿所述转轴的周向等间距分布。

7、作为本专利技术的优选实施方式，所述阳极机构还包括阳极连接杆及阳极固定杆，所述阳极板、阳极连接杆及阳极固定杆依次连接，所述阳极固定杆与所述槽体的上壁连接，阳极连接杆的材质和阳极固定杆的材质为导电材料。

8、作为本专利技术的优选实施方式，所述阳极机构的数量不少于两个且等间距分布。

9、作为本专利技术的优选实施方式，所述电解装置还包括加料机构，所述加料机构包括物料储存罐及进料管，所述物料储存罐与所述槽盖上的进料孔通过进料管连接。

10、作为本专利技术的优选实施方式，所述电解装置还包括水洗仓和酸洗仓。

11、第二方面，本专利技术提供的一种电解制备硅基纳微米材料的方法，所述方法通过如第一方面所述的电解装置实施。

12、所述电解制备硅基纳微米材料的方法，包括如下步骤：

13、s1、将含硅原料装入阴极组件内，将阴极组件安装在槽体内，将阴极组件朝下；

14、s2、将熔盐加入槽体内；

15、s3、通入惰性气氛，将熔盐加热熔融形成熔体，所述熔体完全浸没阳极板和阴极组件，将阳极板和阴极组件通电，在惰性气氛保护下进行熔盐电解反应；

16、s4、反应完成后，排出熔体，待阴极组件自然冷却后，取出阴极组件，收集阴极组件内的反应产物；

17、s5、将所述反应产物进行洗涤除杂处理，得到硅基材料。

18、作为本专利技术的优选实施方式，所述含硅原料包括黏土矿物、改性黏土矿物和硅灰中的至少一种，所述黏土矿物包括蒙脱石、蛭石、伊利石、海泡石、坡缕石、高岭石、埃洛石中的至少一种。

19、所述改性黏土矿物为黏土矿物经改性处理所得的产物，所述改性处理的方法包括热改性、无机改性和有机改性中的至少一种；所述无机改性包括酸改性、碱改性中的至少一种。

20、作为本专利技术的优选实施方式，所述熔盐包括氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、氯化钡、氯化铝中的至少一种。

21、作为本专利技术的优选实施方式，步骤s3中惰性气体的通入流量为1-10l/min；所述惰性气体包括氩气、氦气中的至少一种。

22、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：

23、本专利技术在盖口处设置有槽盖，将阴极组件可拆卸安装于所述槽体内，使阴极组件拆装方便；将阴极组件设计成具有可拆卸筒盖的滤筒结构，方便原料的装入，也方便反应产物的取出；利用本专利技术的装置制备硅基纳微米材料，可以实现熔盐的充分利用，又能实现熔体与反应产物的高效分离，实现硅基材料的高效制备，操作方便，提高了装置的运行效率，极大节约了能耗。

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【技术保护点】

1.一种电解装置，其特征在于，包括电解槽、阳极机构及阴极机构，所述电解槽包括槽体，所述槽体的底部开设有出料口，所述出料口处设置有出料管，所述槽体的侧壁开设有出气口，所述槽体配备有加热机构，所述出气口处设置有出气管，所述槽体的上壁开设有盖口及进气口，所述盖口处设置有槽盖，所述进气口处设置有进气管，所述阳极机构包括阳极板，所述阴极机构包括阴极组件，所述阴极组件为具有可拆卸筒盖的滤筒结构，所述阳极板和阴极组件分别可拆卸安装于所述槽体内。

2.如权利要求1所述电解装置，其特征在于，所述阳极板的材质为石墨，所述阴极组件的材质为钼。

3.如权利要求1所述电解装置，其特征在于，所述阴极机构还包括阴极连接杆和阴极固定杆，所述阴极连接杆的一端与所述阴极组件远离所述筒盖的一端连接，所述阴极连接杆的另一端与所述阴极固定杆的一端连接，所述电解装置还包括转轴组件及驱动电机，所述驱动电机安装于所述槽体的外侧壁，所述转轴组件包括转轴和连接轴，所述连接轴的一端与驱动电机的输出端连接，所述连接轴的另一端伸入所述槽体后与所述转轴的一端连接，所述连接轴与所述槽体的侧壁转动配合，所述转轴的另一端

4.如权利要求3所述电解装置，其特征在于，所述阴极机构的数量不少于两个，所述阴极机构沿所述转轴的轴向等间距分布或沿所述转轴的周向等间距分布。

5.如权利要求1所述电解装置，其特征在于，所述阳极机构还包括阳极连接杆及阳极固定杆，所述阳极板、阳极连接杆及阳极固定杆依次连接，所述阳极固定杆与所述槽体的上壁连接。

6.如权利要求1所述电解装置，其特征在于，所述电解装置还包括加料机构，所述加料机构包括物料储存罐及进料管，所述物料储存罐与所述槽盖上的进料孔通过进料管连接。

7.如权利要求1所述电解装置，其特征在于，所述电解装置还包括水洗仓和酸洗仓。

8.一种电解制备硅基纳微米材料的方法，其特征在于，通过如权利要求1-7中任一项所述的电解装置实施。

9.如权利要求8所述电解制备硅基纳微米材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.如权利要求9所述电解制备硅基纳微米材料的方法，其特征在于，所述含硅原料包括黏土矿物、改性黏土矿物和硅灰中的至少一种，所述黏土矿物包括蒙脱石、蛭石、伊利石、海泡石、坡缕石、高岭石、埃洛石中的至少一种，所述熔盐包括氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、氯化钡、氯化铝中的至少一种。

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【技术特征摘要】

2.如权利要求1所述电解装置，其特征在于，所述阳极板的材质为石墨，所述阴极组件的材质为钼。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈情泽，朱润良，黄海铭，谢捷洋，韦寿淑，何宏平，朱建喜，
申请(专利权)人：中国科学院广州地球化学研究所，
类型：发明
国别省市：

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