非質子性極性溶劑的除水方法
【專利摘要】本發明涉及涉及一種非質子性極性溶劑的除水方法，其利用一膜電極結合體，所述膜電極包括一固體電解質層，所述固體電解質層一側設置有第一電極層，另一側設置有第二電極層，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，以所述固體電解質層為介質移動到第二電極層以氧氣的形式放出，所述非質子性極性溶劑的分解電壓大于水的分解電壓；所述固體電解質層為以下物質中的一種：釔穩定氧化鋯與氧化鈰或LaGaO3或LaFeO3的混合物，其中所述比例均為質量百分比。
【專利說明】非質子性極性溶劑的除水方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種溶劑除水方法，具體地講，涉及一種非質子性極性溶劑的除水方法。
【背景技術】
[0002]有機溶液，一些常溫熔融鹽等作為非質子性極性溶劑，反應時不會給出質子，卻帶有很強的極性，作為無水電鍍溶液或電池用電解液的應用很廣泛。在很多領域，為了達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用。
[0003]無水電鍍進行時，雖然使用了上述的電鍍溶液，但工藝中其他步驟或原料帶有的水分混入的情況很多。混入水分以后，電鍍溶液中的電流無法做到均一穩定，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，與電鍍溶液中的一些成分反應后會使電鍍溶液的性能劣化，循環使用的次數減少。鑒于無水電鍍溶液原料的價格非常高，產品成本會大大增加。特別地，電池制造工藝中出現上述問題后，電池的使用壽命會受影響。
[0004]傳統工藝認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準提高，這一除水標準也亟待突破。而且電鍍溶液反復使用，每次電鍍都會有水分混入，反復多次的使用后沸石的效果也會逐漸減退，需要進行重新處理后再投入使用，也會出現處理成本增大的問題。另外，對于相當一部分的電鍍溶液，其用沸石或其他傳統吸水性物質除去水分時需要高溫配合才能達到所需標準，但是很多電鍍溶液在高溫加熱后，性能反而劣化的更快。
[0005]非質子性極性溶劑中的水分，根據溶質的種類或水分的含量不同存在形態各異，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。
【發明內容】
[0006]為了解決上述問題，本發明提出一種不用高溫加熱電鍍用非質子性極性溶劑就可以高標準地的除去水分的方案。
[0007]本發明是采用以下技術方案實現的，其中所述比例均為質量百分比。
[0008]所述非質子性極性溶劑的除水方法，其利用一膜電極結合體，所述膜電極包括一固體電解質層，所述固體電解質層一側設置有第一電極層，另一側設置有第二電極層，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，以所述固體電解質層為介質移動到第二電極層以氧氣的形式放出，所述非質子性極性溶劑的分解電壓大于水的分解電壓；所述固體電解質層為以下物質中的一種:La與Co或Ni的混合氧化物與氧化鈰的混合物，所述La與Co或Ni的混合氧化物中所有元素比例均不低于5%。[0009]進一步地，選用La與Co的混合氧化物時其所占比例為2%?5%。
[0010]進一步地，選用La與Ni的混合氧化物時其所占比例為0.2%?0.7%。
[0011]進一步地，除水時對溶劑進行加熱。
[0012]進一步地，所述電解催化劑呈網狀包覆于所述第一電極層上。
[0013]進一步地，除水時采用圓環套圓環狀的膜電極結合體，內側設為第一電極層，外側設為第二電極層，最內部為流動的非質子性極性溶劑。
[0014]本發明的有益效果在于無水電鍍溶液及電池電解液等非質子性極性溶劑中混入的水分能夠被高標準的除去，至水分含量Ippm以下，而且本發明中的膜電極結合體不同于沸石等消耗品，可以反復使用，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]所述非質子性極性溶劑除水方法，其利用一膜電極結合體，所述膜電極包括一固體電解質層，所述固體電解質層一側設置有第一電極層，另一側設置有第二電極層，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，以所述固體電解質層為介質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，可以根據作用溫度，固體電解質層的種類，非質子性極性溶劑的種類，及除去水分的含量標準來實施相應的電壓控制。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。大多數非質子性極性溶劑的分解電壓在3?5V之間。按照這種方式，非質子性極性溶劑不會分解，而水分會被分解除去。換言之，本發明適用于分解電壓大于1.5V的非質子性極性溶劑。
[0017]而且，為了使上述的固體電解質層中的氧離子的穿透性強，優選對上述膜電極結合體及非質子性極性溶劑進行加熱，但是加熱溫度超出上述非質子性極性溶劑的分解溫度時，非質子性極性溶劑的性能會產生劣化。為此,加熱溫度應當能夠將水分除去至所需的含量，且能確保上述膜電極結合體的氧離子透過性，且低于上述非質子性極性溶劑的分解溫度即可。上述的加熱溫度要根據采用的固體電解質層及非質子性極性溶劑的種類才能設定。
[0018]例如一般電鍍工藝中的固體電解質層為一些鈰與普通半導體金屬的混合氧化物，將其應用于本發明的方法時優選150°C?180°C的加熱溫度。但其除水的性能并不好，進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附近或更高時表現較好，但此時溶劑性能已經有開始劣化的傾向，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，從而難以有效的構成本發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，本發明中，優選作為上述固體電解質層還可以采用釔穩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%，我們研究發現，進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]我們經過研發，還發現了 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金屬對于很多反應有良好的催化性能，在同等條件下優先選用。
[0023]同時，雖然氧化鈰在本發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，釔穩定氧化鋯；所占比例為3%，其余為LaGaO315
[0026]實施例6，釔穩定氧化鋯；所占比例為3%，其余為LaFeO315
[0027]所述第一電極層設有電解催化劑以幫助水分中的氫氧根中的化學鍵斷裂，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，只是催化反應效率的快慢差異。
[0028]所述電解催化劑呈網狀包覆于所述第一電極層上。
[0029]所述電鍍溶液可以采用EMIC (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]上述無水電鍍溶液，通常分解溫度在200°C以上，可以加熱至200°C的程度進行反應。而且，為了高效的去除水分，作業溫度當盡量提高。據此，優選采用沸點在200°C以上的具有高沸點的無水電鍍溶液。基于成本和原料的易得性，電鍍工業中常常選用上述的溶劑。[0031 ] 所述非質子性極性溶劑也可作為電池的電解液使用。
[0032]本發明優選采用圓環套圓環狀的膜電極結合體，內側設為第一電極層(陽極)，外側設為第二電極層，最內部為流動的非質子性極性溶劑的結構。此種設計可以在其他作業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行測試，測試環境中，非質子性極性溶劑量為
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 ;小型電子元器件進行高精密電鍍要求該t值在40s以內，才能達到在連續的電鍍工藝中進行快速除水的目的，保證各種金屬，如鋁、鎳、銅等電鍍的順利進行。對比時選擇了較低的加熱溫度進行統一測試，但是根據溶劑的不同，加熱溫度可以在溶劑不變性的狀態下盡量提高，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。具體數據如下表:
[0034]
【權利要求】
1.一種非質子性極性溶劑的除水方法，其特征在于，其利用一膜電極結合體，所述膜電極包括一固體電解質層，所述固體電解質層一側設置有第一電極層，另一側設置有第二電極層，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，以所述固體電解質層為介質移動到第二電極層以氧氣的形式放出，所述非質子性極性溶劑的分解電壓大于水的分解電壓；所述固體電解質層為以下物質中的一種:釔穩定氧化鋯與氧化鈰或LaGaO3或LaFeO3的混合物，其中所述比例均為質量百分比。
2.按照權利要求1所述的非質子性極性溶劑的除水方法，其特征在于，選用氧化鈰時其所占比例為97%?99%。
3.按照權利要求1所述的非質子性極性溶劑的除水方法，其特征在于，選用LaGaO3或LaFeO3時其所占比例為0.5%?7%。
4.按照權利要求1所述的非質子性極性溶劑的除水方法，其特征在于，除水時對溶劑進行加熱。
5.按照權利要求1所述的非質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狀包覆于所述第一電極層上。
6.按照權利要求1所述的非質子性極性溶劑的除水方法，其特征在于，除水時采用圓環套圓環狀的膜電極結合體，內側設為第一電極層，外側設為第二電極層，最內部為流動的非質子性極性溶劑。
【文檔編號】B01D17/06GK103585793SQ201310548912
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2013年11月6日
【發明者】童華東 申請人:東莞市廣海大橡塑科技有限公司