非質(zhì)子性極性溶劑的除水方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非質(zhì)子性極性溶劑的除水方法，其利用一膜電極結(jié)合體，所述膜電極包括一固體電解質(zhì)層，所述固體電解質(zhì)層一側(cè)設(shè)置有第一電極層，另一側(cè)設(shè)置有第二電極層，上述的第一電極層及第二電極層加有大于水，小于非質(zhì)子性極性溶劑的分解電壓的電壓，上述的第一電極層接觸非質(zhì)子性水溶液中的水分生成氫氣，所述氫氣放出的同時，電解出的氧離子，以所述固體電解質(zhì)層為介質(zhì)移動到第二電極層以氧氣的形式放出，所述非質(zhì)子性極性溶劑的分解電壓大于水的分解電壓；所述固體電解質(zhì)層為以下物質(zhì)中的一種：La與Co的混合氧化物與氧化鈰的混合物，其中La與Co的比例在混合氧化物中均不低于5%，其余為LaMnO3。
【專利說明】非質(zhì)子性極性溶劑的除水方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溶劑除水方法，具體地講，涉及一種非質(zhì)子性極性溶劑的除水方法。
【背景技術(shù)】
[0002]有機溶液，一些常溫熔融鹽等作為非質(zhì)子性極性溶劑，反應(yīng)時不會給出質(zhì)子，卻帶有很強的極性，作為無水電鍍?nèi)芤夯螂姵赜秒娊庖旱膽?yīng)用很廣泛。在很多領(lǐng)域，為了達(dá)到電子元器件的高能量密度，小型化、輕量化的目的，這一類電解液被廣泛應(yīng)用。
[0003]無水電鍍進(jìn)行時，雖然使用了上述的電鍍?nèi)芤海に囍衅渌襟E或原料帶有的水分混入的情況很多。混入水分以后，電鍍?nèi)芤褐械碾娏鳠o法做到均一穩(wěn)定，無法形成高精度的電鍍層。而且，上述水分會還常常被電解生成氫氧化物，與電鍍?nèi)芤褐械囊恍┏煞址磻?yīng)后會使電鍍?nèi)芤旱男阅芰踊?，循環(huán)使用的次數(shù)減少。鑒于無水電鍍?nèi)芤涸系膬r格非常高，產(chǎn)品成本會大大增加。特別地，電池制造工藝中出現(xiàn)上述問題后，電池的使用壽命會受影響。
[0004]傳統(tǒng)工藝認(rèn)為沸石具有較強的吸水性，其除水后水分殘余量在5?IOppm之間，隨著精密儀器對元器件的要求標(biāo)準(zhǔn)提高，這一除水標(biāo)準(zhǔn)也亟待突破。而且電鍍?nèi)芤悍磸?fù)使用，每次電鍍都會有水分混入，反復(fù)多次的使用后沸石的效果也會逐漸減退，需要進(jìn)行重新處理后再投入使用，也會出現(xiàn)處理成本增大的問題。另外，對于相當(dāng)一部分的電鍍?nèi)芤海溆梅惺蚱渌麄鹘y(tǒng)吸水性物質(zhì)除去水分時需要高溫配合才能達(dá)到所需標(biāo)準(zhǔn)，但是很多電鍍?nèi)芤涸诟邷丶訜岷螅阅芊炊踊母臁?br> [0005]非質(zhì)子性極性溶劑中的水分，根據(jù)溶質(zhì)的種類或水分的含量不同存在形態(tài)各異，在水分含量較高時，水分會像乳液狀那樣以水滴的形式存在，含量在IOOOppm以下時就以分子的形式溶解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種不用高溫加熱電鍍用非質(zhì)子性極性溶劑就可以高標(biāo)準(zhǔn)地的除去水分的方案。
[0007]本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，其中所述比例均為質(zhì)量百分比。
[0008]所述非質(zhì)子性極性溶劑的除水方法，其利用一膜電極結(jié)合體，所述膜電極包括一固體電解質(zhì)層，所述固體電解質(zhì)層一側(cè)設(shè)置有第一電極層，另一側(cè)設(shè)置有第二電極層，上述的第一電極層及第二電極層加有大于水，小于非質(zhì)子性極性溶劑的分解電壓的電壓，上述的第一電極層接觸非質(zhì)子性水溶液中的水分生成氫氣，所述氫氣放出的同時，電解出的氧離子，以所述固體電解質(zhì)層為介質(zhì)移動到第二電極層以氧氣的形式放出，所述非質(zhì)子性極性溶劑的分解電壓大于水的分解電壓；所述固體電解質(zhì)層為以下物質(zhì)中的一種:La與Co的混合氧化物與氧化鈰的混合物，其中La與Co的比例在混合氧化物中均不低于5%，其余為LaMnO30[0009]進(jìn)一步地，選用氧化鈰時其所占比例為97%?99%。
[0010]進(jìn)一步地，選用LaGaO3或LaFeO3時其所占比例為0.5%?7%。
[0011]進(jìn)一步地，除水時對溶劑進(jìn)行加熱。
[0012]進(jìn)一步地，所述電解催化劑呈網(wǎng)狀包覆于所述第一電極層上。
[0013]進(jìn)一步地，除水時采用圓環(huán)套圓環(huán)狀的膜電極結(jié)合體，內(nèi)側(cè)設(shè)為第一電極層，外側(cè)設(shè)為第二電極層，最內(nèi)部為流動的非質(zhì)子性極性溶劑。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于無水電鍍?nèi)芤杭半姵仉娊庖旱确琴|(zhì)子性極性溶劑中混入的水分能夠被高標(biāo)準(zhǔn)的除去，至水分含量Ippm以下，而且本發(fā)明中的膜電極結(jié)合體不同于沸石等消耗品，可以反復(fù)使用，微量除水亦不會耗去多少的電力，電鍍成本大幅降低。
【具體實施方式】
[0015]所述非質(zhì)子性極性溶劑除水方法，其利用一膜電極結(jié)合體，所述膜電極包括一固體電解質(zhì)層，所述固體電解質(zhì)層一側(cè)設(shè)置有第一電極層，另一側(cè)設(shè)置有第二電極層，上述的第一電極層及第二電極層加有電壓，上述的第一電極層接觸非質(zhì)子性水溶液中的水分生成氫氣，所述氫氣放出的同時，電解出的氧離子，以所述固體電解質(zhì)層為介質(zhì)移動到第二電極層以氧氣的形式放出。所述電壓大于水，小于非質(zhì)子性極性溶劑的分解電壓。
[0016]上述電壓的控制方式，可以根據(jù)作用溫度，固體電解質(zhì)層的種類，非質(zhì)子性極性溶劑的種類，及除去水分的含量標(biāo)準(zhǔn)來實施相應(yīng)的電壓控制。水的分解電壓(理論值1.23V)及過電壓、電阻等，加起來通常有1.5V左右。大多數(shù)非質(zhì)子性極性溶劑的分解電壓在3?5V之間。按照這種方式，非質(zhì)子性極性溶劑不會分解，而水分會被分解除去。換言之，本發(fā)明適用于分解電壓大于1.5V的非質(zhì)子性極性溶劑。
[0017]而且，為了使上述的固體電解質(zhì)層中的氧離子的穿透性強，優(yōu)選對上述膜電極結(jié)合體及非質(zhì)子性極性溶劑進(jìn)行加熱，但是加熱溫度超出上述非質(zhì)子性極性溶劑的分解溫度時，非質(zhì)子性極性溶劑的性能會產(chǎn)生劣化。為此,加熱溫度應(yīng)當(dāng)能夠?qū)⑺殖ブ了璧暮?，且能確保上述膜電極結(jié)合體的氧離子透過性，且低于上述非質(zhì)子性極性溶劑的分解溫度即可。上述的加熱溫度要根據(jù)采用的固體電解質(zhì)層及非質(zhì)子性極性溶劑的種類才能設(shè)定。
[0018]例如一般電鍍工藝中的固體電解質(zhì)層為一些鈰與普通半導(dǎo)體金屬的混合氧化物，將其應(yīng)用于本發(fā)明的方法時優(yōu)選150°C?180°C的加熱溫度。但其除水的性能并不好，進(jìn)行電鍍時還是要以沸石除水為主，原因再去其對于氧離子的通透性能只在180°C附近或更高時表現(xiàn)較好，但此時溶劑性能已經(jīng)有開始劣化的傾向，而在其最為適宜用于電解的150°C?160°C時對氧離子的通透性較差，從而難以有效的構(gòu)成本發(fā)明中電解水所需的氧離子通道。如比較例I至3中我們分別選用鍺、鎵和鎘與鈰的混合氧化物。
[0019]實施例1，本發(fā)明中，優(yōu)選作為上述固體電解質(zhì)層還可以采用釔穩(wěn)定氧化鋯與氧化鈰材料的混合物，其中氧化鈰所占比例為98%，我們研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行了這種少量參雜以后，其氧離子通道的通透性能夠大幅提高。
[0020]我們經(jīng)過研發(fā)，還發(fā)現(xiàn)了 一些其他材料可以參雜于氧化鈰中作為實施例。
[0021 ] 實施例2，La與Co的混合氧化物；所占比例為3%。
[0022]實施例3，La與Ni的混合氧化物；所占比例為0.5% ;而且Ni金屬對于很多反應(yīng)有良好的催化性能，在同等條件下優(yōu)先選用。
[0023]同時，雖然氧化鈰在本發(fā)明中的性能最為良好，但其也可以替換為其他鑭系氧化物。
[0024]實施例4，La與Co的混合氧化物；所占比例為2%，其余為LaMn03。
[0025]實施例5，釔穩(wěn)定氧化鋯；所占比例為2%，其余為LaGaO315
[0026]實施例6，釔穩(wěn)定氧化鋯；所占比例為3%，其余為LaFeO315
[0027]所述第一電極層設(shè)有電解催化劑以幫助水分中的氫氧根中的化學(xué)鍵斷裂，例如La/Mn/Co/Fe, La/Ni/Sr/Mn, Ba/Sr/Ni/Fe, 一般來說這一部分的選擇較為任意，少量很多鑭系金屬或過渡金屬的混合氧化物都可以作為催化劑，只是催化反應(yīng)效率的快慢差異。
[0028]所述電解催化劑呈網(wǎng)狀包覆于所述第一電極層上。
[0029]所述電鍍?nèi)芤嚎梢圆捎肊MIC (1-乙基-3-甲基咪唑鋰)等咪唑鹽，BPC (1-丁基_氣化批淀鐵)等烷基批淀鹽，二甲亞諷等均可。
[0030]上述無水電鍍?nèi)芤?，通常分解溫度?00°C以上，可以加熱至200°C的程度進(jìn)行反應(yīng)。而且，為了高效的去除水分，作業(yè)溫度當(dāng)盡量提高。據(jù)此，優(yōu)選采用沸點在200°C以上的具有高沸點的無水電鍍?nèi)芤??；诔杀竞驮系囊椎眯裕婂児I(yè)中常常選用上述的溶劑。[0031 ] 所述非質(zhì)子性極性溶劑也可作為電池的電解液使用。
[0032]本發(fā)明優(yōu)選采用圓環(huán)套圓環(huán)狀的膜電極結(jié)合體，內(nèi)側(cè)設(shè)為第一電極層(陽極)，外側(cè)設(shè)為第二電極層，最內(nèi)部為流動的非質(zhì)子性極性溶劑的結(jié)構(gòu)。此種設(shè)計可以在其他作業(yè)方式相同的情況下將除水效率提聞15%左右，可以提聞生廣效率。
[0033]下面我們以若干非水溶劑為例進(jìn)行測試，測試環(huán)境中，非質(zhì)子性極性溶劑量為
0.8L，初始含水量為1500ppm，用費休法測定其將水分減少至Ippm所需時間t ;小型電子元器件進(jìn)行高精密電鍍要求該t值在40s以內(nèi)，才能達(dá)到在連續(xù)的電鍍工藝中進(jìn)行快速除水的目的，保證各種金屬，如鋁、鎳、銅等電鍍的順利進(jìn)行。對比時選擇了較低的加熱溫度進(jìn)行統(tǒng)一測試，但是根據(jù)溶劑的不同，加熱溫度可以在溶劑不變性的狀態(tài)下盡量提高，更有助于除水效率。同理，電解催化劑材料我們統(tǒng)一采用Ba/Sr/Ni/Fe的混合氧化物用于比較，但如上文所述，這電解催化劑的選擇方式非常寬泛。具體數(shù)據(jù)如下表:
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種非質(zhì)子性極性溶劑的除水方法，其特征在于，其利用一膜電極結(jié)合體，所述膜電極包括一固體電解質(zhì)層，所述固體電解質(zhì)層一側(cè)設(shè)置有第一電極層，另一側(cè)設(shè)置有第二電極層，上述的第一電極層及第二電極層加有大于水，小于非質(zhì)子性極性溶劑的分解電壓的電壓，上述的第一電極層接觸非質(zhì)子性水溶液中的水分生成氫氣，所述氫氣放出的同時，電解出的氧離子，以所述固體電解質(zhì)層為介質(zhì)移動到第二電極層以氧氣的形式放出，所述非質(zhì)子性極性溶劑的分解電壓大于水的分解電壓；所述固體電解質(zhì)層為以下物質(zhì)中的一種:La與Co的混合氧化物，所占比例為1%?3%，其中La與Co的比例在混合氧化物中均不低于5%，其余為LaMnO3,其中所述比例均為質(zhì)量百分比。
2.按照權(quán)利要求1所述的非質(zhì)子性極性溶劑的除水方法，其特征在于，除水時對溶劑進(jìn)行加熱。
3.按照權(quán)利要求1所述的非質(zhì)子性極性溶劑的除水方法，其特征在于，所述電解催化劑呈網(wǎng)狀包覆于所述第一電極層上。
4.按照權(quán)利要求1所述的非質(zhì)子性極性溶劑的除水方法，其特征在于，除水時采用圓環(huán)套圓環(huán)狀的膜電極結(jié)合體，內(nèi)側(cè)設(shè)為第一電極層，外側(cè)設(shè)為第二電極層，最內(nèi)部為流動的非質(zhì)子性極性溶劑。
【文檔編號】B01D17/06GK103585792SQ201310548843
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】童華東 申請人:東莞市廣海大橡塑科技有限公司