一種基于深度共融型離子液體和水配制的電解液及其電鍍方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電鍍領(lǐng)域，具體涉及一種基于深度共融型離子液體和水配制的電解液及其電鍍方法。
【背景技術(shù)】
[0002]離子液體是指由有機(jī)鹽和無機(jī)鹽類混合熔化后形成的、由有機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子組成的離子熔體，也稱為室溫熔鹽。離子液體因具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)及特有的功能，如非揮發(fā)性、低熔點(diǎn)(可達(dá)-100°C )、寬液程、寬的電化學(xué)窗口、選擇性溶解力與可設(shè)計(jì)性等，使其在有機(jī)合成、催化、分離分析及純化、電化學(xué)等領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。對電鍍而言，離子液體則兼?zhèn)淞烁邷厝埯}和水溶液的優(yōu)點(diǎn):具有較寬的電化學(xué)窗口，在室溫下即可得到在高溫熔鹽中電沉積才能得到的金屬和合金，但沒有高溫熔鹽那樣的強(qiáng)腐蝕性；同時(shí)，在離子液體中還可電沉積得到大多數(shù)能在水溶液中得到的金屬，但沒有副反應(yīng)，因而得到的金屬質(zhì)量更好，電流效率更高，甚至可達(dá)100%。另外，離子液體是一種綠色溶劑，為環(huán)保型電鍍工藝的開發(fā)提供了新思路。
[0003]離子液體按合成時(shí)間先后順序可以分為:第一代AlCl3型離子液體、第二代非八1(:13型離子液體和第三代新型離子液體。對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn):60年代和70年代離子液體電鍍研究主要集中在第一代AlCl3型離子液體，但是這類離子液體對水非常敏感，穩(wěn)定性不好，需要在惰性保護(hù)氣體中進(jìn)行電鍍。90年代第二代非AlCl3型離子液體合成，非AlCl3型離子液體穩(wěn)定性有所提高，但吸水一定時(shí)間后會分解變質(zhì)，且這類離子液體的電導(dǎo)率低(1mS 》、金屬鹽溶解度不高。另外，第一代和第二代離子液體的成本都很高，這限制了它的規(guī)模化應(yīng)用。隨著第三代新型離子液體的合成，特別是一種深度共融型離子液體的合成，由于這類離子液體穩(wěn)定性好，成本低廉，制備簡單，使得離子液體在電鍍領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用成為可能。但是深度共融型離子液體電鍍還存在以下幾個(gè)問題:1)相比第一代和第二代離子液體，深度共融型離子液體的電導(dǎo)率較低(<10mS.cm1)，粘度較高OlPa.s)；
2)相比第一代和第二代離子液體來說，成本減低明顯，但高于傳統(tǒng)水溶液；3)深度共融型離子液體雖然穩(wěn)定性較好，但目前的電鍍研究均還在惰性保護(hù)氣體中進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于深度共融型離子液體和水配制的電解液及其制備與應(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)中深度共融型離子液體電導(dǎo)率低、粘度高、成本高和無法在大氣環(huán)境中操作等技術(shù)問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明的第一方面，提供了電解液，含有氯化膽堿、氫鍵供體、主鹽、添加劑和水，所述氯化膽堿與氫鍵供體的摩爾比為(I:4)?(1:0.5)，每100ml電解液中含有(0.01?I)摩爾的主鹽、(0.1?150)克的添加劑以及(I?500)克的水。
[0007]優(yōu)選地，每1000ml電解液中含有(0.01?0.5)摩爾的主鹽。
[0008]優(yōu)選地，每100ml電解液中含有出?490)克的水。更優(yōu)選地，每100ml電解液中含有(10?490)克的水。
[0009]優(yōu)選地，所述氫鍵供體選自尿素、乙二醇、乙酰胺、甲酰胺、甘油、草酸、丙二酸、苯乙酸、三氯乙酸、對甲基苯磺酸、對甲基苯酚或間甲基苯酚中的一種或多種。
[0010]優(yōu)選地，所述主鹽選自鎳鹽、鋅鹽、銅鹽、鉻鹽或錫鹽中的一種或多種。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述鎳鹽選自氧化鎳、氯化鎳、硫酸鎳、或氨基磺酸鎳中的一種或多種。
[0012]優(yōu)選地，所述鋅鹽選自氧化鋅、氯化鋅、或硫酸鋅中的一種或多種。
[0013]優(yōu)選地，所述銅鹽選自氧化銅、氯化銅、硫酸銅或硝酸銅中的一種或多種。
[0014]優(yōu)選地，所述鉻鹽選自氯化鉻或硝酸鉻中的一種或多種。
[0015]優(yōu)選地，所述錫鹽選自氧化錫、氯化亞錫或硫酸亞錫中的一種或多種。
[0016]優(yōu)選地，所述添加劑選自煙酸、m)TA、檸檬酸、草酸、蘋果酸、酒石酸、糖精、氯化鋰、氟化鋰、溴化鈉、溴化鉀中的一種或多種。
[0017]本發(fā)明的第二方面，提供了前述電解液的制備方法，包括如下步驟:
[0018](I)按配比將氯化膽堿和氫鍵供體，混合，加熱，得離子液體；
[0019](2)按配比向步驟(I)中所得離子液體中加入水，得混合液；
[0020](3)按配比向步驟(2)中所得混合液中加入主鹽和添加劑，加熱溶解，即得電解液。
[0021]優(yōu)選地，步驟(I)中，加熱的溫度控制在40_80°C。
[0022]優(yōu)選地，步驟(I)中，加熱的同時(shí)進(jìn)行攪拌直至形成無色透明液體。
[0023]優(yōu)選地，步驟(2)中，邊攪拌邊加入水。
[0024]優(yōu)選地，步驟(3)中，加熱的溫度控制在30_80°C。
[0025]優(yōu)選地，步驟(3)中，加熱的同時(shí)進(jìn)行攪拌直至形成澄清液體。
[0026]本發(fā)明的第三方面，提供了前述電解液在電鍍領(lǐng)域、電解拋光領(lǐng)域、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0027]本發(fā)明的第四方面，進(jìn)一步提供了一種電鍍方法，包括如下步驟:
[0028](I)鍍前處理:將基體材料按照常規(guī)電鍍工藝中的預(yù)處理方法處理；
[0029](2)將預(yù)處理過的基體材料放入前述電解液中進(jìn)行電鍍；
[0030](3)取出樣品，沖洗吹干，即可。
[0031]優(yōu)選地，步驟(I)中，基體材料可選自常規(guī)的任何可以用來進(jìn)行電鍍的基體材料，例如銅、鎂、不銹鋼等等。
[0032]優(yōu)選地，步驟(2)中，采用直流電鍍或者脈沖電鍍的方式進(jìn)行電鍍。
[0033]優(yōu)選地，步驟(2)中，電鍍的操作溫度為30-80°C。電鍍時(shí)間為10_120min。電流密度為 0.l-5A/dm2。
[0034]優(yōu)選地，步驟(3)中，采用流水沖洗。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0036](I)本發(fā)明的電解液在電鍍時(shí)具有高電導(dǎo)率，低粘度，環(huán)保，低成本的特點(diǎn)，且可在大氣環(huán)境中進(jìn)行電鍍操作的優(yōu)點(diǎn)。
[0037](2)采用本發(fā)明的電解液進(jìn)行電鍍時(shí)制備的鍍層致密性好，純度高，電流效率高達(dá)95%以上?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)中的種種缺陷而具有創(chuàng)造性。
【附圖說明】
[0038]圖1:加入一定量的水后，電解液粘度明顯降低，從粘度性質(zhì)可以看到，添加水后可以減低電鍍溫度。
[0039]圖2:加入一定量的水后，電解液電導(dǎo)率明顯升高，從電導(dǎo)率性質(zhì)也可以看到，添加水后可以明顯減低電鍍溫度。
[0040]圖3:沒有加水電鍍得到的鎳鍍層為疏松，而添加一定量的水配置的電解液中電鍍得到鍍層致密均勻。
[0041]圖4:添加一定量的水后，電鍍的電流效率明顯提高，特別是在低溫電鍍時(shí)非常明顯，
[0042]圖5:為本發(fā)明實(shí)施例2中制備的電鍍鎳鍍層的SEM照片。
[0043]圖6:為本發(fā)明實(shí)施例2中制備的電鍍鎳鍍層的EDXS圖譜。
[0044]圖7:為本發(fā)明實(shí)施例3中制備的電鍍鋅鍍層的SEM照片。
[0045]圖8:為本發(fā)明實(shí)施例3中制備的電鍍鋅鍍層的EDXS圖譜。
[0046]圖9:為本發(fā)明實(shí)施例4中制備的電鍍鋅鍍層的SEM照片。
[0047]圖10:為本發(fā)明實(shí)施例5中制備的電鍍鎳鋅鍍層的SEM照片。
[0048]圖11:為本發(fā)明實(shí)施例5中制備的電鍍鎳鋅鍍層的EDXS圖譜。
[0049]圖12:為本發(fā)明實(shí)施例6中制備的電鍍銅鍍層的SEM照片。
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