專利名稱：銅/飽和硫酸銅凝膠參比電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是針對(duì)土壤環(huán)境應(yīng)用條件而研制的一種新型長壽命參比電極，特別是一種銅/飽和硫酸銅凝膠參比電極，屬于化學(xué)腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
參比電極是指在進(jìn)行電化學(xué)測定時(shí)，一個(gè)維持恒定電位并可用作對(duì)指示或工作電極的電位進(jìn)行觀察、測定或控制的電極。在電化學(xué)保護(hù)領(lǐng)域中，測量金屬構(gòu)筑物的電極電位必須要用參比電極。而在土壤環(huán)境中，如測量埋地金屬管線、構(gòu)筑物等的電位時(shí)一般用銅/飽和硫酸銅參比電極。目前經(jīng)常使用的銅/飽和硫酸銅參比電極有兩種即包括便攜式和長期埋地型。便攜式銅/飽和硫酸銅參比電極由于壽命較短，并不適合對(duì)長距離的埋地金屬管線和金屬構(gòu)筑物進(jìn)行長期測量。因此，需要開發(fā)研制長壽命埋地型參比電極以滿足對(duì)埋地管線等類金屬構(gòu)筑物進(jìn)行長期電化學(xué)保護(hù)的需求。
中國專利公開號(hào)CN2116970，
公開日1992年9月23日，名稱為長壽命埋地型銅、硫酸銅參比電極的項(xiàng)目公開了一種適用于埋地管線、電纜及金屬構(gòu)筑物的陰極保護(hù)等電化學(xué)領(lǐng)域的參比電極。該專利中的銅/飽和硫酸銅參比電極是由素?zé)沾晒迌?nèi)裝有銅(管狀或彈簧)和硫酸銅晶體所構(gòu)成，應(yīng)用前在水中浸泡24小時(shí)，形成飽和硫酸銅溶液，構(gòu)成Cu/CuSO4半電池。其不足之處在于由于素?zé)沾晒奁鹋c環(huán)境交換離子的作用，罐的裝藥量和滲透率決定了電極的壽命，而作為埋地使用的參比電極，用素?zé)沾晒拗苯勇竦?，陶瓷罐的多孔性將?dǎo)致罐內(nèi)晶體流失和土壤介質(zhì)中離子對(duì)罐內(nèi)溶液的污染，因此電極體存在銅離子流失過快和依然會(huì)受到污染等問題，從而影響電極的使用壽命。所以，為了滿足對(duì)一些埋地金屬構(gòu)筑物長期電化學(xué)保護(hù)監(jiān)測的需求，仍要尋找新的途徑進(jìn)一步提高銅/飽和硫酸銅參比電極的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，針對(duì)現(xiàn)有埋地型銅/飽和硫酸銅參比電極的電極體容易受到污染，罐內(nèi)銅離子流失過快，嚴(yán)重影響電極實(shí)際使用壽命等問題，通過在電極主體外部包裹一層凝膠電解質(zhì)，減輕外部離子對(duì)電極體的污染作用，減小罐體內(nèi)部銅離子的滲透流失速率，從而有效延長埋地使用的銅/飽和硫酸銅參比電極的使用壽命。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有常規(guī)參比電極所存在的問題提出了一種新型結(jié)構(gòu)組成的參比電極，該參比電極為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為電極主體，外層為凝膠電解質(zhì)，凝膠電解質(zhì)能有效地減輕外部離子對(duì)電極體的污染作用，減小內(nèi)部銅離子的滲透流失速率。本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)為圓柱內(nèi)充液體式，包括電纜、密封蓋、密封填料、陶瓷內(nèi)殼、陶瓷外殼、螺旋狀銅絲、飽和硫酸銅、陶瓷支腳和凝膠電解質(zhì)，陶瓷內(nèi)殼和陶瓷外殼之間形成空間并充有凝膠電解質(zhì)，陶瓷內(nèi)殼底部通過燒制法制有三個(gè)等距離三角形對(duì)稱的陶瓷支腳，陶瓷內(nèi)殼中心豎向制有螺旋狀銅絲并穿過陶瓷內(nèi)殼、陶瓷外殼頂部及密封蓋和密封填料電連通引接電纜，陶瓷內(nèi)殼中圍繞螺旋狀銅絲充滿飽和硫酸銅，飽和硫酸銅頂面與陶瓷內(nèi)殼之間置有密封填料，陶瓷外殼頂面制有密封形加固密封蓋。
本發(fā)明所使用的凝膠電解質(zhì)的組成為納米二氧化硅65～72g/L、濃硫酸368～650g/L和聚丙烯酰胺1.0～2.0g/L，余者為蒸餾水；凝膠電解質(zhì)膜層厚度為5～10mm；密封填料為環(huán)氧膩?zhàn)?；陶瓷?nèi)殼內(nèi)充入飽和硫酸銅溶液并有硫酸銅結(jié)晶存在。
在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，對(duì)利用本發(fā)明制作的參比電極和未使用凝膠進(jìn)行外層包裹的傳統(tǒng)電極體進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比。結(jié)果表明采用本發(fā)明制作的電極銅離子滲出速率為3.0×10-6molh-1cm-2，傳統(tǒng)電極的銅離子滲出率8.5×10-6molh-1cm-2，同時(shí)本發(fā)明中凝膠電解質(zhì)的存在有效地減緩了外部污染物向電極體進(jìn)行擴(kuò)散的傾向。采用本發(fā)明制作的電極使用壽命約為傳統(tǒng)電極的3倍。


圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施時(shí)，其電極整體具有雙層結(jié)構(gòu)，其組成包括電纜1、密封蓋2、密封填料3、陶瓷內(nèi)殼4、陶瓷外殼5、螺旋狀銅絲6、飽和硫酸銅7、陶瓷支腳8和凝膠電解質(zhì)9。陶瓷內(nèi)殼4和陶瓷外殼5，均由素?zé)沾蔁贫?。陶瓷?nèi)殼4殼底依靠三個(gè)陶瓷支腳8與陶瓷外殼5固定連接位置。三個(gè)陶瓷支腳8等距離三角形位置對(duì)稱固定。三個(gè)陶瓷支腳8均通過燒制辦法進(jìn)行固定。該結(jié)構(gòu)的內(nèi)層填充飽和硫酸銅溶液，并保持有硫酸銅結(jié)晶，外層填充凝膠電解質(zhì)，內(nèi)層是電極的主體。陶瓷內(nèi)殼4和陶瓷外殼5之間填充凝膠電解質(zhì)9。凝膠電解質(zhì)在未完全成膠之前加入，并在固定位置和方向進(jìn)行，以保證凝膠電解質(zhì)在陶瓷內(nèi)殼4和陶瓷外殼5之間不會(huì)產(chǎn)生氣泡。凝膠電解質(zhì)9由納米二氧化硅、濃硫酸、聚丙烯酰胺等材料組成。納米二氧化硅和濃硫酸是形成凝膠的主要成份，聚丙烯酰胺為添加劑。該添加劑分子量為500～1000萬，具有鎖住水分的作用。把它添加到膠液中，進(jìn)入水相后能夠膨脹，其活性基團(tuán)能與納米二氧化硅分子作用，形成聚合物凝膠。凝膠電解質(zhì)9的成分組成為納米二氧化硅65～72g/L，濃硫酸368～650g/L，聚丙烯酰胺1.0～2.0g/L，余者為水。凝膠電解質(zhì)9的膜層厚度為5mm～10mm。該膜層厚度即為陶瓷內(nèi)殼4和陶瓷外殼5之間的距離。
實(shí)施例1凝膠參比電極的極化性能研究按照陶瓷內(nèi)殼4為Φ25mm×100mm，陶瓷內(nèi)殼4與外殼5間距為5mm的規(guī)格進(jìn)行電極結(jié)構(gòu)體的燒制，同時(shí)在陶瓷內(nèi)殼4的底部等距離三角形位置對(duì)稱燒制三個(gè)陶瓷支腳。在陶瓷內(nèi)殼4中加滿硫酸銅晶體，并選用常規(guī)的環(huán)氧膩?zhàn)幼鳛槊芊馓盍?將其封好，然后將陶瓷內(nèi)殼4和外殼5之間加入蒸餾水至密封蓋2處，放置24小時(shí)。
稱取納米二氧化硅65g，聚丙烯酰胺1.0g，稱取濃硫酸368g，加水制備成一升凝膠電解質(zhì)。然后將陶瓷內(nèi)殼4和外殼5之間的蒸餾水倒掉，將所配制的凝膠電解質(zhì)加入其中，加滿后，用密封蓋封好。螺旋狀銅絲用電纜電連通引出。
將所制得的凝膠參比電極作為工作電極，鉑絲作輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，進(jìn)行極化性能試驗(yàn)。在10μA的陰、陽極極化電流下，陰極極化、陽極極化的電位漂移分別為1.5mV和2.5mV。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，電極電位迅速恢復(fù)到初始電位。該試驗(yàn)表明，所制得的電極耐極化性能較好。
實(shí)施例2凝膠參比電極的電位穩(wěn)定性研究按照陶瓷內(nèi)殼4為Φ25mm×100mm，陶瓷內(nèi)殼4與陶瓷外殼5間距為10mm的規(guī)格進(jìn)行電極結(jié)構(gòu)體的燒制，同時(shí)在陶瓷內(nèi)殼4的底部等距離三角形位置對(duì)稱燒制三個(gè)陶瓷支腳。在陶瓷內(nèi)殼4中加滿硫酸銅晶體，并利用密封填料3將其封好，然后將陶瓷內(nèi)殼4和外殼5之間加入蒸餾水至密封蓋2處，放置24小時(shí)。
分別稱取納米二氧化硅為72g，濃硫酸650g，聚丙烯酰胺2.0g，加水配制成一升凝膠電解質(zhì)。然后將陶瓷內(nèi)殼4和外殼5之間的蒸餾水倒掉，將所配制的凝膠電解質(zhì)加入其中，加滿后，用密封蓋封好，螺旋狀銅絲用電纜引出。
利用數(shù)字電壓表和飽和甘汞電極測量凝膠參比電極的電位。每天測量一次，時(shí)間為50天。電位變化范圍為7～8mV。電極電位的穩(wěn)定性較好。
權(quán)利要求
1.一種銅/飽和硫酸銅凝膠參比電極，包括電纜、密封蓋、密封填料、陶瓷內(nèi)殼、陶瓷外殼、螺旋狀銅絲、飽和硫酸銅、陶瓷支腳和凝膠電解質(zhì)，其特征在于電極主體為圓柱內(nèi)充液體式雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為電極主體，外層為凝膠電解質(zhì)；陶瓷內(nèi)殼和陶瓷外殼之間形成空間并充有凝膠電解質(zhì)，陶瓷內(nèi)殼底部通過燒制法制有三個(gè)等距離三角形對(duì)稱的陶瓷支腳，陶瓷內(nèi)殼中心豎向制有螺旋狀銅絲并穿過陶瓷內(nèi)殼、陶瓷外殼頂部及密封蓋和密封填料電連通引接電纜，陶瓷內(nèi)殼中圍繞螺旋狀銅絲充滿飽和硫酸銅，飽和硫酸銅頂面與陶瓷內(nèi)殼之間置有密封填料，陶瓷外殼頂面制有密封形加固密封蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅/飽和硫酸銅凝膠參比電極，其特征在于凝膠電解質(zhì)的組成為納米二氧化硅65～72g/L、濃硫酸368～650g/L和聚丙烯酰胺1.0～2.0g/L，余者為蒸餾水；凝膠電解質(zhì)膜層厚度為5～10mm；密封填料為環(huán)氧膩?zhàn)?；陶瓷?nèi)殼內(nèi)充入飽和硫酸銅溶液并有硫酸銅結(jié)晶存在。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型長壽命參比電極，特別是一種銅/飽和硫酸銅凝膠參比電極，屬于化學(xué)腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，主體結(jié)構(gòu)為圓柱內(nèi)充液體式雙層結(jié)構(gòu)，包括電纜、密封蓋、密封填料、陶瓷內(nèi)殼、陶瓷外殼、螺旋狀銅絲、飽和硫酸銅、陶瓷支腳和凝膠電解質(zhì)，陶瓷內(nèi)殼和陶瓷外殼之間形成空間并充有凝膠電解質(zhì)，陶瓷內(nèi)殼底部通過燒制法制有三個(gè)等距離三角形對(duì)稱的陶瓷支腳，陶瓷內(nèi)殼中心豎向制有螺旋狀銅絲并穿過陶瓷內(nèi)殼、陶瓷外殼頂部及密封蓋和密封填料電連通引接電纜，陶瓷內(nèi)殼中圍繞螺旋狀銅絲電極充滿飽和硫酸銅，飽和硫酸銅頂面與陶瓷內(nèi)殼之間置有密封填料，陶瓷外殼頂面制有密封蓋，該電極使用壽命長，結(jié)構(gòu)原理簡單，制備安全，污染少。
文檔編號(hào)G01R1/00GK1949595SQ20061006845
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者藺存國, 許立坤 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所