[发明专利]一种基于熔盐电化学法制备碳纳米管包覆金属材料的方法

说明书

本发明属于材料冶金技术领域，具体涉及一种基于熔盐电化学法零排放CO₂制备碳纳米管包覆金属材料的方法。本发明所述基于熔盐电化学法制备碳纳米管包覆金属材料的方法，采用碳素阳极，在熔盐电解金属氧化物过程添加另一溶解的氧化物，将阳极析出的CO₂和熔盐中的金属氧化物在阴极转化为碳纳米管包覆的金属材料。本发明所述基于熔盐电化学法制备碳纳米管包覆金属材料的方法，在金属材料制备的同时对过程尾气中的CO₂进行原位转化，无需额外的分离及富集步骤，可简化CO₂捕集转化工序，节约成本；同时，由于将金属材料封存于由CO₂转化而来的碳纳米管中，不仅可实现CO₂的高值转化，还可显著提升金属材料的应用性能及电催化活性。

技术领域

本发明属于材料冶金技术领域，具体涉及一种基于熔盐电化学法零排放CO₂制备碳纳米管包覆金属材料的方法。

背景技术

高温熔盐电解还原固态金属氧化物方法是利用电能加热并转换为化学能，将某些金属的盐类熔融并作为电解质进行电解，以提取和提纯金属的冶金过程，是近些年来兴起的一种流程短、能耗低、环境友好的冶金新方法，广泛用于大规模制备金属及合金材料，以及稀有金属的生产，如工业上金属铝及部分稀土金属均通过熔盐电解其相应的氧化物获得。

然而，由于熔盐电解过程中使用的熔融盐通常具有高腐蚀特性且电解过程阳极需在强氧化性电位下连续工作，因此极难获取可长期稳定工作的析氧惰性阳极材料。目前，熔盐电解氧化物主要采用消耗性碳素阳极，碳元素与生成的氧气会发生反应并产生温室气体CO₂，导致大量CO₂及其他有毒气体排出外界，造成优质碳素资源的浪费以及严重的环境问题。

随着全球对CO₂温室效应的关注，逐渐开发出将温室气体CO₂转化为诸如碳纳米管等高值碳材的工艺，在缓解环境危害问题的同时实现碳资源的再利用。如采用贵金属氧化物(如RuO₂)或合金(如Ni基合金)等作为惰性阳极材料，以熔融盐作为介质环境下，实现了CO₂向高值碳材的高温电化学转化。然而，在上述电化学工艺中，一方面，高温熔盐转化缺乏可长期稳定工作的惰性阳极，使得惰性阳极在熔盐中长期稳定服役仍面临挑战；而且，采用惰性阳极电化学转化CO₂难以与工业上消耗性碳素阳极实现原位耦合，需要采用额外的工艺进行处理；再者，贵金属催化剂的参与变相提高了整个转化工艺的成本，且低温转化面临反应速率不足等问题。

可见，开发一种可实现CO₂零排放的熔盐电解金属氧化物方法，在熔盐电解制备金属材料的同时，原位实现CO₂的高碳值利用，具有重要的环保意义。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于熔盐电化学法制备碳纳米管包覆金属材料的方法，所述方法通过将熔盐电解金属氧化物所用碳基阳极进一步转化为碳纳米管，原位实现CO₂的零排放，以解决现有技术中熔盐电解金属氧化物工艺大量排放CO₂引起环境污染的问题。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种基于熔盐电化学法制备碳纳米管包覆金属材料的方法，所述方法在惰性气体环境中，以金属氧化物为金属源，以熔盐为反应介质，在碳素阳极和导电阴极左右下，进行高温熔盐电解反应，并在所述导电阴极处得到碳纳米管包覆的金属材料，在所述碳素阳极处析出氧气。