阅读说明：本技术 一种以铝-空气电池废电解液浆料制备纳米镁铝尖晶石的方法 (Method for preparing nano magnesia-alumina spinel from waste electrolyte slurry of aluminum-air battery ) 是由 武杏荣 杨星 潘甜甜 申星梅 曹发斌 王平 李辽沙 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种以铝-空气电池产生的废电解液浆料制备纳米镁铝尖晶石的方法的方法,包括以下步骤：(1)用蒸馏水反复清洗,过滤废浆料,使清洗后的水pH＝8.3～8.5,分离,干燥,得固体物质；(2)取步骤(1)得到的固体物质放入氧化镁坩埚中,通过一步煅烧法进行煅烧,冷却至室温,得到纳米镁铝尖晶石。本发明方法制备过程简单、环保、节能,制备得到的纳米镁铝尖晶石的粒径分布均匀,实现了对铝-空气电池废电解液的资源再利用。(The invention discloses a method for preparing nano magnesia-alumina spinel by using waste electrolyte slurry generated by an aluminum-air battery, which comprises the following steps: (1) repeatedly washing with distilled water, filtering the waste slurry to ensure that the pH value of the washed water is 8.3-8.5, separating and drying to obtain a solid substance; (2) and (2) putting the solid substance obtained in the step (1) into a magnesium oxide crucible, calcining by a one-step calcining method, and cooling to room temperature to obtain the nano magnesia-alumina spinel. The method has the advantages of simple preparation process, environmental protection and energy conservation, and the prepared nano magnesia-alumina spinel has uniform particle size distribution, thereby realizing the resource reutilization of the waste electrolyte of the aluminum-air battery.)

一种以铝-空气电池废电解液浆料制备纳米镁铝尖晶石的 方法

技术领域

本发明涉及资源再生技术领域，具体涉及一种以铝-空气电池废电解液浆料制备纳米镁铝尖晶石的方法。

背景技术

碱性铝–空气电池是以金属铝作为阳极，空气作为阴极，电解液采用KOH或NaOH等溶液；然而，金属铝在碱性电解液中产生腐蚀作用，放电时还会伴随如下析氢反应：2Al+6H₂O+2OH^-→2Al(OH)^4-+3H₂↑，因此，相当一部分的铝与碱性电解液反应生成氢气，降低了铝阳极的利用率，同时消耗电解液影响电池寿命。为增加铝-空气电池的放电性能，铝阳极采用合金材料，其中合金元素Mg是一种影响铝阳极电化学性能最主要的元素之一，当Mg含量较低时，其能够大大的提高铝合金阳极的电化学性能和腐蚀性能，形成Al-0.5Mg系列合金，如Al-0.5Mg-Sn等，在铝-空气电池工作时，电解液中会产生含有Al、Mg沉淀物。

发明专利(201510830134.0)中提到以铝-空气电池放电产物清洗至中性为铝源，通过添加硫酸后再添加硫酸铵后经溶解、蒸发、煅烧和添加有机分散剂(聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯醚等)等方法制备出纯度高、粒径均匀的纳米氧化铝，实现了废物利用。发明专利(201510833729.1)涉及用铝-空气电池放电过程制造纳米氢氧化铝，这种方法制备的氢氧化铝不仅粒径均匀细小而且纯度高。并且在制备过程中铝-空气电池还能对外输出电能，该法大幅降低了铝-空气电池的运行成本，实现废物利用。“由铝-空气电池放电产物制备单分散纳米α-Al₂O₃”(《化学工业与工程》，2017，34(4):39-43.)中研究了放电产物浸出所需的最适宜温度和酸的用量，反应物滴定速度对前驱体的影响以及煅烧条件对纳米氧化铝分散性的影响。当m(浓硫酸):m(放电产物)＝5:2，浸出温度为100℃时放电产物能够完全溶解，硫酸铝的滴定速度小于16mL/min时能够得到纯净的碳酸铝铵前驱体，前驱体先经300℃低温加热，然后经过1200℃高温煅烧可以得到粒径在50nm左右，单分散的α-Al₂O₃，实验过程简单，重现性良好。上述专利和文献中都是利用铝-空气电池放电产物制备纳米氧化铝、纳米氢氧化铝，目前尚无涉及铝-空气电池所产生的废电解液浆料制备纳米镁铝尖晶石的相关报道。

发明内容

本发明目的是为了弥补已有技术缺陷，提供了一种以铝-空气电池废电解液浆料制备纳米镁铝尖晶石的方法，该方法制备过程简单、环保、节能，制备得到的纳米镁铝尖晶石的粒径分布均匀，实现了对铝-空气电池废电解液的资源再利用。

为实现上述目的，本发明通过以下方案予以实现：

本发明提供了一种以铝-空气电池废电解液浆料制备纳米镁铝尖晶石的方法，包括如下步骤：

(1)用蒸馏水反复清洗废电解液浆料，使清洗过后的水的pH＝8.3～8.5，分离，过滤，干燥，得到固体物质；

(2)步骤(1)中得到的固体物质放入氧化镁坩埚中，通过一步煅烧法进行煅烧，冷却至室温，得到纳米镁铝尖晶石。

优选地，步骤(1)中使清洗过后的水的pH＝8.3～8.5。

优选地，步骤(1)中干燥温度为90～110℃，时间为60～180分钟。

优选地，步骤(1)中干燥温度为100℃，时间为120分钟。

优选地，一步煅烧法为加热到900～1200℃后保温100～140分钟。

优选地，一步煅烧法为加热到1100℃后保温120分钟。

本发明的有益效果是：

本发明通过对铝-空气电池废电解液中固体沉淀进行过滤清洗干燥后煅烧得到纳米镁铝尖晶石，制备过程简单、环保、节能，制备得到的纳米镁铝尖晶石的粒径分布均匀，实现了对铝-空气电池废电解液的资源再利用。

附图说明

图1为实施例1制备纳米镁铝尖晶石的X射线衍射图谱；

图2为实施例2制备纳米镁铝尖晶石的X射线衍射图谱；

图3为实施例3制备纳米镁铝尖晶石的X射线衍射图谱；

图4为实施例4制备纳米镁铝尖晶石的X射线衍射图谱；

图5为实施例2制备纳米镁铝尖晶石的透射电镜能谱；

图6为实施例2制备纳米镁铝尖晶石的10nm透射电镜图谱；

图7为实施例2制备纳米镁铝尖晶石的10nm透射电镜图谱；

图8为实施例2制备纳米镁铝尖晶石的100nm透射电镜图谱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种以铝-空气电池废电解液浆料制备纳米镁铝尖晶石的方法，包括以下步骤：

(1)用蒸馏水反复清洗废浆料，使清洗过后的水的pH＝8.3；过滤，100℃干燥60分钟，得固体物质；

(2)取步骤(1)得到的固体物质放入氧化镁坩埚中，900℃保温2h，冷却至室温，得到纳米镁铝尖晶石。

对本实施例得到的产品进行XRD分析，结果如图1所示，将之与MgAl₂O₄的标准图谱对照，得到的XRD图谱符合MgAl₂O₄的标准图谱,获得的是MgAl₂O₄，经计算得到烧结产品粒度为9.50nm。

实施例2

一种以铝-空气电池废电解液浆料制备纳米镁铝尖晶石的方法，包括以下步骤：

(1)用蒸馏水反复清洗废浆料，使清洗过后的水的pH＝8.5，过滤，100℃干燥180分钟，得固体物质；

(2)取步骤(1)得到的固体物质放入氧化镁坩埚中，1000℃保温2h，冷却至室温，得到纳米镁铝尖晶石。

对本实施例得到的产品进行XRD分析，结果如图2所示，将之与MgAl₂O₄的标准图谱对照，得到的XRD图谱符合MgAl₂O₄的标准图谱,获得的是MgAl₂O₄，经计算得到烧结产品粒度为10.79nm。

实施例3

一种以铝-空气电池废电解液浆料制备纳米镁铝尖晶石的方法，包括以下步骤：

(1)用蒸馏水反复清洗废浆料，使清洗过后的水的pH＝8.3，过滤，100℃干燥120分钟，得固体物质；

(2)取步骤(1)得到的固体物质放入氧化镁坩埚中，1100℃保温2h，冷却至室温，得到纳米镁铝尖晶石。

对本实施例得到的产品进行XRD分析，结果如图3所示，将之与MgAl₂O₄的标准图谱对照，得到的XRD图谱符合MgAl₂O₄的标准图谱,获得的是MgAl₂O₄，经计算得到烧结产品粒度为11.81nm。

实施例4

一种以铝-空气电池废电解液浆料制备纳米镁铝尖晶石的方法，包括以下步骤：

(1)用蒸馏水反复清洗废浆料，使清洗过后的水的pH＝8.4，过滤，100℃干燥120分钟，得固体物质；

(2)取小部分步骤(1)得到的固体物质放入氧化镁坩埚中，1200℃保温2h，冷却至室温，得到纳米镁铝尖晶石。

对本实施例得到的产品进行XRD分析，结果如图4所示，将之与MgAl₂O₄的标准图谱对照，得到的XRD图谱符合MgAl₂O₄的标准图谱,获得的是MgAl₂O₄，经计算得到烧结产品粒度为17.24nm。

性能检测

取实施例2得到的产品进行透射电镜分析，得到结果如图5-8所示，计算样品中各元素含量如表1所示：

表1样品中各元素含量

元素	wt％	wt％Sigma
			O	47.67	0.73
Mg	14.77	0.48
			Al	37.56	0.66
总量:	100.00

由图5及表1可知，制得样品所含元素分布均且基本符合镁铝尖晶石分子式；从图6中可以清晰的看到晶格的条纹，说明所制备的纳米镁铝尖晶石结晶性良好，晶面间距符合MgAl₂O₄的(111)面；从图7中可以得出镁铝尖晶石纳米颗粒粒径大约为11nm左右，这与XRD分析得到的粒径大小基本一致；从图8中可以看出纳米粒子为层状且分散不均匀、容易团聚。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。