CN102424974A - 一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂 - Google Patents

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刘伯文
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Abstract

一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂，其特征在于，由可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物组成，可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物的重量比为1∶1-5，其总的使用量为占整个碱性溶液重量的0.001～0.2％；所述的聚氧乙烯类有机物是聚乙二醇、聚氧乙烯、吐温-20、吐温-60、吐温-80、辛基苯基聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯月桂醚中的一种或它们的混合物；所述的可溶性的可溶性碳族元素酸根盐是碳酸钠、碳酸钾、硅酸钠、硅酸钾、锡酸钠、锡酸钾中的一种或它们的混合物；本发明有效地降低金属锌在碱性溶液中的自腐蚀速率，而且安全无毒，成本低廉，可用于碱性锌电池中。

Description

一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂
技术领域
本发明涉及一种缓蚀剂，尤其涉及碱性介质中一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂。
背景技术
金属锌由于具有电化学当量较高、廉价、无毒等优点，在化学电源领域中被广泛用作电池负极，尤其是应用在碱性电池中，如碱性锌锰电池、碱性银锌电池、碱性锌镍电池以及锌空气电池等。
但是，金属锌在碱性溶液中是不稳定的，会发生自腐蚀反应，其共轭反应式为：
阳极反应：Zn+4OH-→Zn[(OH)4]2-+2e
阴极反应：2H2O+2e→H2↑+2OH-
金属锌在发生自腐蚀反应的同时还会释放出氢气，不仅致使电池容量下降，而且使得电池体内产生有害气体，不利于电池的密封与安全。
抑制金属锌在碱性溶液中自腐蚀的有效方法是在金属锌中添加适量的金属汞(Hg)或汞盐。但是，金属汞有剧毒，对环境和人类造成严重危害，因此，金属锌在碱性溶液中的缓蚀剂需要无汞化。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂，可以有效地降低金属锌在碱性溶液中的自腐蚀速率，而且安全无毒，成本低廉，可用于碱性锌电池中。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂，由可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物组成，可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物的重量比为1∶1-5，其总的使用量为占整个碱性溶液重量的0.01～0.2％，将该复合缓蚀剂溶解于碱性溶液中使用。
所述的聚氧乙烯类有机物是聚乙二醇、聚氧乙烯、吐温-20、吐温-60、吐温-80、辛基苯基聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯月桂醚中的一种或它们的混合物，当为混合物时，其间比例任意；所述的可溶性的可溶性碳族元素酸根盐是碳酸钠、碳酸钾、硅酸钠、硅酸钾、锡酸钠、锡酸钾中的一种或它们的混合物，当为混合物时，其间比例任意。
所述的碱性溶液为溶解有氢氧化钾的去离子水，氢氧化钾和去离子水的重量比为1∶1-4。
当无机和有机缓蚀剂组合使用时，缓蚀效果比单一缓蚀剂要好，这是因为缓蚀剂之间发生了协同作用，无机缓蚀剂主要提高了金属锌电极表面的析氢过电位，而有机缓蚀剂则吸附在金属锌电极表面，形成了水化保护膜，从而阻碍了锌腐蚀共轭反应中两极反应的发生，减缓了锌电极的自腐蚀。
本发明具有如下特点：
1、本发明的缓蚀剂是一种无机有机复合缓蚀剂；
2、价格低廉、安全无毒，缓蚀效果好，缓蚀率可达96％左右。
具体实施方式
本发明采用电化学方法测定缓蚀剂的缓释效率。金属锌在碱性溶液中的腐蚀速度，用腐蚀电流表示，则缓蚀效率η表达式如下：
η = ( I 0 - I 1 I 0 ) × 100 % - - - ( 1 )
公式(1)中的I0是金属锌电极在空白溶液中的腐蚀电流；I1是金属锌电极在添加有缓蚀剂溶液中的腐蚀电流。
将封好的金属锌电极工作面用金相砂纸打磨后，依次用丙酮、去离子水清洗工作面，将处理后的金属锌电极放入溶液中稳定5-10min，在室温下用电化学工作站测定金属锌电极的腐蚀电位和腐蚀电流。最后运用公式(1)计算出缓蚀剂的缓蚀效率。下述的实施例均是在上述实验条件下进行的。
实施例一
一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂，由可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物组成，可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物的重量比为1∶1.26，其总的使用量为占整个碱性溶液重量的0.095％，将该复合缓蚀剂溶解于碱性溶液中使用。
所述的聚氧乙烯类有机物是聚乙二醇。
所述的可溶性碳族元素酸根盐是碳酸钠和锡酸钾。
所述的碱性溶液为溶解有氢氧化钾的去离子水，氢氧化钾和去离子水的重量比为1∶1.5。
具体操作方式为：称量0.053g聚乙二醇溶解在60g去离子水中，搅拌溶解；再称量0.027g的硅酸钠和0.015g锡酸钾溶解在上述溶液中，搅拌溶解；最后称量40g氢氧化钾溶解在上述混合溶液中，搅拌溶解、冷却至室温，该配方缓蚀剂对金属锌电极在碱性溶液中的缓蚀效率为89％。
实施例二
一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂，由可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物组成，可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物的重量比为1∶4.4，其总的使用量为占整个碱性溶液重量的0.16％，将该复合缓蚀剂溶解于碱性溶液中使用。
所述的聚氧乙烯类有机物是吐温-20。
所述的可溶性碳族元素酸根盐是碳酸钠和锡酸钾。
所述的碱性溶液为溶解有氢氧化钾的去离子水，氢氧化钾和去离子水的重量比为1∶4。
具体操作方式为：称量0.132g吐温-20溶解在80g去离子水中，搅拌溶解；再称量0.015g的碳酸钠和0.015g锡酸钾溶解在上述溶液中，搅拌溶解；最后称量20g氢氧化钾溶解在上述混合溶液中，搅拌溶解、冷却至室温，该配方缓蚀剂对金属锌电极在碱性溶液中的缓蚀效率为64％。
实施例三
一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂，由可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物组成，可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物的重量比为1∶3.2，其总的使用量为占整个碱性溶液重量的0.02％，将该复合缓蚀剂溶解于碱性溶液中使用。
所述的聚氧乙烯类有机物是辛基苯基聚氧乙烯醚和吐温-80。
所述的可溶性碳族元素酸根盐是硅酸钠。
所述的碱性溶液为溶解有氢氧化钾的去离子水，氢氧化钾和去离子水的重量比为1∶2.33。
具体操作方式为：称量0.007g辛基苯基聚氧乙烯醚和0.009g吐温-80溶解在70g去离子水中，搅拌溶解；再称量0.005g的硅酸钠溶解在上述溶液中，搅拌溶解；最后称量30g氢氧化钾溶解在上述混合溶液中，搅拌溶解、冷却至室温，该配方缓蚀剂对金属锌电极在碱性溶液中的缓蚀效率为76％。
实施例4
一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂，由可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物组成，可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物的重量比为1∶1.67，其总的使用量为占整个碱性溶液重量的0.08％，将该复合缓蚀剂溶解于碱性溶液中使用。
所述的聚氧乙烯类有机物是吐温-80和辛基苯基聚氧乙烯醚。
所述的可溶性碳族元素酸根盐是锡酸钾。
所述的碱性溶液为溶解有氢氧化钾的去离子水，氢氧化钾和去离子水的重量比为1∶1.5。
具体操作方式为：称量0.02g辛基苯基聚氧乙烯醚和0.03g吐温-80溶解在60g去离子水中，搅拌溶解；再称量0.03g的锡酸钾溶解在上述溶液中，搅拌溶解；最后称量40g氢氧化钾溶解在上述混合溶液中，搅拌溶解、冷却至室温，该配方缓蚀剂对金属锌电极在碱性溶液中的缓蚀效率为96％。
实施例5
一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂，由可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物组成，可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物的重量比为1∶2.57，其总的使用量为占整个碱性溶液重量的0.05％，将该复合缓蚀剂溶解于碱性溶液中使用。
所述的聚氧乙烯类有机物是吐温-60和壬基酚聚氧乙烯醚。
所述的可溶性碳族元素酸根盐是碳酸钾和锡酸钾。
所述的碱性溶液为溶解有氢氧化钾的去离子水，氢氧化钾和去离子水的重量比为1∶1。
具体操作方式为：称量0.011g壬基酚聚氧乙烯醚和0.025g吐温-60溶解在50g去离子水中，搅拌溶解；再称量0.006g锡酸钾和0.008g碳酸钾溶解在上述溶液中，搅拌溶解；最后称量50g氢氧化钾溶解在上述混合溶液中，搅拌溶解、冷却至室温，该配方缓蚀剂对金属锌电极在碱性溶液中的缓蚀效率为81％。

Claims (6)

1.一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂，其特征在于，由可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物组成，可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物的重量比为1∶1-5，其总的使用量为占整个碱性溶液重量的0.01～0.2％，将该复合缓蚀剂溶解于碱性溶液中使用；
所述的聚氧乙烯类有机物是聚乙二醇、聚氧乙烯、吐温-20、吐温-60、吐温-80、辛基苯基聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯月桂醚中的一种或它们的混合物，当为混合物时，其间比例任意；
所述的可溶性的可溶性碳族元素酸根盐是碳酸钠、碳酸钾、硅酸钠、硅酸钾、锡酸钠、锡酸钾中的一种或它们的混合物，当为混合物时，其间比例任意；
所述的碱性溶液为溶解有氢氧化钾的去离子水，氢氧化钾和去离子水的重量比为1∶1-4。
2.根据权利要求1所述的一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂，其特征在于，由可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物组成，可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物的重量比为1∶1.26，其总的使用量为占整个碱性溶液重量的0.095％，将该复合缓蚀剂溶解于碱性溶液中使用；
所述的聚氧乙烯类有机物是聚乙二醇；
所述的可溶性碳族元素酸根盐是碳酸钠和锡酸钾；
所述的碱性溶液为溶解有氢氧化钾的去离子水，氢氧化钾和去离子水的重量比为1∶1.5。
3.根据权利要求1所述的一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂，其特征在于，由可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物组成，可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物的重量比为1∶4.4，其总的使用量为占整个碱性溶液重量的0.16％，将该复合缓蚀剂溶解于碱性溶液中使用；
所述的聚氧乙烯类有机物是吐温-20；
所述的可溶性碳族元素酸根盐是碳酸钠和锡酸钾；
所述的碱性溶液为溶解有氢氧化钾的去离子水，氢氧化钾和去离子水的重量比为1∶4。
4.根据权利要求1所述的一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂，其特征在于，由可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物组成，可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物的重量比为1∶3.2，其总的使用量为占整个碱性溶液重量的0.02％，将该复合缓蚀剂溶解于碱性溶液中使用；
所述的聚氧乙烯类有机物是辛基苯基聚氧乙烯醚和吐温-80；
所述的可溶性碳族元素酸根盐是硅酸钠；
所述的碱性溶液为溶解有氢氧化钾的去离子水，氢氧化钾和去离子水的重量比为1∶2.33。
5.根据权利要求1所述的一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂，其特征在于，由可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物组成，可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物的重量比为1∶1.67，其总的使用量为占整个碱性溶液重量的0.08％，将该复合缓蚀剂溶解于碱性溶液中使用；
所述的聚氧乙烯类有机物是吐温-80和辛基苯基聚氧乙烯醚；
所述的可溶性碳族元素酸根盐是锡酸钾；
所述的碱性溶液为溶解有氢氧化钾的去离子水，氢氧化钾和去离子水的重量比为1∶1.5。
6.根据权利要求1所述的一种金属锌电极的无机有机复合缓蚀剂，其特征在于，由可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物组成，可溶性的碳族元素酸根盐和聚氧乙烯类有机物的重量比为1∶2.57，其总的使用量为占整个碱性溶液重量的0.05％，将该复合缓蚀剂溶解于碱性溶液中使用；
所述的聚氧乙烯类有机物是吐温-60和壬基酚聚氧乙烯醚；
所述的可溶性碳族元素酸根盐是碳酸钾和锡酸钾；
所述的碱性溶液为溶解有氢氧化钾的去离子水，氢氧化钾和去离子水的重量比为1∶1。
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