稳定电解质材料及含有该材料的溶液材料制造技术

本发明专利技术提供了具有如下化学结构的组成物：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】稳定电解质材料及含有该材料的溶液材料相关申请的交叉引用本申请要求2015年4月23日递交的、申请号为62/152,009的美国临时专利申请的优先权。
本专利技术涉及可被加入到各种水溶液中的组成物，所述组成物可使形成的溶液呈酸性或碱性，这取决于初始溶液成分。
技术介绍
根据热力学定律，当两种不同的电荷类型，即带正电荷的阳离子(+)和带负电荷的阴离子(-)的摩尔数达到化学计量的电荷平衡时，封闭体系的内能处于稳定状态，产生稳定的电中性的水溶液，这是一直以来公认的科学事实。人们普遍认为，中性溶液中的静电电荷类型必然含有被等量的负(-)性静电电荷平衡的正性静电电荷(+)。然而，对酸性水溶液进行的各项研究表明，不同的溶液可能产生过量的酸性质子离子。这一现象支持了水分子能有效稳定溶液中的不平衡的电荷的结论。人们相信水溶液中存在的水分子能稳定任何不平衡的电荷并产生电荷平衡的溶液。这一结果符合热力学定律，以及新型电荷平衡的亲核基团包括水分子的孤对电子的观点。假设存在不平衡的电荷，各种各样的水分子都能瞬态存在。人们认为如果这些复杂水分子的稳定形态能被识别和生产，那么它们将具有理想的特点和性质。因此，有必要生产一种可以独立使用或者可以用于溶液材料中的稳定电解质材料。
技术实现思路
本专利技术公开了具有以下化学结构的组成物：其中，x为≥3的奇数；y为1-20之间的整数；Z为多原子离子或单原子离子。本专利技术还提供了一种溶液，所述溶液由溶剂和如下所示的化合物构成：其中，x为≥3的奇数；y为1-20之间的整数；Z为多原子离子或单原子离子。具体实施方式本专利技术公开了一种可用于水溶液中的新型电解质，所述电解质被广泛解读成氧鎓离子衍生的配合物。本文所述的“氧鎓离子配合物”一般被定义为具有至少一个三价氧键的氧正离子。在某些实施方式中，所述氧正离子在水溶液中以一群体存在，所述群体主要包括1个，2个或3个三价键合的氧正离子。所述氧正离子群体作为上述阳离子的混合物存在或者作为只具有1个，2个或3个三价键合的氧正离子的材料而存在。具有三价氧正离子的氧鎓离子的非限制性例子可以包括至少一个水合氢离子。可以预见的是，在某些实施方式中，所述氧正离子在水溶液中作为以主要包括1个，2个和3个三价键合的氧正离子的一个群体存在，所述氧正离子群体作为上述阳离子的混合物或者为仅具有1个，2个或3个三价键合的氧正离子的材料而存在。当本专利技术公开的所述组成物与一溶剂(例如水或有机溶剂)混合时，形成的物质为包括水合氢离子、水合氢离子配合物中的一种或多种的一溶液。合适的阳离子材料也可称为水合氢离子配合物。所述组成物及含有所述组成物的溶液材料能在需要低pH值的各种应用中具有实用性。本专利技术公开的所述组成物与所述材料也能在各种情况下具有实用性，并不限于清洗和消毒应用。理论上讲，在氢离子存在下，水分子会在水中自发地形成极微量的水合氢离子。人们认为自然形成的水合氢离子是极为罕见的，该观点不受任何理论的束缚。自然形成的水合氢离子在水中的浓度预计不超过1/480,000,000。如果它们的浓度超过1/480,000,000，则水合氢离子化合物是极不稳定的。理论上说，自然形成的水合氢离子是不稳定的瞬态物种，其寿命通常在纳秒范围。自然形成的水合氢离子物种是有反应活性的，很容易被水溶剂化，且这些水合氢离子不以游离状态存在。当把本专利技术公开的所述稳定的水合氢材料加入到纯水中，它们仍可被识别。人们认为，本专利技术公开的所述稳定的水合氢材料能与水分子络合并形成各种几何形成的水合笼，水合笼的非限制性的例子将在随后进行更详细的描述。本专利技术公开的稳定电解质材料在被加入到极性溶剂例如水溶液中时能保持稳定，且可以根据需要从相关溶剂中分离出来。例如pKa≥1.74的传统强无机酸和强有机酸，当被加入到水中时，它们会在水溶液中完全电离。电离产生的离子可将已有的水分子质子化，形成H3O+和相关的稳定团簇。弱酸，例如pKa<1.74的酸当被加入到水中时，它们将在水溶液中不完全电离，但这在某些应用中仍具有实用价值。因此，我们可以预见的是，所采用的用于产生稳定电解质材料的酸性材料可以是一种或多种酸的组合。在某些实施方式中，所述酸性材料将包括弱酸和至少一种pKa≥1.74的酸。在本专利技术中，我们意外地发现，当所述稳定的水合氢电解质材料加入到一水溶液中时，将产生一种极性溶剂，并提供一有效的pKa，该pKa依赖于添加到相应溶液中的所述稳定水合氢材料的量，且独立于该溶液中原来存在的氢离子浓度。在某些应用中，当加入所述稳定水合氢材料之前的初始溶液的pH是在6-8之间时，得到的溶液可以起到极性溶剂的作用，并具有位于在0-5之间的有效pKa。还可以预见的是，本文所述的稳定电解质材料可以被添加到初始pH值在碱性范围，例如pH在8-12之间的溶液中，以有效地调节所得溶剂的pH值，和/或所得溶液的有效的/实际的pKa。本文所述的稳定电解质材料可以加到碱性溶液中而不被察觉的反应特性包括但不限于，放热、氧化等。因水自分解而存在于水中的理想的水合氢离子，其酸度是用来判断水中酸强度的隐性标准。与理想的水合氢离子材料相比，强酸被认为是较好的质子供体，否则，很大一部分酸将会以非电离态存在。如前所述，从水自分解衍生的理想的水合氢离子作为一个物种，是不稳定的、随机发生的，就算真的存在，也被认为是在相关水溶液中以极低的浓度存在。一般情况下，水溶液中的水合氢离子是以小于1/480000000的浓度存在。就算其浓度超过了1/480000000，也可以通过固相或液相有机合成、以附着在结构中超强酸溶液，例如HF-SbF5SO2中的单体形式而从天然的水溶液中分离出来。这些材料只能在极低的浓度下被分离处理，并且容易在分离时分解。相反地，本文所述的稳定电解质材料提供了一个浓缩的水合氢离子的源泉，该源泉是持久的，而且若有需要，可随后从溶液中分离出来。在某些实施方式中，所述组成物具有如下化学结构：其中，x为3-11之间的奇数；y为1-10之间的整数；Z为多原子离子或单原子离子。所述多原子离子Z可以从具有捐赠一个或多个质子能力的酸中衍生而来。相关的酸可以是在23℃下pKa值≥1.7的酸。采用的所述多原子离子Z可以有+2价或更高价的电荷。所述多原子离子的非限制性的例子包括硫酸根离子、碳酸根离子、磷酸根离子、草酸根离子、铬离子、重铬酸根离子、焦磷酸根离子及它们的混合。在某些实施方式中，可以预见的是，所述多原离子可以从含多原子离子的混合物中衍生得到，所述多原子离子包括从pKa≤1.7的酸中衍生得到的离子。本专利技术公开的所述稳定的电解质材料在标准温度和压力下是稳定的，且能作为油性液体存在。所述稳定的电解质材料，可以添加到水或其他极性溶剂中，产生一极性溶液，所述极性溶液中含有的稳定的水合氢离子的有效浓度大于1百万分之一。在某些实施方式中，本专利技术公开的稳定电解质材料在当与合适的水性溶剂或有机溶剂混合时，可以提供一个有效浓度稳定的水合氢离子材料，该水合氢离子材料的浓度大于百万分之10至100。我们出乎意料地发现，溶液中存在的水合氢离子配合物，以及由于添加本专利技术公开的所述稳定电解质材料所产生的水合氢离子配合物，改变了形成的溶剂材料的酸功能，但没有随之改变游离酸对总酸的比率。所述酸功能的改变可以包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组成物，其特征在于，所述组成物具有如下化学结构：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.23 US 62/152,0091.一种组成物，其特征在于，所述组成物具有如下化学结构：其中，x为≥3的奇数；y为1-20之间的整数；Z为第14族到第17族中电荷在-1～-3之间的单原子离子中的一种，或者电荷在-1～-3之间的多原子离子。2.如权利要求1所述的组成物，其特征在于，所述x为3-11之间的整数；所述y为1-10之间的整数。3.如权利要求1所述的组成物，其特征在于，所述多原子离子的电荷大于或等于-2。4.如权利要求3所述的组成物，其特征在于，所述Z选自硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、草酸盐、铬酸盐、重铬酸盐和焦磷酸盐中的一种或多种。5.如权利要求1所述的组成物，其特征在于，所述组成物是由以下化学计量平衡的化学成分中的至少一种构成，或者是由以下化学计量平衡的化学成分中的至少一种的溶液混合物构成：氢(1+)，三水-μ3-三氧代硫酸盐(1:1)；氢(1+)，三水-μ3-三氧代碳酸盐(1:1)；氢(1+)，三水-μ3-三氧代磷酸盐(1:1)；氢(1+)，三水-μ3-三氧代草酸盐(1:1)；氢(1+)，三水-μ3-三氧代铬酸盐(1:1)；氢(1+)，三水-μ3-三氧代重铬酸盐(1:1)；氢(1+)，三水-μ3-三氧代焦磷酸盐(1:1)。6.一种组成物，其特征在于，所述组成物具有如下化学结构：其中，x为≥3的奇数；y为1-20之间的整数；Z为第14族到第17族中电荷在-1～-3之间的单原子离子中的一种，或电荷在-1～-3之间的多原子离子。7.如权利要求6所述的组成物，其特征在于，所述x为3-11之间的整数；所述y为1-10之间的整数。8.如权利要求6所述的组成物，其特征在于，所述多原子离子的电荷大于或等于-2。9.如权利要求8所述的组成物，其特征在于，所述Z选自硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、草酸盐、铬酸盐、重铬酸盐和焦磷酸盐中的一种或多种。10.如权利要求6所述的组成物，其特征在于，所述组成物是由以下化学计量平衡的化学成分中的至少一种构成，或者是由以下化学计量平衡的化学成分中的至少一种的溶液混合物构成：氢(1+)，三水-μ3-三氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳伦斯·卡尔森，蒂莫西·赫尔，劳伦斯·艾德洛夫，史蒂文·维尔茨堡，
申请(专利权)人：劳伦斯·卡尔森，蒂莫西·赫尔，劳伦斯·艾德洛夫，托马斯·巴纳姆，
类型：发明
国别省市：美国,US