专利名称：利用金刚石膜电极电合成过氧焦磷酸盐的方法
技术领域：
本发明涉及电化学合成领域，特别是一种利用金刚石膜电极电合成过氧焦磷酸盐的方法。
背景技术：
过氧焦磷酸离子(P2O84-)具有很强的氧化性，在电极上的氧化电势为2.07伏(相对于标准氢电极)。P2O84-的氧化能力可以被广泛的用于有机合成，化妆品，农业，污水处理，以及清洗供应中的漂白剂，由于化学性质与过氧二硫酸离子(S2O84-)相似，在某些方面过氧焦磷酸盐可以取代过氧二硫酸盐。因此，可用于刻蚀电路板、去除光刻胶等的试剂中。过氧焦磷酸盐相对于过氧二硫酸盐的另一明显优势是它的副产物是磷酸盐，比过氧二硫酸盐的产物硫酸盐更容易便捷的从溶液中去除。同时，过氧焦磷酸离子比过氧二硫酸离子的热稳定性好，在温度较高的环境下也可以使用。
现有电合成过氧焦磷酸盐的技术是利用铂电极作为阳极，电解磷酸盐溶液，它需要在电解质中添加氟化物或硫化物，以排除电解水的竞争反应，从而电合成得到过氧焦磷酸盐(比如过氧焦磷酸钾(K4P2O8))的效率较高。然而，由于铂电极存在着电极钝化的现象，电合成的效率逐渐降低。过氧焦磷酸盐的应用容易受到杂质的影响，为了得到纯的过氧焦磷酸盐，提纯是必须的，而这大量的增加了成本。若电合成过氧焦磷酸盐时不添加助剂，其效率会大幅度的降低。并且铂电极也很容易被杂质腐蚀，造成了成本增加。
发明内容本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而公开一种利用金刚石膜电极电合成过氧焦磷酸盐的方法，该方法无需在电解液中添加任何试剂，即可保证电合成效率和过氧焦磷酸盐成品的纯度。
本发明为解决上述问题所采用的方案是设计一种利用金刚石膜电极电合成过氧焦磷酸盐的方法。其特征在于在电合成的过程中使用金刚石膜电极，将含有磷酸盐的溶液氧化为过氧焦磷酸盐，其反应式为 所说的电合成是在用离子膜分隔的双厢电解池内，阳极槽电解液为磷酸盐溶液，阴极槽中加碱性溶液，电流密度在100A m-2100000A m-2之间(电流密度越大越好)和温度0-50℃下，电解0.5-50小时。
本发明用磷酸盐作为原料用金刚石膜电极为阳极，在较高的电流密度下可以电合成得到纯度很高的过氧焦磷酸盐。本发明无需添加氟化物或硫化物等助剂，阳极槽中为纯的过氧焦磷酸盐。所以，提纯时比较容易。阳极为金刚石膜电极，它的稳定性及化学惰性保证了它不会被腐蚀。
图1金刚石膜电极电解装置示意图。
图中1阳极，2阴极，3阴离子膜，4阳极槽，5阴极槽，6磁力搅拌器。
具体实施方式本发明利用金刚石膜电极电合成过氧焦磷酸盐的方法，其电合成是在用离子膜分隔的双厢电解池内，所使用的离子膜3可以是阴离子膜或阳离子膜。使用的电极中阳极1采用掺硼金刚石膜电极，阴极2采用普通金属电极，比如不锈钢电极。阳极槽4中的电解液为磷酸盐溶液，磷酸盐溶液是浓度控制在0.1-10mol L-1的磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸氢钾或磷酸二氢钾溶液中的一种。阴极槽5中加碱性溶液，碱性溶液是pH值控制在10-14之间的NaOH KOH或其他碱性溶液中的一种或混合。电流密度在100A m-2100000A m-2之间(电流密度越大越好)和温度0-50℃下，电解0.5-50小时。
电极与离子膜之间的距离一般为0.5-5mm。电极间距越小，电合成效率越高。
电解槽内的电解液可以通过外力作用处于扰动状态。所说的外力来自磁力搅拌器6或循环泵等。
本发明由于使用金刚石膜电极，其电势窗很宽，氧化电势高大约在3V以上，因此电合成的过程中，在金刚石膜电极上可将含有磷酸盐的溶液的电化学氧化为过氧焦磷酸盐。
实例一配置400ml的0.1mol的磷酸钠(Na3PO4)溶液，将其倒入电极池的阳极槽中。配置NaOH溶液0.1mol L-1，倒入阴极槽中。将电极通入直流电，电压为15V，电流为1.2A，电流密度为2000A m-2左右。温度控制在30℃。并开启磁力搅拌器使电解液在电极间产生流动。电解3小时后，阴极的液面相对下降，说明电合成已经完成。
实例二配置1L的1mol的磷酸氢钠(Na2HPO4)溶液，将其倒入电极池的阳极槽中。配置NaOH溶液1mol L-1，倒入阴极槽中。将电极通入直流电，电压为8V，电流为4A，电流密度为2000A m-2左右。温度控制在40℃。并开启磁力搅拌器使电解液在电极间产生流动。电解6小时后，阴极的液面相对下降，说明电合成已经完成。
实例三配置100L的1mol L-1的磷酸钾(K3PO4)溶液，将其倒入电极池的阳极槽中。配置0.5mol L-1的KOH溶液，倒入阴极槽中。将电极通入直流电，电压为10V，电流为2000A，电流密度为2000A m-2以上，温度控制在40℃。并开启水泵使电解液在电极间产生流动。电解15小时后，阴极的液面相对下降，说明电合成已经完成。
将阳极槽的溶液进行氯化亚铁滴定，可知其中过氧焦磷酸钾的浓度为0.5mol L-1，其转换率可达100％。
实例四配置400ml的4mol L-1的磷酸二氢钾(KH2PO4)溶液，将其倒入电极池的阳极槽中。配置4mol L-1的KOH溶液，倒入阴极槽中。将电极通入直流电，电压为12V，电流为15A，电流密度为4000A m-2以上，温度控制在50℃。并开启磁力搅拌器使电解液在电极间产生流动。电解9小时后，阴极的液面相对下降，说明电合成已经完成。
权利要求
1一种利用金刚石膜电极电合成过氧焦磷酸盐的方法，其特征在于在电合成的过程中使用金刚石膜电极，将含有磷酸盐的溶液氧化为过氧焦磷酸盐，其反应式为。
2按照权利要求1所述的利用金刚石膜电极电合成过氧焦磷酸盐的方法，其特征在于所说的电合成是在用离子膜分隔的双厢电解池内，阳极槽电解液为磷酸盐溶液，阴极槽中加碱性溶液，在电流密度在100Am-2100000 A m-2之间，温度0-50℃条件下，电解0.5-50小时。
3按照权利要求1或2所述的利用金刚石膜电极电合成过氧焦磷酸盐的方法，其特征在于所说的电合成的电极中阳极采用掺硼金刚石膜电极，阴极采用普通金属电极。
4按照权利要求2所述的利用金刚石膜电极电合成过氧焦磷酸盐的方法，其特征在于所说的电极与离子膜之间的距离为0.5-5mm。
5按照权利要求2或4所述的利用金刚石膜电极电合成过氧焦磷酸盐的方法，其特征在于所说的离子膜是阴离子膜或阳离子膜。
6按照权利要求l或2所述的利用金刚石膜电极电合成过氧焦磷酸盐的方法，其特征在于所说的磷酸盐溶液是浓度控制在0.1-10mol L-1。
7按照权利要求1或2所述的利用金刚石膜电极电合成过氧焦磷酸盐的方法，其特征在于所说的碱性溶液pH值控制在10-14之间。
8按照权利要求2所述的利用金刚石膜电极电合成过氧焦磷酸盐的方法，其特征在于所说的电解槽内的电解液可以通过外力作用处于扰动状态。
全文摘要
本发明公开了一种利用金刚石膜电极电合成过氧焦磷酸盐的方法。其特征在于在电合成的过程中使用金刚石膜电极，将含有磷酸盐的溶液氧化为过氧焦磷酸盐。本发明用磷酸盐作为原料用金刚石膜电极为阳极，在较高的电流密度下可以电合成得到纯度很高的过氧焦磷酸盐。本发明无需添加氟化物或硫化物等杂质，阳极槽中为过氧焦磷酸盐溶液。所以，提纯时比较容易。阳极为金刚石膜电极，它的稳定性及化学惰性保证了它不会被腐蚀。
文档编号C25B9/08GK1880506SQ200610013620
公开日2006年12月20日 申请日期2006年5月10日 优先权日2006年5月10日
发明者潘鹏, 常明, 高宝红, 周志刚, 曲长庆, 孙伟 申请人:天津理工大学