離子液體作為電解質(zhì)應(yīng)用于電解鋁的分析

1、離子液體作為電解質(zhì)應(yīng)用于電解鋁的分析摘要：本文分析了離子液體的主要特征，以此強(qiáng)調(diào)其作為電解質(zhì)應(yīng)用于電解 鋁反應(yīng)中的優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，以氯鋁酸型離子電解液、非氯鋁酸型離子電解液 這兩類用于低溫電解鋁中的離子液體電解質(zhì)為切入點(diǎn)，對(duì)電解鋁反應(yīng)中的離子電 解液的具體運(yùn)用進(jìn)行闡述，為后續(xù)離子電解液繼續(xù)研究的展開提供參考。關(guān)鍵詞：離子液體；電解質(zhì)；電解鋁引言：在室溫條件下，由正離子與負(fù)離子所構(gòu)成的液體統(tǒng)稱為離子液體（全 部由離子組成的液體）。目前，將離子液體作為電解液投入電解鋁工藝中得到重 點(diǎn)的研發(fā)與應(yīng)用，基于離子液體的低溫電解鋁技術(shù)迅速發(fā)展。一、離子液體的主要特征分析離子液體作為溶劑擁有較為獨(dú)特的特征，

2、主要集中在以下幾方面：（1）液 態(tài)溫度范圍相對(duì)寬闊。對(duì)于離子液體而言，其液態(tài)溫度范圍一般穩(wěn)定在低于（接 近）室溫至300C以上，且有著理想的化學(xué)穩(wěn)定性。依托對(duì)陰離子與陽(yáng)離子大小、 結(jié)構(gòu)的調(diào)整，可以促使離子液體在低于室溫、室溫條件下已然保持在液體狀態(tài)下。（2）具備極強(qiáng)的溶解能力。在溶解濃度相對(duì)較高的金屬有機(jī)化合物、無(wú)機(jī)化合 物、有機(jī)化合物的過(guò)程中，離子液體均可以發(fā)揮出極為理想的溶解性能，甚至可 以實(shí)現(xiàn)對(duì)聚合物的有效溶解。（3）導(dǎo)電性能相對(duì)理想。由于離子液體屬于全部 由離子組成的液體，所以其具備理想的導(dǎo)電性能，且電化學(xué)窗口寬度高，在電化 學(xué)領(lǐng)域有著較好的應(yīng)用價(jià)值與應(yīng)用前景（4）擁有較高的熱穩(wěn)定性。

3、在300C 的環(huán)境溫度條件下，大多數(shù)離子液體依然可以表現(xiàn)出較為理想的熱穩(wěn)定性，不會(huì) 發(fā)生分解。從這一角度來(lái)看，離子液體擁有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，支持長(zhǎng)時(shí)間的保 存。（5）蒸氣壓處于較低水平。離子液體所擁有的蒸汽壓相對(duì)較低，所以其揮 發(fā)性更小，有效避免在存儲(chǔ)過(guò)程中發(fā)生蒸發(fā)散失的問(wèn)題，可以循環(huán)利用，且有效 規(guī)避由于揮發(fā)所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題的發(fā)生。二、電解鋁反應(yīng)中的離子電解液的具體運(yùn)用探究（一）氯鋁酸型離子電解液的應(yīng)用應(yīng)用流程與原理氯鹽離子液體與過(guò)量氯化鋁混合構(gòu)成氯鋁酸型離子電解液，相比于高溫電解 鋁技術(shù)而言，基于氯鋁酸型離子電解液的低溫電解鋁技術(shù)可以在環(huán)境溫度穩(wěn)定在 100C以下時(shí)完成電解。在此過(guò)程中

4、，普遍應(yīng)用惰性電極，此時(shí)具有高附加價(jià)值 的氯氣從陽(yáng)極析出，陰極則析出固態(tài)鋁。在這樣的反應(yīng)過(guò)程中，產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng) 原理如下所示：在陽(yáng)極區(qū)域，AlCl-離子分解為七氯合二鋁離子、氯氣以及離 4子；在陰極區(qū)域，七氯合二鋁離子與離子反應(yīng)生成鋁以及AlCl-離子；在離子4電解液中發(fā)生的總反應(yīng)為，七氯合二鋁離子分解為氯氣、鋁以及AlClJ離子。由于基于氯鋁酸型離子電解液的低溫電解鋁技術(shù)擁有相對(duì)溫和的電解條件 （即溫度穩(wěn)定在100C以下），所以在當(dāng)前的電解鋁生產(chǎn)中發(fā)揮出較高優(yōu)勢(shì)，應(yīng) 用前景相對(duì)理想。影響因素第一，電極材料因素的影響。在選用的電極為鎢電極時(shí)，鋁在該電極區(qū)域發(fā) 生的沉淀包含在擴(kuò)散耦控制生長(zhǎng)的瞬時(shí)

5、成核過(guò)程的范圍內(nèi)；在選用的電極為鋁電 極時(shí)，鋁在該電極區(qū)域發(fā)生的沉淀包含在動(dòng)力學(xué)控制過(guò)程的范圍內(nèi)。由于鎢電極 具有相對(duì)特殊的結(jié)構(gòu)以及化學(xué)組成，所以將其投入電解鋁的反應(yīng)中，能夠促使部 分鋁在鎢電極表面位置產(chǎn)生欠電沉積；若是使用的電極為鋁電極，則無(wú)法觀察到 想用或相似結(jié)果，能夠看出電極材料在電解鋁的鋁沉淀過(guò)程中存在著較大的影響 力。實(shí)踐中，如果使用基于P90鋰鋁合金的電極、或是基于鎂合金的電極，則可 以在反應(yīng)后于相應(yīng)電極表面觀察到致密、均勻鋁層。第二，電流密度因素的影響。在基于氯鋁酸型離子電解液的低溫電解鋁反應(yīng) 過(guò)程中，電流密度因素會(huì)對(duì)沉積鋁的顆粒大小產(chǎn)生影響。通常情況下，在電流強(qiáng) 度不斷增高的提

6、條件下，所獲取到的沉積鋁顆粒大小會(huì)隨之下降；在落實(shí)電化學(xué) 前處理的過(guò)程中，如果電流密度有所增高，那么鋁層與基底之間的結(jié)合力也會(huì)呈 現(xiàn)出增大的趨勢(shì)；在電流脈沖的支持下，溶液濃度差極化現(xiàn)象有所減弱，推動(dòng)電 極表面沉積層的致密程度上升；在電流密度增加的條件下，鋁層球狀結(jié)構(gòu)增大， 而鋁層晶粒的粒徑下降。第三，添加劑因素的影響。提取適量添加劑加入基于氯鋁酸型離子電解液的 低溫電解鋁反應(yīng)過(guò)程中，也能夠?qū)︿X的沉積造成影響。例如，當(dāng)加入一定量的苯 后，可以促使沉積鋁層的質(zhì)量有所改善，同時(shí)提升相應(yīng)鋁層表面的光亮程度；當(dāng) 加入一定量的煙酸作為添加劑參與低溫電解鋁反應(yīng)后，所獲取到的沉積鋁晶體的 粒徑更低，穩(wěn)定在(1

7、43)納米的范圍內(nèi)；當(dāng)加入一定量的甲苯作為添加劑參 與低溫電解鋁反應(yīng)后，會(huì)促使離子電解液內(nèi)所包含著的七氯合二鋁離子與 AlCl-離子的比例有所改變，對(duì)鋁的欠電位沉積做出抑制，以此達(dá)到完善沉積4鋁層形貌、表面光亮程度的效果。(二)非氯鋁酸型離子電解液的應(yīng)用TfN-型離子液體電解鋁對(duì)于TfN-型離子液體而言，其在空氣與水的條件下均擁有理想的穩(wěn)定性， 2易于干燥以及純化；在室溫條件下，促使鋁在電極位置發(fā)生基于成核生長(zhǎng)的電沉 積，維護(hù)鋁沉積層的致密性、均勻性以及表面光亮程度，所得到的沉積鋁晶體粒 徑穩(wěn)定在100納米以下；在100C以上的溫度下，室溫條件下出現(xiàn)的成核生長(zhǎng)現(xiàn) 象消失，且所得到的沉積鋁晶體粒

8、徑穩(wěn)定在34納米左右2。N(CN)-型離子液體電解鋁N(CN)2-型離子液體的黏度相對(duì)較低，擁有更為理想的絡(luò)合能力，且不容易 吸水，是一種性能優(yōu)質(zhì)的氯化鋁溶劑的，能夠?yàn)殡娊夥磻?yīng)的展開提供有力支持。實(shí)踐中，在氯化鋁的濃度達(dá)到每升1.6摩爾的條件下，即可實(shí)現(xiàn)鋁的低溫電沉積。乙酞胺型離子液體電解鋁將乙酞胺型離子液體作為電解液可以促進(jìn)低溫電解鋁反應(yīng)的展開，在這種離 子液體的陽(yáng)離子中，除了有機(jī)組分酰胺基之外，還有無(wú)機(jī)金屬鋁元素，屬于新型 離子液體電解液。實(shí)踐中，結(jié)合恒電流電解法的應(yīng)用，能夠收獲致密且相對(duì)平整 的鋁沉積層，而這種鋁沉積層的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在99%以上。HSO型離子液體電解鋁在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，使用

9、三氧化二鋁作為原料的情況極為常見，基于此，探究 能夠電解三氧化二鋁的離子液體具有極高的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。就當(dāng)前的研究情況來(lái)看， 得到的可以直接對(duì)三氧化二鋁展開電解的離子液體為HSO4-型離子液體。實(shí)踐中， 將HSO4-型離子液體加熱升溫至270C后，其依舊擁有較為穩(wěn)定的性質(zhì)，且導(dǎo)電 率、黏度等參數(shù)均滿足電解質(zhì)要求；配合鉑電極或者是銅電極的應(yīng)用，可以在陰 極區(qū)域觀察到鋁的電沉積，且獲得的鋁沉積層致密且相對(duì)平整?？偨Y(jié)：綜上所述，離子液體作為溶劑擁有較為獨(dú)特的特征，將其作為電解液 投入電解鋁工藝中得到重點(diǎn)的研發(fā)與應(yīng)用。目前，用于低溫電解鋁中的離子液體 電解質(zhì)可以劃分為氯鋁酸型離子電解液以及非氯鋁酸型離子電解液這兩種，配合 合理電極的應(yīng)用，能夠在低溫（室溫）條件下觀察到致