[發(fā)明專利]一種利用離子液體低溫電沉積鐵的方法

無效

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• 申請日: 2012-12-22
• 公開（公告）號: CN103046082A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 馬梅彥
• 申請（專利權）人: 彩虹集團公司
• 主分類號: C25C3/34
• 分類號: C25C3/34
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發(fā)明涉及一種利用離子液體低溫電沉積鐵的方法。

背景技術

離子液體是一種完全由離子構成的室溫融鹽，通常由幾何結構不對稱的有機陽離子和無機或有機陰離子組成。

離子液體具有很多與傳統溶劑不同的特點：

(1)沒有顯著的蒸氣壓。離子液體一般難以揮發(fā)，即使在較高的溫度和真空度下也能保持穩(wěn)定的液態(tài)。這樣一方面離子液體不會成為蒸氣擴散到大氣中造成環(huán)境污染，因此被譽為“綠色溶劑”；另一方面它可以在很寬的溫度范圍內保持液態(tài)(有的可達300℃)。所以采用離子液體作為反應溶劑可以在更寬的溫度范圍內研究和控制化學反應。

(2)離子液體是許多有機物、有機金屬化合物、無機化合物，甚至高分子材料的良好溶劑。同時由于它們大多為非質子溶劑，可以大大地減少溶劑化和溶劑解離現象的發(fā)生；溶解在其中的化合物可以有很高的反應活性。

(3)離子液體通常都具有較寬的電化學窗口，即在寬的電壓范圍內，離子液體可以不發(fā)生電化學反應。這是一般電解液所不具備的。選擇合適的離子液體，可以極大地拓展電化學研究領域。

(4)組成離子液體的有機離子可調整和選擇，在理論上可以組合出多種離子液體，根據不同的用途和場合，對溶劑的不同要求，可以有針對性地進行選擇與調配，使我們對溶劑有更大的選擇空間。

(5)離子液體具有較好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，一般可以回收重復使用，使用方便，有利于環(huán)保。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種操作溫度低、能耗少、對設備腐蝕性小的利用離子液體低溫電沉積鐵的方法。

一種利用離子液體低溫電沉積鐵的方法，其特別之處在于，包括如下步驟：以無水氯化鐵為原料，離子液體為電解質，先將氯化鐵完全溶解在其中，再采用直流電源進行電沉積，電沉積時槽電壓高于氯化鐵分解電壓而低于離子液體的電化學窗口，從而在陰極上生產出鐵，陽極上放出氯氣。

其中離子液體電解質是以烷基咪唑鹽、烷基吡啶鹽、烷基吡咯鹽、烷基季銨鹽、烷基季膦鹽、氟代烷基咪唑鹽、氟代烷基吡啶鹽、氟代烷基吡咯鹽、氟代烷基季銨鹽和氟代烷基季膦鹽任選其一作為陽離子，與以Cl^-、AlCl₄^-、BF₄^-、PF₆^-、NO₃^-、N(CF₃SO₂)^-和CF₃SO₃^-任選其一作為陰離子，組成的一種純離子液體或者兩種及以上的混合離子液體。

其中電沉積采用直流電沉積方式，用高純石墨、金屬銅或金屬鎢為陽極，固體鐵為陰極，陰極電流密度控制在5～100A/m²，槽電壓控制在1.0～3V，極距控制在15～60mm，電解溫度控制在25～150℃。

其中所使用的電解槽陰極與陽極均為垂直排列，電極表面相互平行，并且在槽體內至少設有一組以陽極、陰極、陽極方式排列的電極。

其中氯化鐵和離子液體的用量為使氯化鐵能完全溶解在離子液體中的任意配比。

本發(fā)明方法提供了一種利用離子液體低溫電沉積生產金屬鐵的方法。該方法以氯化鐵FeCl₃為原料，將FeCl₃溶解到離子液體中，配制成離子液體-FeCl₃電解液，進行電沉積。電沉積過程中，槽電壓要高于氯化鐵的分解電壓，而低于離子液體的電化學窗口，陰極上生產鐵，陽極上放出氯氣。離子液體質量輕、無毒、無揮發(fā)性、無可燃性、導電性良好、熱穩(wěn)定性高、熔點低、沸點高、電化學窗口寬，能夠減緩對電極材料和槽襯的腐蝕，并可循環(huán)利用。

具體實施方式

本發(fā)明方法是針對目前工業(yè)電沉積生產鐵存在的一些問題，如高能耗、對環(huán)境不友好、腐蝕設備，成本大、污染環(huán)境等問題，提出一種利用離子液體進行電沉積生產鐵。該方法操作溫度低、能耗少、對設備腐蝕性小，將大大降低生產成本。