一种成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的电解液，电解液由三氟甲基磺酸铅、三氟甲基磺酸碱金属盐、三氟甲基磺酸和水组成，其中三氟甲基磺酸铅为成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的前驱体，三氟甲基磺酸碱金属盐和三氟甲基磺酸为支持电解质，水为溶剂。采用该电解液进行成对电化学沉积，阴极得到可作为铅蓄电池负极活性物质使用的铅，阳极得到可作为铅蓄电池正极活性物质使用的二氧化铅。研发可用于成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的电解液，不仅可以使含铅废料得以资源化利用，而且可以大幅度简化铅资源化回收利用的工艺过程，既具有经济价值，同时也具有显著的环境和社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的电解液
本专利技术涉及一种成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的电解液，电解液由三氟甲基磺酸铅、三氟甲基磺酸碱金属盐、三氟甲基磺酸和水组成，其中三氟甲基磺酸铅为成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的前驱体，三氟甲基磺酸碱金属盐和三氟甲基磺酸为支持电解质，水为溶剂。采用该电解液进行成对电化学沉积，阴极得到可作为铅蓄电池负极活性物质使用的铅，阳极得到可作为铅蓄电池正极活性物质使用的二氧化铅，属于材料制备

技术介绍
1.铅蓄电池电极板铅蓄电池的基本构成部件和材料主要包括正极板、负极板、硫酸溶液、隔板、蓄电池槽(包括注液盖)，其中电极板(正极板和负极板)是构成铅蓄电池的重要部件。铅蓄电池电极板由电极板栅和电极活性物质组成，其中电极板栅主要有两方面的作用：(1)集电流骨架:电极板栅是电极的集电骨架，起传导、汇集电流并使电流分布均匀，提高电极活性物质的利用率；(2)电极活性物质的支撑载体:电极板栅通过边框和筋条对电极活性物质起支撑的作用。电极活性物质可分为正极活性物质和负极活性物质。正极活性物质主要有以下两种功能：(1)参加电化学反应。充电时，PbSO4转化为导电性PbO2；放电时，PbO2转化为PbSO4。(2)为多孔活性物质中反应点到板栅提供导电通路。后一功能要求有一部分导电性的PbO2活性物质不参加电化学反应，而仅仅用来维持结构完整及导电性能良好。因此，作为铅蓄电池正极板的活性物质要求其具有析氧电位高、耐蚀性和导电性好、可通过大电流等特点。目前铅蓄电池的正极活性物质是PbO2。负极活性物质也主要有以下两种功能：(1)参加电化学反应。充电时，PbSO4转化为Pb；放电时，Pb转化为PbSO4；(2)为多孔活性物质中反应点到板栅提供导电通路。后一功能要求有一部分导电性的Pb活性物质不参加电化学反应，而仅仅用来维持结构完整及导电性能良好。2.成对电化学合成技术同时制备铅和二氧化铅通过成对电化学沉积方法可以在阴极生成铅的同时，阳极生成二氧化铅。通过成对电化学合成技术可以同时制备得到负极板和正极板，这种成对电化学合成技术是一种资源利用效率高、清洁环保的制备技术。因此，研发成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的工艺和技术具有非常重要的意义，其中研发用于成对电沉积过程的电解液是亟待解决的重要问题。
技术实现思路
本专利技术公开了一种成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的电解液，可应用于阴极电化学还原沉积铅和阳极电化学氧化沉积二氧化铅的成对电化学合成，阴极沉积制得的铅可作为负极板，阳极沉积制得的二氧化铅可作为正极板，是一种资源利用效率高、安全环保的电解液。实现上述目的技术方案是：一种成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的电解液，电解液由三氟甲基磺酸铅、三氟甲基磺酸碱金属盐、三氟甲基磺酸和水组成，其中三氟甲基磺酸铅为成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的前驱体，三氟甲基磺酸碱金属盐和三氟甲基磺酸为支持电解质，水为溶剂，采用该电解液进行成对电化学沉积，阴极得到可作为铅蓄电池负极活性物质使用的铅，阳极得到可作为铅蓄电池正极活性物质使用的二氧化铅，具体方法步骤如下：(1)支持电解质溶液配制：在支持电解质溶液配制设备中，将水、三氟甲基磺酸与三氟甲基磺酸碱金属盐混合配制成支持电解质溶液；(2)电解液配制：在上一步制得的支持电解质溶液中加入含铅化合物，含铅化合物与电解液中的三氟甲基磺酸发生反应生成三氟甲基磺酸铅，制得用于成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的电解液。进一步，所述的三氟甲基磺酸碱金属盐为三氟甲基磺酸锂、三氟甲基磺酸钠、三氟甲基磺酸钾中的任意一种或者任意组合。进一步，所述的含铅化合物为氧化铅PbO或碳酸铅PbCO3或其任意比例的混合物。进一步，所述的电解液中Pb2+的浓度为0.10mol·L-1～0.60mol·L-1，三氟甲基磺酸的浓度为0.10mol·L-1～0.40mol·L-1，碱金属离子的浓度为0.20mol·L-1～0.60mol·L-1。本专利技术采用的技术原理：(1)利用三氟甲基磺酸铅和三氟甲基磺酸碱金属在水溶液中化学性质稳定而且能够形成导电性溶液的特点，将PbO、PbCO3或其混合物溶于三氟甲基磺酸与三氟甲基磺酸碱金属盐组成的水溶液中制得电解液。该电解液不仅可以满足成对电化学沉积过程中，Pb2+在阴极发生电化学还原得到金属Pb，同时能够实现Pb2+在阳极发生电化学氧化得到导电金属氧化物PbO2，从而在阴极制备得到铅可用于铅蓄电池负极板，在阳极制备得到二氧化铅可用于铅蓄电池正极板。(2)利用三氟甲基磺酸能够与PbO或PbCO3快速反应生成得到三氟甲基磺酸铅，且得到的三氟甲基磺酸铅在接近中性pH环境下不发生水解副反应的特点，在成对电化学沉积过程中，可以采用电解液外循环的方法，在电解液配制设备中使PbO或PbCO3与电解液中的三氟甲基磺酸发生快速反应生成三氟甲基磺酸铅，及时补充电解液中Pb2+的消耗；同时，通过反应降低电解液的酸度，满足电解液弱酸性的条件，从而有利于成对电化学沉积反应。(3)利用三氟甲基磺酸碱金属盐具有稳定的化学和电化学性质，且又具有导电性的特点，在电解液中添加三氟甲基磺酸碱金属盐，能够提高电解液的导电性。本专利技术的主要优点体现在：(1)本专利技术的电解液满足成对电化学沉积的要求，在阴极和阳极同时发生有效的电化学反应，具有反应效率及能量利用率高的特点。Pb2+在阴极发生电化学还原制备得到金属Pb，同时能够实现Pb2+在阳极发生电化学氧化制备得到导电金属氧化物PbO2，在阴极制备得到负极板，在阳极制备得到正极板。(2)在电解液使用过程中补充添加PbO或PbCO3，不但能够维持成对电化学沉积过程中电解液组成、pH值稳定，而且可以使电解液处在弱酸条件下，特别有利于阳极电化学沉积生成二氧化铅的反应，有效地实现成对电化学沉积同时制备PbO2和金属Pb。(3)在电解液中添加了三氟甲基磺酸碱金属盐作为支持电解质，不仅可以提高电解液导电性，有利于电沉积过程中pH值的稳定，而且可以使电解液处在弱酸条件下，满足了电沉积过程的要求。(4)采用在三氟甲基磺酸电解液中补充PbO或PbCO3作为成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的前驱体，使三氟甲基磺酸物料的利用效率高、损失少，进一步提高了成对电化学沉积过程的技术和经济效益。(5)成对电化学沉积同时制备PbO2和金属Pb使铅蓄电池的含铅废料得以资源化利用，得到的产物满足直接作为铅蓄电池电极使用的条件，大幅度简化了铅资源化回收利用的工艺过程，降低了回收成本，提高了回收过程的效率，不仅具有经济价值，也具有显著的环境和社会效益。具体实施方式下面结合具体实施例，对本专利技术作进一步的说明。实施例1一种成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的电解液，电解液由三氟甲基磺酸铅、三氟甲基磺酸钠、三氟甲基磺酸和水组成，其中三氟甲基磺酸铅为成对电化学沉积制备铅和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的电解液，电解液由三氟甲基磺酸铅、三氟甲基磺酸碱金属盐、三氟甲基磺酸和水组成，其中三氟甲基磺酸铅为成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的前驱体，三氟甲基磺酸碱金属盐和三氟甲基磺酸为支持电解质，水为溶剂，采用该电解液进行成对电化学沉积，阴极得到可作为铅蓄电池负极活性物质使用的铅，阳极得到可作为铅蓄电池正极活性物质使用的二氧化铅，其特征是：/n(1)支持电解质溶液配制：将水、三氟甲基磺酸与三氟甲基磺酸碱金属盐混合配制成支持电解质溶液；/n(2)电解液配制：在上一步制得的支持电解质溶液中加入含铅化合物，含铅化合物与电解液中的三氟甲基磺酸发生反应生成三氟甲基磺酸铅，制得用于成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的电解液。/n

【技术特征摘要】
1.一种成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的电解液，电解液由三氟甲基磺酸铅、三氟甲基磺酸碱金属盐、三氟甲基磺酸和水组成，其中三氟甲基磺酸铅为成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的前驱体，三氟甲基磺酸碱金属盐和三氟甲基磺酸为支持电解质，水为溶剂，采用该电解液进行成对电化学沉积，阴极得到可作为铅蓄电池负极活性物质使用的铅，阳极得到可作为铅蓄电池正极活性物质使用的二氧化铅，其特征是：
(1)支持电解质溶液配制：将水、三氟甲基磺酸与三氟甲基磺酸碱金属盐混合配制成支持电解质溶液；
(2)电解液配制：在上一步制得的支持电解质溶液中加入含铅化合物，含铅化合物与电解液中的三氟甲基磺酸发生反应生成三氟甲基磺酸铅，制得用于成对电化学沉积制备铅和二氧化铅的电解液。
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【专利技术属性】
技术研发人员：许文林，韩斌，周阳，王雅琼，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32