一種以銀為基材的硅酸鉛固體電極及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種以銀為基材的硅酸鉛固體電極及其制備方法。它包括銀絲、硅酸鉛、熱縮管；銀絲下部表面原位電鍍包覆一層硅酸鉛，在銀絲中部和包覆硅酸鉛上部包覆一層熱縮管。本發明具有機械強度高，韌性大，靈敏度高，體積小，探測響應快，檢測下限極低，使用壽命長等優點，它和固體參比電極配套使用，適用于對海水、內陸水體、養殖用水、地下水和泉水，以及化學、化工水介質中的硅酸根離子含量進行在線探測和長期原位監測。
【專利說明】—種以銀為基材的硅酸鉛固體電極及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種以銀為基材的硅酸鉛固體電極及其制備方法。
【背景技術】
[0002]硅酸根是地下水、地表淡水、海水、鹽湖水等天然水體中的重要溶解組分，也是水環境中重要的限制性營養組份，溶解硅酸根的分布，對于認識海洋、湖泊、江河等水生態環境，微生態環境具有重要意義。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種以銀為基材的硅酸鉛固體電極及其制備方法。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
以銀為基材的硅酸鉛固體電極包括銀絲、硅酸鉛、熱縮管；銀絲下部表面原位電鍍包覆一層硅酸鉛，在銀絲中部和包覆硅酸鉛上部包覆一層熱縮管。
[0005]以銀為基材的硅酸鉛固體電極的制備方法步驟如下:
1)將直徑為0.5至I毫米，長度為5至15厘米的銀絲依次在丙酮和稀酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去離子水清洗后干燥；
2)將碳酸氫銨、碳酸氫鈉或碳酸氫鉀溶解于水中，配制成濃度為0.1至0.2摩爾的溶
液；
3)以銀絲為工作電極，即陽極，石墨為固體參比電極，Pt片為輔助電極，即陰極，接在電化學工作站上，將上述三支電極浸入溶液中，采用循環掃描電位法，掃描速率為30至SOmVs-1,電位范圍O至0.5V，掃描I至5個循環，在銀絲表面形成碳酸銀沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
4)將醋酸鉛溶解于水中，配制成濃度為0.1至0.2摩爾的溶液；
5)將包覆有碳酸銀的銀絲浸入該溶液6至14小時，使銀絲表面的碳酸銀與溶液中的鉛離子反應，形成碳酸鉛沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
6)將硅酸鈉或偏硅酸鈉溶解于水中，配制成濃度為0.1至0.2摩爾的溶液；
7)將包覆有碳酸鉛的銀絲浸入該溶液6至14小時，使銀絲表面的碳酸鉛與溶液中的硅酸根離子反應，形成硅酸鉛沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
8)將熱縮管包覆在銀絲中上部沒有包覆硅酸鉛的部分，即得到固體硅酸鉛電極。
[0006]所述的稀酸是濃度為5%至15%的鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或數種。
[0007]本發明提供的固體硅酸鉛電極結構小巧，易于和其它電極集成使用，且制備方法簡便。這種固體硅酸鉛電極適用于在海洋、湖泊、海流等天然水域中探測硅酸根離子的濃度，對水環境變化進行長期在線監測，也適用于工業企業的排放和生產過程進行在線觀測。
[0008]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1是基于銀/硅酸鉛固體參比電極的結構示意圖；
圖中:銀絲1、硅酸鉛2、熱縮管3。【具體實施方式】
[0009]以銀為基材的硅酸鉛固體電極包括銀絲1、硅酸鉛2、熱縮管3 ;銀絲I下部表面原位電鍍包覆一層硅酸鉛2，在銀絲I中部和包覆硅酸鉛2上部包覆一層熱縮管3。
[0010]所述的銀絲I需要包覆硅酸鉛2的，僅為用作探測一端的I厘米左右的長度，其余部分用作信號傳遞的導體，無需包覆。
[0011]選用銀絲I作為基材，是因為它具有良好的電導率和韌性，而娃酸鉛2具有相對較高的電導率，其電化學性質優于其它硅酸鹽。本電極以銀絲I作為基材，硅酸鉛2為敏感膜，兼顧了兩種材質各自的優點。
[0012]銀絲I 一方面是電極的基材，同時也是響應信號的導體。包覆在銀絲I上的硅酸鉛2起著硅酸根離子敏感膜的作用，水體中溶解的硅酸根離子會在參比電極和固體硅酸鉛電極之間形成響應電動勢，即電壓型響應信號。
[0013]以銀為基材的硅酸鉛固體電極的制備方法步驟如下:
I)將直徑為0.5至I毫米，長度為5至15厘米的銀絲I依次在丙酮和稀酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去離子水清洗后干燥。
[0014]所述的稀酸是濃度為5%至15%的鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或數種。
[0015]去除油污也可以使用其它有機溶劑，如汽油。金屬表面有致密堅硬的氧化膜，稀酸處理后氧化膜被溶解。當銀絲I在稀酸中出現起泡時，表明氧化膜已被溶解，應盡快從稀酸中取出并進入下道工序，以免表面被重新氧化。
[0016]2)將碳酸氫銨、碳酸氫鈉或碳酸氫鉀溶解于水中，配制成濃度為0.1至0.2摩爾的溶液。
[0017]推薦使用碳酸氫鈉。避免使用碳酸鈉和碳酸鉀是為了降低溶液的pH值，從而抑制在銀絲表面形成氫氧化銀。
[0018]3)以銀絲I為工作電極，石墨為固體參比電極，Pt片為輔助電極，接在電化學工作站上，將上述三支電極浸入溶液中，采用循環掃描電位法，掃描速率為30至SOmVs—1，電位范圍O至0.5V，掃描I至5個循環，在銀絲I表面形成碳酸銀沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
碳酸銀不穩定，見光易分解，建議在暗室或遮光條件下操作；同時建議在電化學反應前將溶液冷卻至O至4° C。
[0019]4)將醋酸鉛溶解于水中，配制成濃度為0.1至0.2摩爾的溶液；
5)將包覆有碳酸銀的銀絲I浸入該溶液6至14小時，使銀絲I表面的碳酸銀與溶液中的鉛離子反應，形成碳酸鉛沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
這一步驟仍需在暗室或遮光條件下操作；同時建議將溶液冷卻至O至4° C，并在此溫度下浸泡。
[0020]該反應的性質屬于置換反應，即溶液中的鉛離子進入固相，碳酸銀中的銀離子進入溶液，反應結果是碳酸銀被碳酸鉛取代。
[0021]6)將硅酸鈉或偏硅酸鈉溶解于水中，配制成濃度為0.1至0.2摩爾的溶液；
硅酸鈉的分子式為Na2SiO3，偏硅酸鈉的分子式為Na4SiO4，它是硅酸鈉與燒堿在水熱條
件下反應的產物:Na2 S i 03+2Na0H=Na4Si 04+H20
7)將包覆有碳酸鉛的銀絲I浸入該溶液6至14小時，使銀絲I表面的碳酸鉛與溶液中的硅酸根或偏硅酸根離子反應，形成硅酸鉛2沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干;
該反應的性質也屬于置換反應，即溶液中的硅酸根或偏硅酸根離子進入固相，碳酸鉛中的碳酸根離子進入溶液，反應結果是碳酸鉛被硅酸鉛取代。
[0022]Na2Si03+PbC03=PbSi03 + Na2CO3
Na4SiO4+ PbC03+H20= PbSi03+Na2C03+2Na0H
無論使用硅酸鈉還是偏硅酸鈉，碳酸鉛均被硅酸鉛取代。包覆在銀絲外的硅酸鉛2起著離子敏感膜作用，作為一種難溶化合物，它對水介質中溶解硅酸根濃度反應敏感，且硅酸鉛的電導率相對較高，能使響應信號傳導給銀絲。
[0023]8)將熱縮管3包覆在銀絲I中上部沒有包覆硅酸鉛2的部分，即得到固體硅酸鉛電極。
[0024]熱縮管3僅包覆沒有硅酸鉛2的部分，起絕緣保護作用。
[0025]實施例1:
1)將直徑為0.5毫米，長度為10厘米的銀絲I依次在丙酮和稀鹽酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去離子水清洗后干燥；
2)將碳酸氫鈉溶解于水中，配制成濃度為0.2摩爾的溶液；
3)以銀絲I為工作電極，石 墨為固體參比電極，Pt片為輔助電極，接在電化學工作站上，將上述三支電極浸入碳酸氫鈉溶液中，米用循環掃描電位法，掃描速率為30VS—1,電位范圍O至0.5V，掃描I個循環，在銀絲I表面形成碳酸銀沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
4)將醋酸鉛溶解于水中，配制成濃度為0.2摩爾的溶液；
5)將包覆有碳酸銀的銀絲浸入該溶液6小時，使銀絲I表面的碳酸銀與溶液中的鉛離子反應，形成碳酸鉛沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
6)將硅酸鈉溶解于水中，配制成濃度為0.2摩爾的溶液；
7)將包覆有碳酸鉛的銀絲浸入該溶液6小時，使銀絲表面的碳酸鉛與溶液中的偏硅酸根離子反應，形成硅酸鉛2沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
8)將熱縮管3包覆在銀絲I中上部沒有包覆硅酸鉛2的部分，即得到固體硅酸鉛電極。
[0026]實施例2:
1)將直徑為I毫米，長度為5厘米的銀絲I依次在丙酮和稀硫酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去離子水清洗后干燥；
2)將碳酸氫鉀溶解于水中，配制成濃度為0.1摩爾的溶液；
3)以銀絲I為工作電極，石墨為固體參比電極，Pt片為輔助電極，接在電化學工作站上，將上述三支電極浸入碳酸氫鈉溶液中，米用循環掃描電位法，掃描速率為SOVs—1,電位范圍O至0.5V，掃描5個循環，在銀絲I表面形成碳酸銀沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
4)將醋酸鉛溶解于水中，配制成濃度為0.1摩爾的溶液；
5)將包覆有碳酸銀的銀絲I浸入該溶液14小時，使銀絲I表面的碳酸銀與溶液中的鉛離子反應，形成碳酸鉛沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
6)將硅酸鈉溶解于水中，配制成濃度為0.1摩爾的溶液；
7)將包覆有碳酸鉛的銀絲浸入該溶液14小時，使銀絲I表面的碳酸鉛與溶液中的硅酸根離子反應，形成硅酸鉛2沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
8)將熱縮管3包覆在銀絲I中上部沒有包覆硅酸鉛2的部分，即得到固體硅酸鉛電極。
[0027]實施例3:
1)將直徑為0.8毫米，長度為10厘米的銀絲I依次在丙酮和稀硫酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去離子水清洗后干燥；
2)將碳酸氫銨溶解于水中，配制成濃度為0.2摩爾的溶液；
3)以銀絲I為工作電極，石墨為固體參比電極，Pt片為輔助電極，接在電化學工作站上，將上述三支電極浸入碳酸氫鈉溶液中，米用循環掃描電位法，掃描速率為60Vs4,電位范圍O至0.5V，掃描2個循環，在銀絲I表面形成碳酸銀沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
4)將醋酸鉛溶解于水中，配制成濃度為0.2摩爾的溶液；
5)將包覆有碳酸銀的銀絲浸入該溶液10小時，使銀絲I表面的碳酸銀與溶液中的鉛離子反應，形成碳酸鉛沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
6)將硅酸鈉溶解于水中，配制成濃度為0.2摩爾的溶液；
7)將包覆有碳酸鉛的銀絲I浸入該溶液10小時，使銀絲I表面的碳酸鉛與溶液中的硅酸根離子反應，形成硅酸鉛2沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
8)將熱縮管3包覆在銀絲I中上部沒有包覆硅酸鉛2的部分，即得到固體硅酸鉛電極。
【權利要求】
1.一種以銀為基材的硅酸鉛固體電極，其特征在于它包括銀絲(I)、硅酸鉛(2)、熱縮管(3);銀絲(I)下部表面原位電鍍包覆一層硅酸鉛(2)，在銀絲(I)中部和包覆硅酸鉛(2)上部包覆一層熱縮管(3)。
2.根據權利要求1所述的一種以銀為基材的硅酸鉛固體電極，其特征在于，它的制備步驟如下: 1)將直徑為0.5至I毫米，長度為5至15厘米的銀絲(I)依次在丙酮和稀酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去離子水清洗后干燥； 2)將碳酸氫銨、碳酸氫鈉或碳酸氫鉀溶解于水中，配制成濃度為0.1至0.2摩爾的溶液； 3)以銀絲(I)為工作電極，即陽極，石墨為固體參比電極，Pt片為輔助電極，即陰極，接在電化學工作站上，將上述三支電極浸入溶液中，采用循環掃描電位法，掃描速率為30至SOmVs-1,電位范圍O至0.5V，掃描I至5個循環，在銀絲(I)表面形成碳酸銀沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干； 4)將醋酸鉛溶解于水中，配制成濃度為0.1至0.2摩爾的溶液； 5)將包覆有碳酸銀的銀絲(I)浸入該溶液6至14小時，使銀絲(I)表面的碳酸銀與溶液中的鉛離子反應，形成碳酸鉛沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干； 6)將硅酸鈉或偏硅酸鈉溶解于水中，配制成濃度為0.1至0.2摩爾的溶液； 7)將包覆有碳酸鉛的銀絲(I)浸入該溶液6至14小時，使銀絲表面的碳酸鉛與溶液中的硅酸根或偏硅酸根離子反應，形成硅酸鉛(2)沉淀；反應完成后用水清洗，然后用紙巾吸干; 8)將熱縮管包覆在銀絲(I)中上部沒有包覆硅酸鉛(2)的部分，即得到固體硅酸鉛電極。
3.根據權利要求2所述的一種以銀為基材的硅酸鉛固體電極的制備方法，其特征在于，所述的稀酸是濃度為5%至15%的鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或數種。
【文檔編號】G01N27/30GK103472106SQ201310410960
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月11日 優先權日:2013年3月28日
【發明者】葉瑛, 賈健君, 黃元鳳, 殷天雅, 閻康康, 秦華偉, 張斌, 潘依雯, 陳雪剛, 夏枚生 申請人:浙江大學